ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля положения металлических устройств, изделий или исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.
Известен индуктивный датчик положения, представленный в патенте РФ №195552, G01B 7/00.
Известный индуктивный датчик положения содержит чувствительный элемент, из катушки индуктивности и сердечника, связанный с генератором, управляемым напряжением, поступающим с цифроаналогового преобразователя (ЦАП), который задает напряжение, зависящее от кода, поступающего на него от микроконтроллера, при этом микроконтроллер, с помощью имеющегося в нем вычислителя, вычисляет код по сигналу от датчика температуры согласно внесенной в его запоминающее устройство таблице или формуле. Микроконтроллер также принимает цифровой сигнал от аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и выдает рассчитанный сигнал на выходное устройство.
Недостатками данного индуктивного датчика положения являются отсутствие реализации защиты выходного устройства от перегрузки и короткого замыкания, а также отсутствие учета влияния напряжения питания на расстояние срабатывания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является индуктивный датчик положения, представленный в одноименном п. №201488 по кл. G01B 7/00з. 06.07.2020 г., оп. 17.12.2020 г. и выбранный в качестве прототипа. Известный датчик характеризуется следующей формулой. 1. Индуктивный датчик положения, содержащий чувствительный элемент в виде сердечника и катушки индуктивности, связанной с генератором переменного напряжения, который подключен через первый АЦП к первому входу вычислителя, ко второму входу которого подключен датчик температуры, а выход вычислителя подключен к выходному устройству, отличающийся тем, что содержит датчик уровня напряжения питания, связанный с источником питания, второй АЦП, пороговый элемент и датчик тока выходного устройства, выход которого подключен через пороговый элемент к четвертому входу вычислителя, к третьему входу которого подключен датчик уровня напряжения питания, при этом вход второго АЦП подключен к выходу датчика температуры, а выход второго АЦП подключен ко второму входу вычислителя.
2. Индуктивный датчик положения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вычислителя используют микроконтроллер.
3. Индуктивный датчик положения по п. 2, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью размещения в нем встроенного датчика температуры, первого и второго АЦП, порогового элемента и датчика уровня напряжения питания.
4. Индуктивный датчик положения по п. 1, отличающийся тем, что катушка индуктивности размещена в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, включенного в колебательный контур генератора переменного напряжения.
Недостатком известного датчика является то, что, хотя он и имеет большую дальность действия, однако его эксплуатационные возможности ограничены. Это обусловлено следующими причинами. К нему нельзя подключаться с помощью цифровых интерфейсов, чтобы настраивать параметры датчика и затем хранить их не в датчике, а в компьютере.
Задачей является расширение эксплуатационных возможностей датчика. Поставленная задача решается тем, что в индуктивном датчике положения, содержащем чувствительный элемент в виде сердечника и катушки индуктивности, размещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, включенного в колебательный контур генератора переменного напряжения, подключенного через первый АЦП к первому входу вычислителя, ко второму входу которого подключен датчик температуры, а выход вычислителя подключен к выходному устройству, датчик уровня напряжения питания, связанный с источником питания, второй АЦП, пороговый элемент и датчик тока выходного устройства, выход которого подключен через пороговый элемент к четвертому входу вычислителя, к третьему входу которого подключен датчик уровня напряжения питания, при этом вход второго АЦП подключен к выходу датчика температуры, а выход второго АЦП подключен ко второму входу вычислителя, в качестве которого используется микроконтроллер, выполненный с возможностью размещения в нем встроенного датчика температуры, первого и второго АЦП, порогового элемента и датчика уровня напряжения питания, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, к пятому входу вычислителя подключен с возможностью двусторонней цифровой связи преобразователь сигналов, использующий для подключения к вычислителю датчика цифровые коммуникационные интерфейсы и имеющий возможность такой же связи с внешним вычислителем-компьютером.
Введение в датчик преобразователя сигналов, связанного двусторонней цифровой связью с вычислителем в датчике и обеспечивающего через цифровые интерфейсы возможность подключения его к внешнему вычислителю-компьютеру, дает возможность настраивать все параметры датчика и хранить их не в датчике, а в памяти внешнего вычислителя-компьютера, что позволяет оперативно загружать необходимые параметры в датчик при его замене или изменении условий использования датчика и требований к его работе.
Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения возможности настраивать все параметры датчика, хранить их в памяти внешнего вычислителя-компьютера и оперативно загружать при необходимости в датчик.
Заявляемый датчик обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как дополнительное подключение к одному из входов вычислителя посредством двусторонней цифровой связи преобразователя сигналов, использующегося также для возможного подключения датчика к внешнему вычислителю-компьютеру с помощью цифровых интерфейсов, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый датчик может использоваться в измерительной технике для бесконтактного контроля положения металлических устройств или изделий и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема датчика.
Заявляемый индуктивный датчик положения содержит чувствительный элемент (сенсор) 1, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, включенной в колебательный контур генератора 2 переменного напряжения, который подключен через первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 к первому входу вычислителя 4, в качестве которого может использоваться микроконтроллер. Ко второму входу вычислителя 4 подключен датчик 5 температуры, который через второй АЦП 6 подключен ко второму входу вычислителя 4, третий вход которого подключен к датчику 7 уровня напряжения питания. Выход вычислителя 4 подключен ко входу выходного устройства 8, которое содержит датчик 9 тока, подключенный через пороговый элемент 10 к четвертому входу вычислителя 4, а датчик 7 уровня напряжения питания подключен к источнику 11 питания. К пятому входу вычислителя 4 (микроконтроллера) подключен посредством двусторонней цифровой связи преобразователь 12 сигналов, служащий также для возможного подключения его через цифровые интерфейсы к внешнему вычислителю-компьютеру 13. Это подключение дает возможность настраивать такие параметры датчика как расстояние срабатывания, гистерезис и др. Для подключения датчика 1 к вычислителю 4 и внешнему вычислителю-компьютеру 13 могут использоваться такие интерфейсы как RS-485, IO-Link, CAN, HART, RS-232, USB, AS-Interface, Profibus, Profinet, K-Line и др. (на чертеже не показаны).
Индуктивный датчик положения работает следующим образом.
При подаче напряжения питания на индуктивный датчик на входы вычислителя 4 подаются сигналы с датчика 9 тока, датчика 5 температуры, генератора 2, и датчика 7 уровня напряжения питания. В первый момент вычислитель 4 анализирует сигнал с датчика 9 тока выходного устройства 8, прошедший через пороговый элемент 10. Если ток превышает заданный уровень, то срабатывает пороговый элемент 10 и вычислитель 4 отключает выходное устройство 8, предохраняя его тем самым от выхода из строя. Если ток через выходное устройство 8 не превышает заданный уровень, то индуктивный датчик положения переходит в рабочее состояние и вычислитель 4 воспринимает сигналы от генератора 2 через первый АЦП 3, от датчика 5 температуры через второй АЦП 6, от датчика 7 уровня напряжения питания, сравнивает их с данными таблиц или формул, находящихся в памяти вычислителя 4, и, исходя из результата данного сравнения, вырабатывает сигнал на изменение состояния выходного устройства 8. Двусторонняя цифровая связь вычислителя 4 с преобразователем 12 дает возможность подключать цифровые интерфейсы для настройки всех параметров датчика 1 посредством их записи или считывания с помощью цифровых интерфейсов и хранить эти параметры не в датчике, а в памяти внешнего вычислителя-компьютера 13. При замене датчика 1 или изменении условий его использования и требований к его работе это позволяет оперативно загружать необходимые параметры в датчик.
В исходном состоянии при отсутствии металла в чувствительной зоне индуктивного датчика положения генератор 2 потребляет определенный ток, соответствующий данному состоянию. При появлении, в чувствительной зоне индуктивного датчика положения объекта воздействия из любого металла изменяются свойства чувствительного элемента 1, от чего меняется сигнал с генератора 2. Это изменение через первый АЦП 3 в виде цифрового сигнала поступает на первый вход вычислителя 4, на второй вход которого подается сигнал с датчика 5 температуры через второй АЦП 6. На третий вход вычислителя 4 подается сигнал напряжения питания от датчика 7 уровня напряжения питания. В вычислителе 4 цифровые данные с данных трех входов сравниваются с табличными данными соответствия данных сигналов, находящихся в памяти вычислителя 4, и по результату данного сравнения вычислителем 4 вырабатывается управляющий сигнал на изменение состояния выходного устройства 8. В случае появления сигнала о превышении заданного уровня тока с порогового устройства 10 или при изменении условий работы датчика 1 вычислитель 4, связанный двусторонней цифровой связью с преобразователем 12, выключает выходное устройство 8, предохраняя индуктивный датчик положения от выхода из строя.
Таким образом, в сравнении с прототипом в заявляемом индуктивном датчике положения, благодаря использованию дополнительно подключенного к вычислителю 4 преобразователя 12 посредством его двусторонней цифровой связи как с вычислителем 4, так и с возможностью соединения его с внешним вычислителем-компьютером 13, использующего для подключения датчика к последнему цифровые коммуникационные интерфейсы, дает возможность настраивать такие параметры датчика как расстояние срабатывания, гистерезис, а также посредством их записи или считывания с помощью цифровых интерфейсов хранить эти параметры не в датчике, а в памяти внешнего вычислителя-компьютера 13, что позволяет при замене датчика 1 или изменении условий его использования и требований к его работе оперативно загружать необходимые параметры в датчик, расширяя тем самым его эксплуатационные возможности.