专利名称:微型多敏固态控制器的制作方法
本发明涉及一种微型多敏固态控制器，这种微型多敏固态控制器尤其适于对受潮，结露和粉尘累积等进行报警或控制，以用作触键开关等。
传统的湿敏控制器一般包括如下几个主要部分传感器，由湿敏元件组成，能将外界相对湿度转换成电量;检测电路部分，其作用是检测和处理从敏感元件输出的电信号;触发电路部分，其作用是接收来自检测电路部分的信号，产生触发信号;驱动电路部分，它在接收来自触发部分的触发信号后输出较大功率的控制负载;此外还必须有一个电源电路，以提供控制器所必须的低压直流电。对于作为湿敏元件的电极来说，一般要求其阻抗在实用电阻测量范围之内(10～107Ω)。因为如果电极间阻抗高于这个范围，在低压下工作的电极产生的电流太微弱，以至使也在低压下工作的检测电路不能对此作出响应。为了使敏感元件的阻抗保持在上述实用测量范围内，人们想出了各种各样的办法，其本质毫无例外地都是设法在电极上包附一层感湿物质，以减小上述电极间的阻抗，增大湿敏元件的输出电流。比较常见的作法是，在电极上复盖潮解性电解质薄膜，如氯化锂;或在电极上涂复含有导电性粒子的胀缩性物质，如羟乙基纤维-碳;或在电极间夹入有机高分子膜，如醋酸纤维有机膜等等，还有些作法是干脆用金属氧化物多孔陶瓷作为湿敏元件的电极。但是，所有这些已知的作法不仅工艺复杂、价格高，还有许多其它难以克服的缺点。
众所周知，人们都希望湿敏元件满足以下要求(1)可靠性高，寿命长;
(2)温度系数小;
(3)能在有腐蚀性气体的复杂环境中使用;
(4)可适应较宽的环境温度范围;
(5)滞后现象少;
(6)互换性好;
(7)响应速度快;
(8)耐冲击等。
但是，由于在电极上包附了感湿物质或使用了金属氧化物多孔陶瓷电极，上述要求就在不同程度上不能得到满足。比如，用氯化锂作为感湿材料的湿敏元件在高湿环境中，感湿材料吸收过多水分之后有变为液滴流失的危险，所以使用寿命短。而胀缩物湿敏元件在高湿或低湿状态下灵敏度降低，甚至湿度特性反常，所以其可靠性受到影响，有机高分子膜湿敏元件则不宜在有机溶剂的环境下使用。此外，上述作法的共同弊病如下所述1.湿敏元件易受污染，且污染后不易清洗;
2.延长了吸湿和放湿的响应时间;
3.增加了吸、放湿的滞后现象;
4.电极尺寸增加;
5.工艺复杂、价格高;
6.稳定性降低;
7.元件参数离散性大，互换性不良等。特别是在高湿环境下，(例如湿度超过95%)，这些包附感湿物质的电极的微孔中所吸收的水分不易除掉，而必须用人工或电热方法强行除湿，所以人们又设计了各种加热和清洗装置，这样，不仅设备复杂，消耗能量，而且增加成本，降低了可靠性。
由此可见，上述这些在电极上包附感湿物质来降低电极间阻抗的“传感器迁就电路”的解决方案并不是最理想的。而采用这种电极的控制器的功能也只能是单一的，不可能用于其它因素的敏感控制。另外，由于需要低压直流供电，需要有稳压电源，所以整个控制器的体积和重量都较大。
PCT国际专利WO 79/0087公开了一种用于灯具的触控开关，包括触摸电极，电源电路，脉冲整形电路，计数电路，触发脉冲发生器和双向三极管组成。其中脉冲整形电路又包括两个削波级，一个与门和一个计数电路，触发脉冲发生电路又包括触发器、与门和激励级。其缺点是电路比较复杂，成本高，不工作时依然有功耗等。
本发明的目的是研制一种微型多敏固态控制器，不仅能用于湿敏控制与报警，而且也可用于尘敏控制、报警及作触控开关等，还能用作对地洩漏微弱电流的监控报警，该微型多敏控制器能直接接入交流市电电网中工作，并直接输出大功率交流电。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的整个控制器可分为传感器及其供电电路部分，微电流触发器部分和双向固态开关部分。传感器部分包括一对不带感湿材料包附层的、高阻抗的金属电极组成的传感器、灵敏度调整电路和给上述电极供电的交流微电流恒压及指示电路。从普通交流市电电网来的交流电，经过交流微电流恒压电路把交流高压加到传感器电极上，灵敏度调整电路用来调整控制器的灵敏度，当外界待测因素例如潮湿或粉尘累积变化时，通过传感器的微电流的大小产生了变化，这一变化传递到微电流触发器部分。微电流触发器是电路的核心部分，它的独特之处是与一般的触发器电路不同，不是采用低压直流供电，而采用交流供电，而且其灵敏度极高。当从传感器传到触发器的微弱信号高于触发器翻转阀值时，使触发器输出一个功率脉冲，驱动由双向晶体闸流管组成的双向固态开关，接通主电路控制负载，如除湿机或通风机等，当外界待测因素恢复正常时，通过传感器电极的微电流又产生相反方向的微弱变化，又使触发器动作，从而关闭固态开关，使外部模组件IC1的内部原理图。
图4是本发明第二种实施例的原理图，其主要特点是其中的微电流触发器采用了对称补偿式微电流触发器微模组件IC2。
图5是图4所示的本发明第二种实施例中采用的对称补偿式微电流触发器的内部电路原理图。
如图1所示，整个控制器可分为传感器及其供电电路部分，微电流触发器部分和双向固态开关部分。传感器部分包括由两个不带感湿材料包附层的高阻抗的金属电极组成的传感器，灵敏度调整电路和给上述电极供电的交流微电流恒压及指示电路。从市电电网进入的交流电加至交流微电流恒压及指示电路，该电路输出一个可调的高压交流稳定电压作为湿、尘传感器的电源。当传感器感受环境中湿度变化或粉尘累积时，其阻抗下降，于是传感器上有一上升的交流微电流流入微电流触发器。当此微电流大于触发器的触发阈值时，触发器翻转，输出一个较大的功率脉冲去触发双向固态开关。图1中的粗黑线表示本控制器的主回路，直接接入市电电网。当双向固态开关被触发后，交流市电电网电压直接接到与本控制器配接的各种执行装置上。这些执行装置可以是去湿、加湿、烘干等改变环境湿度的装置，也可以是吸尘、吹尘或通风装置。当上述执行装置运转导致环境中受控因素恢复正常，这时传感器上的阻抗又逐渐增加，流过传感器上的微电流逐渐减小，致使触发器翻转复位而无输出，固态开关关断，切断外部受控装置的电源，这样形成了一个闭环的自控系统。如果用各种触敏电极或极板接入微电流触发器上不同的输入端，则通过这些开关的电极与大地间形成的微弱洩漏电流可使系统产生动作。
图2是本发明第一种实施例的电路结构原理图。图中，标号O和P分别表示市电电网中的零线和相线;IC1是全交流微电流触发器微模组件，其1脚和7脚为电源端，2脚为触发输入端，3脚为外接电容器负载设备停止工作。这样周而复始。便可实现除湿或除尘等控制操作。如果在电路中进行切换接入其它传感器，例如触敏电极，则本控制器又可作为触摸报警或对地洩露电流报警之用或作为触摸开关使用。此时，整个电路中参与工作的部分减少到只有触摸电极，微电流触发器和双向固态开关这几部分，比一般的触控开关大大简化，并且耗电很少。根据不同控制对象，换接不同的传感器即可用于多种敏感开关过程控制。一般说来，凡是其变化能引起传感器电极间微电流变化的待测因素控制设备的停启，都可使用属于本发明一类的敏感控制器来控制。
与现有技术相比，本发明有许多优点。首先，本发明电路部分的特点是，检测的灵敏度非常高，能检测到nA数量级的微电流;可直接采用高压交流市电供电;直接输出大功率交流电，功率可达1300瓦，甚至更大;全固态;电路中无电感元件，抗干扰性强;各部分直接偶合;电路中许多元件同时兼有多种作用，减少了所用元件数量。
传感器电极部分不包附任何一种感湿材料，因此克服了前面所叙述的，由于在电极上被复感湿材料后带来的诸多弊病，同时还有更大的好处，即这种电极还可以作为尘敏传感器使用，这样，一种控制器既可用作湿敏控制器，又可作为尘敏控制器，还可作为触敏控制器等等，集许多不同领域的检测控制功能于一身，使按本发明制造的控制器可广泛应用于多种领域。
由于上述特点，按本发明制造的装置具有体积小，重量轻，使用简便，寿命长，功能多，用途广，低成本，无触点等优点。
下面结合附图详细说明本发明。
图1是本发明微型多敏固态控制器的原理方框图。
图2是本发明的第一种实施例的电路结构原理图;其主要特点是其中的微电流触发器采用了全交流微电流触发器微模组件IC1。
图3是图2所示的本发明第一实施例中采用的全交流微电流触发微引入端，4脚为触发输出端，5脚和6脚为平衡调整端，其电源供电端1通过电容C2和限流电阻R10与电网零线连接，另一供电端7与电网的相线联接，反相联接也可以，但用作触敏功能时系统的灵敏度要受影响;电阻R15和电位器W2及氖灯Ne1和Ne2组成一个高压交流微电流恒压源向湿、尘传感器供电，串联的R15和W2并接在电源两端，两个氖灯Ne1和Ne2串联，其一端接在R15和W2之间的连接点上，另一端接在相线上，即串联的Ne1和Ne2与电位器W2并联，W2的滑动端通过限流电阻R14和转换插头J与湿、尘传感器的一个电极连接;S1是一个湿、尘传感器，它的一个电极经转换插头J和电阻R14与电位器W2的滑动端相连，另一电极通过限流电阻R12接至IC1的输入端2;S2是一个触敏键或接近感应极板，它也通过R12接到IC1的输入端2上，拨出转换插头J，湿、尘传感器的供电被切断，此时控制器可单独作为触敏开关使用;限制IC1灵敏度和抗干扰的电容C1接在IC1的3脚和公共端7脚之间;平衡调整电位器W1的两端分别接到IC1的5脚和6脚上，其滑动端与公共端7脚相接;IC1的负载电阻R11接于IC1的输入端和公共端7脚之间;双向晶体闸流管TR1的阳极A1通过负载R1接入市电电网，其门极通过限流电阻R13与IC1的输出端4联接;R2表示外部受控设备负载，相线P接到外接端子10再接IC1的公共端7脚。
IC1是一种高灵敏度的特殊触发器，其外部功能是，当从触发输入端2流过一个0.5～1μA的与市电电网同频率的微弱交流电时，触发器翻转，在触发器输出端4即可输出十几毫安以上的交流电流。该电路的特点是其供电电源是交流市电而不须采用直流供电。此电路具有交流供电、交流触发、交流输出的“全交流”工作模式。如图1和图2所示，湿、尘传感器S1是串联在由灵敏度调节电位器W2提供的交流电源上的，流过传感器S1的微弱电流变化与环境中的相对湿度或粉尘累积量的变化之间有一个对应关系。当S1感湿或感尘时，附着在电极间的水汽或粉尘使其阻抗降低，结果有微弱交流电流is1经S1进入IC1的2脚，当iS1大于IC1的最小输入电流阈值时，引起IC1状态翻转。IC1输出的交流触发电流从4脚经过限流电阻R13直接流入双向晶体闸流管TR1的门极G，使TR1导通。本实施例采用了TR1阳极A1与门极G同极性触发方式。因此要求IC1的输出端4脚输出一个与TR1阳极同极性的交流电流，即当双向晶体闸流管的第一阳极为正电压时，G极上所加的电压也为正电压。IC1采用交流供电，突破了通常的只能用低压直流为集成电路供电的模式。这样就可以通过一个体积不大的电容器C2和一个限流电阻R10直接取用TR1阳极A1上的市电电网交流电。这样可以使整个控制器的电路大为简化，使其体积能缩小到火柴盒一般大小，甚至还可以更小，而整个系统与对外电路的连接可减少到仅两根接线(二端口)。而且电容C2上不消耗有功功率，使系统的效率大为提高。在电路中C2是一个多用的电容器，由于在C2上的压降远大于IC1上的电源电压，所以电容器C2相当于一个恒流源，它可以向IC1提供一个恒定的电流，有利于系统的稳定。R10是限流电阻，它限制由于交流电源瞬变引起的浪涌电流，保护IC1。C2、R10和IC1可通过外电路端子8、9一起并联在TR1两端，吸收由于使用了感性外部执行负载而出现的浪涌电压，从而保护了TR1。
R15、W2与氖灯Ne1、Ne2组成了一个高压交流微电流恒压电源，作为传感器S1的工作电源。当TR1未被触发导通时，外接端子8与端子10之间的交流电压用R15与W2构成的分压器向Ne1和Ne2供电，由于Ne1和Ne2起辉后具有很好的高压弱电稳压特性，在W2上可以得到一个十分稳定的交流电压，以便从W2的滑臂上取出一个可以调整的稳定电压向S1供电。这样，当交流市电电网电压波动或流过传感器的微电流变化时，W2上的电压都能保持恒定，可使仪器保持较高的触发精度。调整W3即可调整传感器的工作电压，从而可以调整湿度控制或粉尘控制时的灵敏度。
S2是一个触钮电极。当把控制器用于触敏开关时，应把转换插头J断开。
与传感器S1串联的电阻R12和R14起限流作用，使当传感器阻抗很低或短路时所产生的电流受到限制，确保IC1的输入电流在安全范围内。此外，也限制了当人手触及传感器S1或S2时的人体接触电流，确保安全。
R11是IC1输入端2的负载电阻。电位器W1是IC1的平衡调整电位器，分别通过IC1的5、6脚接在IC1内的输入晶体管T5、T2的发射极上，W1的中心滑臂接公共端7脚。在调试电路时，利用W1调整IC1内部左右两个触发器的灵敏度，使IC1的输出端4输出的交流电的不平衡度刚好与TR1门极两半波灵敏度的不平衡度相补偿，从而使外负载RL上得到均衡的正负半波交流电。
C1是IC1的外接电容器，其作用是一方面适当降低IC1输入端的灵敏度，以防止由于传感器的寄生本底电流引起IC1的误触发，另一方面可以滤去由外部输入的干扰脉冲和交流电高次谐波引起的干扰。
图3是图2中采用的全交流微电流触发器微模组件IC1的内部电路图。全交流微电流触发器微模组件电路由左右完全对称而极性完全相反的两个互补触发器电路合成。从IC1的1脚送入的交流电被双向齐纳二极管ZD1双向限辐后，供给IC1工作，确保IC1工作在安全而稳定的电压下，即使交流市电电网的电压大幅度波动时，也不影响系统的稳定。
由分离二极管D3、D1分别把正、负两半波分开各送入左、右两个触发器电路。右边的晶体三极管T1、T2、T3分担负半波，左边的晶体三极管T4、T5、T6分担正半波的工作。
现叙述左半部正半波触发部分的工作原理。
T4是输入级，是一个射极跟随电流放大器，它提高了IC1的输入阻抗，并将从2脚送入的传感器微电流交流信号的正半波进行前置放大，R5是T4管的基极下偏电阻，用以限制输入阻抗并稳定T4管的工作状态。
经T4电流放大的信号由其射极输出，经IC1的3脚的外接电容C1滤除输入瞬变量(干扰脉冲或交流电源的高次谐波成分)后，由耦合电阻R6注入T5管基极，T5管是个NPN管，与异极性的PNP管T6构成一个互补再生环。R4为T5集电极注入到T6管基极的限流电阻，R7为环路正反馈电阻。T5输入的电流经T5、T6放大后经R7又馈入T5基极，使T5、T6向时饱和。当电源为正半波时此触发器工作。因此我们称T5、T6为正半波互补触发器。
同理，T1为负半波的输入级，也是一个射级跟随电流放大器。T2、T3亦通过R3和公用反馈电阻R7构成负半波互补触发器。R9是T5和T2共同的基极下偏电阻，用以稳定T5、T2管的工作状态。R8支路串联一对反向串联二极管D5、D6构成一个交流温度补偿支路。D5、D6相对于T5、T2基极上信号电流的正、负半波来说，分别接成反向状态。当环境温度升高时，D5、D6的反向漏电流增加，使T5、T2的基极输入阻抗相应降低，亦使两个触发器的增益下降。当环境温度下降时，则过程相反，实现了对电路的温度补偿。选择R3和D5、D6，可使温度补偿特性良好，从而增加了IC1的温度稳定性。
十分有趣的是，很容易看出，两个半波的两个异极性互补触发器可如图3所示背靠背地合并起来，这样电阻R5、R6、R7以及R9均可共用，减少了元件，简化了电路结构，这样也有利于两个半波的均衡。
D4、D2分别是T6、T3管的基极下偏电阻，这些元件增加了T6、T3管的工作稳定性。
综上所述，IC1的1脚用交流电源供电，只要从输入端2送入相应的交流微电流信号，并使电流值达到触发器的触发阈值时，触发器迅速翻转，T6、T3管导通并分别把电源上的正负半波在两管的集电极结点上合成一个完整的交流电，通过4脚输出，经外电路的R13限流后到TR1的门极G去驱动TR1。这样就完成了全交流微电流触发器的触发功能。
IC1的外接电位器W1是通过5、6脚与IC1内部的T5、T2的发射极连接的，W1的中心滑臂接7脚公共端，使W1的左、右部分的电阻分别构成T5、T2的发射极电流负反馈电阻。调整W2的滑臂，可使两半波触发器增益变化，从而使输出端4脚上得到一个正、负半波幅值可调的交流触发电流，使之刚好补偿TR1门极G正负半波的触发灵敏度的不平衡度。当TR1被触发时，使外接执行装置RL上得到一个对称平衡的完整交流电。
在需要多敏控制器完成触敏功能时，可用一备用插头使图3中的插座J断开，使W2上的电压不加在S1上，这时温度与粉尘累积将不影响触敏功能。当人手触摸触敏电极S2时，由于7脚通过外电路端子10与电源的相线P连接。220V交流电将通过IC1的7脚经IC1的输入级流过2脚，经R12加到S2，再经过人体对地的分布电容与电阻形成一个人体复合阻抗流入大地。这个微电流两半波分别流过IC1中的输入级T1、T4的发射结，而使整个微电流触发器翻转，输出触发电流去驱动TR1导通，实现触敏开关的功能，由于IC1的最小触发电流阈值iinm可以做到小于1μA的程度，而7脚与大地间是一个220V的交流电源E，从2脚到大地之间的总阻抗只要低于一个可触发IC1的最大值Zmax，在Zmax上流过的微电流即可大于IC1的最小触发电流阈值。使IC1得以触发TR1。由于IC1是一个触发器，输入交流微电流的峰值即可能引起触发，所以估算时应以峰值电压计算Zmax。
现在设市电电网电源为220伏并且设触发器最小触发电流阈值iinm＝500nA，则Zm a x=2Eii n m=22025×10-7=6.2×108]]>(Ω)即620MΩ1这表明，只要人体的分布电容与电阻形成的对地复合阻抗小于620MΩ，就能引起IC1触发翻转。对于如此之大的一个可触发阻抗，电路中与之串联的IC1的输入阻抗及电阻R12均可忽略不计，这样，人体不管处于何种绝缘状态，其对地分布总阻抗均低于Zmax值。也即本系统能构成极高灵敏度的触敏开关。
如果把S2的电极做成合适的平面，利用另一个可移动的接地平面与其相对平行。当距离接近时，分布电容增加，当容抗Xc＜Zmax时，所产生的微电流大于IC1的最小触发阈值iinm时，IC1翻转，其输出开通TR1，实现了用于不接触位置检测的接近开关的功能。调整R11阻值，即可整定接近开关的接近距离的动作值。
运用同样原理可以作高灵敏度的漏电检测控制器等。
图2中的C2的恒流作用，IC1中的双向限幅稳压作用。交流微电流恒压源氖管的稳压作用以及IC1中的温度补偿等措施共同保证接近开关定位有一定精度。
图2中，整个系统的输出端子8、9和10的接线有两种，第一种接法是8与9端子相连后再与负载RL相连，负载的另一端接电源的零线0。端子10是电路的公共端，接电源的相线P。这时，从外部看进去，整个多敏控制器与外界的接线仅只有两根线，这是接线最简单的电子装置(二端口网络)。
这时，如果TR1处于“关”状态时，负载RL上有一个不大的电流流过。但如果有的负载在“关”状态时不容许这个电流流过，则可改接第二种接法，即是把端子8的出线改接到电源的零线0上。
图4是采用对称补偿式微电流触发微模组件构成的微型多敏控制器的另一个实施例的电路原理图。IC2是对称补偿式微电流触发器微模组件。它的1脚是电源供电端，应加上一个交流电压;7脚是公共端;5脚是微电流触发“开通”输入端;4脚为触发输出端;6脚为微电流触发“关断”输入端;2、3脚是自锁功能转换端，与不同的传感器及其插件S1～S6连接。如果传感器插件上的插脚将5、6脚短接，则IC2经触发后有自锁功能，直到〔IC2〕的反相输入端输入一个微电流方可使IC2复位。如果插件2、3连通，则IC2不能自锁，即触发信号消失，IC2复位。
8、9、10脚均为IC2的外接电容端，其中8、9脚上的外接电容C4、C5的输入微电流的滤波电容，确保IC2在交流微电流触发过零时不致使IC2误复位，並可滤除进入输入端的干扰。C6为IC3的电源滤波电容。
11脚是IC2的对称补偿输入端。11脚上接的电容C3是个补偿电容器，用此补偿湿、尘传感器的寄生本底电流。
12脚为IC2的空脚。
图4中的P2是当实施例的多敏控制器为积木式结构时，所用的触发器部分与固态开关部分的插接件。
TR2为双向晶体闸流管，用作固态开关。P1为不同传感器电极的接入插座。
图4中的S1～S6是本发明微型多敏固态控制器第二种实施例中配用的几种传感器电极及其插件的示意图。
S1是一种湿敏尘敏传感器及其插件的示意图。其中E1和E2是两组梳状电极(也可制成其它所需要的形状)，分别与插脚8和1相接。电极是在绝缘材料表面形成的镀有防蚀金属层的金属电极，其极对数，间距与长度可根据不同的测量控制要求作具体调整。本实施例采用简单的梳状电极，极间距0.5mm，长度为31mm，总宽度为5mm，梳齿数3+4。
S2是暂稳态触钮开关电极及其插件。也可作为漏电检测电极及其插件。电极用不锈钢材料制作，与插件8脚相接，2脚与3脚短接。
S3是双稳态触键开关电极及其插件，两个键均可用不锈钢材料制成。键的形状不限，以便于手指接触为准。两键间隔25mm，绝缘底座与电极连接处开有环状的沟槽。其中“ON”(即“开”)键与插件P1的8脚相接，“OFF”(即“关”)键与插件P1的2脚相接，5脚和6脚短接。
S4是具有潮湿自动保护功能的双稳态触键开关的电极，当高湿环境的湿度超过予定临界值时，即使触动此电极，受控设备也不可能被启动，作为在有特殊要求的环境中使用，以实现保护设备和人身安全的目的。这两个电极的结构和接法都与S3的相同，形状为矩形，调整两个电极间的距离即可得到不同湿度的临界动作值。两个电极距离越近，环境湿度的予定临界动作值越低，反之，两电极距离越远，予定临界动作值越高。本实施例定为96%～100%的范围。
S5是具有自动复位功能的接近开关，有一个具有较大外表面的平面金属电极。当另一活动的接地电极与其面对面接近到一定距离时，开关动作，电极及插件的8脚相连。另外插件的2脚和3脚短接。换用不同面积的电极可以得到不同的灵敏度。
S6是具有自锁功能的接近开关，有一个与S5相同的电极与插件8的脚相连，插件的5脚和6脚相连通，使这种接近开关具有自锁功能。
图4中的R28、R30、R31均为限流电阻，其作用是既限制传感器在极低阻抗乃至短路时输入IC2的电流值，又将人体在触及各传感器电极时的电流限制在远小于麻电的安全范围内。
Ne3、Ne4为两只相同的氖气指示管，它既作为传感器微流电源的双向稳压元件，又利用它在工作时发出的辉光作整个控制器的电源指示灯。Ne3、Ne4与电位器W3并联后再与R34串联，接于系统的外接线端子12与14两端，也即是市电电源两端。这样即组成一个简单的高压交流微电流恒压电流，这个电源利用Ne3、Ne4的微电流齐纳特性，使W3上得到的电压不受市电电压的波动以及传感器阻抗变化引起的电流变化的影响。这样就提高了本控制器的精度。
在W3上的稳定电压经过W3的滑动臂调定后，经R23限流电阻输入S1插件的1脚，加在传感器S1的电极E2上，并流过E2→E1→R30，注入IC2的5脚，如果因感湿或粉尘累积而使S2两电极间阻抗降低时，通过传感器的微电流增加，达到IC2的开通阈值时，IC2迅即翻转，从输出端4脚输出一个较大电流经限流电阻R29去触发双向晶闸管TR2的门极G，TR2一经触发导通即将市电电网的大功率交流电加到外部执行装置RL上，RL得电后导致环境湿度或粉尘累积变化，此变化又被S1感知而使其阻抗增加，使IC2复位停止输出触发电流，TR2截止，又使负载RL停止工作，这样形成一个闭环自动控制回路，达到自动控制湿、尘的目的。如果RL不是控制湿、尘度的设施，而是声、光报警、指示装置，则本控制器起到湿、尘敏感的报警器的作用。
现在进一步分析本方案为什么可以用完全不被覆感湿物质的一对高阻抗电极来完成湿、尘敏感的功能。
设市电电网电压为220伏，当灵敏度电位器W3的滑动臂在最上端时，可以得到180V的稳定交流电(两个氖管选用90V的)。这个电压ES通过限流电阻R28加在传感器S1的电极上，如果IC2的最小可触发输入电流阈值为500nA，则传感器的最大可触发阻抗为Zsmax＝ (ES)/(iimn) ＝ 180/(5×10-7) ＝360(MΩ)。也即只要传感器S1上的阻抗ZS＜360MΩ时，便可使流过S1上的微电流去触发IC2，使这个电路能适应不被覆任何感湿物质的由一对简单的电极组成的传感器，这样，传感器的最高可用阻抗可以是常见湿敏元件的36倍！现在进一步叙述图5所示的对称补偿式微电流触发电路的内部电路原理图。
图5中T7、T9与T10、T11分别组成左右两个同极性的对称互补触发器，并共用上下两个发射极电阻R20和R21，右边是主触发器，左边是与主触发器完全对称的补偿触发器，当触发微电流信号从IC2之5脚送入时，只要此电流大于主触发器的动作阈值时，T9、T7同时导通，将10脚上的直流电源电压经R27加至驱动器T12的基极，经T12电流放大后从4脚输出，又经图4中的限流电流R29限流后加至双向晶闸管TR2的门极G上，使其导通。
R33是TR2的门极电阻。
R16是T9的基极限流电阻。
R26通过图4中插座P1-S3或S4或S6上的短连线并联在R24上，构成一个触发器的正反馈电阻。如果此时有一个触发脉冲从5脚输入，将经过T7、T9放大了的集电极电流IC9的一部分正反馈到输入端(T7的基极)，使T7、T9饱和并自锁。如果这时从5脚输入的触发电流消失，T7、T9仍然导通。如果从IC2的6脚输入一个触发信号，则执行关断功能的反相器T8管的导通将以R24∥R26来的反馈电流直接短路到7脚的公共端，使T7失去正反馈条件而截止，T9亦截止，T12亦截止，TR2关断。以上的功能完成了双稳态触控开关的功能，S3或S4上的电极E4、E6就是通过插件8脚限流电阻R30输入IC2的5脚，所以电极E4、E6为“开(on)”触键，电极E5、E7通过插件的2脚→限流电阻R31→IC2的6脚，所以电极E5、E7为“关(OFF)”触键。
如果在图4中的插座P1上插入湿尘传感器S1或暂稳态触钮电极传感器S2或自动复位的接近开关电极传感器S5时，由于这些传感器的插脚5、6没有短接起来，对应于IC2的2、3脚不被短接。这时，图5中的R26开路，不与R24并联，使反馈电阻增大，导致从T9集电极反馈入T7基极的正反馈电流减弱。选择R24，使其保证当5脚的触发信号消失后，主触发器可靠关断而复位。而在IC2的5脚注入一稍大于开通阈值的微弱电流时，主触发器又能迅速翻转。
二极管D13的阴极通过IC2的1脚与图4中的C7，R32相接，齐纳二极管ZD2跨接在IC2的1、7脚两端，D13、ZD2与外接的C7、R32构成一变形的倍压整流电路，只是把一般的半波二倍压整流电路中的并联二极管换成一只齐纳二极管ZD2，使ZD2既有原来的二极管给倍压电容C7提供充电回路的功能(利用ZD2的正向特性)，又兼有负截上加接稳压二极管为IC2提供合适而稳定的电源电压的功能(利用ZD2的反向齐纳特性)，一管两用。这样，充分利用电流正半波的能量，存贮于C7中并叠加于负半波上提供二倍的稳压电流，在相同IC2的供电电流的情况下，可以减小C2的体积和容量，并使系统效率提高。
由D13整流并由ZD2稳压限幅度的负电压经IC2的10脚接在图4外电路上的电解电容器C6对这个脉动半波负压滤波，使IC2中两个互补触发器工作在稳定的直流工作状态。
图5中R18、R19分别是T9、T11的下偏电阻，改善两个触发器的稳定性。T10与T11构成一个互补触发器，原理与由T7、T9构成的主触发器相同而对称，称为对称补偿触发器。由于这两个触发器分别共用R20、R21两个发射极电阻，互相间在R20和R21上形成两级负反馈。如图5所示，R21是T9、T11共用的发射极电阻，R20是T7、T10的共用发射极电阻。每个发射极电阻对于一个相应的晶体管本身的发射极电流变化产生一个电流负反馈的同时，又对另一只与其共用发射极电阻的对称晶体管产生电压负反馈。这样两只共用发射极电阻上形成的双重负反馈使左右两个互补触发器的工作稳定，由于两触发器同处于一个微模组件，互补触发器对主触发器提供温度补偿。
图5中，R18是T9的下偏电阻，D12是T7输入端与T9集电极的反馈隔离二极管，其用途是消除T9的输出阻抗通过R24(或R24∥R26)并联在输入端5脚而降低输入阻抗，这就相应提高了IC2的开通灵敏度。
R17为T10集电极注入T11基极的耦合电阻。R25与隔离二极管D11一起由T11集电极向T10基极提供一正反馈电流。D11与D12的作用原理相同。
在制作时，应使T10、T7和T8、T11这两对管子各参数相等，即T9、T11配对;T7、T10配对。并使主、补两个触发部分的相应元件两两对应相等，以求尽量对称，如R24＝R25、R18＝R19、R16＝R17等等。
如图4、5所示D7、D8与从IC2的5脚相连的传感器(或人体)分布电容形成一个高压微电流倍压整流电路，以尽量利用这个分布电容，在正半波时用D3提供一个充电电荷，并在负半波时将其迭加在负半波电源上以二倍的电压去触发T7。经过倍压的高压微电流反映湿、尘度的信号应该经IC2之9脚在外接的微电流滤波电容C5上充有几百伏的负高压。但因这个负电压是正向加在T7的发射结上，所以这个负高压实际上不存在，由T7的发射线上(箝位成-0.7V的结压降)转换成了结流。这个电压越高，转换成的电流也越大，大大提高了IC2中主触发器的输入最小可能触发电流阈值，从而提高了IC2的触发灵敏度。这个发明思想与一般的设计思想反道而行，在一个低压晶体管触发器的输入端不但采用高压微电流对传感器供电而且还要充分利用传感器的分布电容，用二倍压电路升高此触发电压，充分利用输入晶体管的发射结的正向特性来将这一高压转换成尽可能大的触发电流以增加触发灵敏度。反向电压被倍压电路中的D8箝位成0.7V，故也不会有反向高电压击穿晶体管。
当本系统作触敏开关功能使用时，IC2之5脚在外电路上通过限流电阻R30接触敏电极，当人体触摸电极时，人体的分布电容提供了上述的输入倍压微电流电路的倍压电容，充分利用了人体与大地的微小分布电容，提高了触敏开关的灵敏度。触敏开关的原理在本发明的第一个实施例中已述及。
图5中D9与T8的发射极结构成了交流触发微电流的两半波的通路，使之在与第6脚相连的“关(OFF)”触键电极传感器上亦能如上述原理类似构成高灵敏度的分布电容触发从而完成使IC2关断的功能。
D10、D14是对称补偿触发器的输入倍压整流二极管，作用原理与D7、D8相同。
图4中IC2的C4、C5是IC2内部两个触发器的输入滤波电容器，将输入倍压半波电压进行滤波，使“主”、“补”两个触发器不致因触发交流微电流信号过零或正半波时误翻转复位。这样，在触发器触发导通的期间，可以由T9输出一个稳定的直流负电流驱动T12，经T12输出一个较强而稳定的直流负电流触发TR2的门极，使TR2导通，控制外部执行装置工作。
本实施例中对TR2是采用的是A1+G-和A1-G-的触发组态，在TR2工作时是负极性触发。(A1是TR2的第一阳极，G是门极)。而本发明的第一实施例对TR1采用的触发组态是A1+G+和A1-G_。
图5中R22和R23分别是T9、T11管的集电极负载电阻。
IC2之11脚是内部对称补偿式触发器部分的输入端，与IC2的5脚主触发器有相似的特性，11脚外接补偿电容C3。
权利要求
1.一种微型多敏控制器，其特征在于，该控制器包括能感受外界环境中待测因素变化并可输出相应微电流的传感器组合部分，接受上述传感器组合部分发出的微电流并且当该微电流的值高于某一预定的阈值时立刻翻转并输出触发电流以及当传感器上来的微电流减弱到低于上述阈值后能及时复位停止触发的微电流触发器部分，和一个接受上述触发器部分输出的触发电流时立即动作并且当该触发电流截止时也能立即动作的固态开关部分。
2.如权利要求
1所述的微型多敏固态控制器，其特征在于，其中所述的微电流触发器是全交流微电流触发器微模组件(IC1)，其1脚和7脚是电源端，2脚为触发输入端，3脚为外接电容引入端，4脚为触发器输出端，5脚和6脚为平衡调整端。
3.如权利要求
1所述的微型多敏固态控制器，其特征在于，其传感器组合部分包括传感器，灵敏度整定和交流电流恒压及指示电路。
4.如权利要求
3所述的微型多敏固态控制器，其特征是，所说的传感器由一个湿尘敏传感器和一个触敏传感器组成。
5.如权利要求
3所述的微型多敏固态控制器，其特征是所说的灵敏度整定和交流微电流恒压及指示电路由电位器W2，氖灯Ne1和氖灯Ne2以及电阻R15组成，该氖灯Ne1和该氖灯Ne2串联，然后与该电位器W2并联，并联后的一端与电阻R15串联。
6.如权利要求
1所述的固态开关有两个与电源相接用的电源端A1、A2和一个控制端G。
7.如权利要求
1至6所述的微型多敏固态控制器，其特征是，该控制器的电源端(8、9)与市电电网的零线相接，另一电源端(10)与市电电网的相线相接，上述微模组件(IC1)的1脚通过限流电阻R10和电容C2接于电源端(8、9)，该(IC1)的7脚与另一电源端(10)相接，上述的灵敏度整定和交流微电流恒压及指示电路中从电阻R15引出的一端接于电源端(8、9)，另一端接于电源端(10)，电位器W2的滑动端通过电阻R14和转换插件J与传感器S1的一极相连，传感器S1的另一极与传感器S2的一端连接后，通过电阻R12与(IC1)的2脚连接，上述固态开关的两个电源端(A1)和(A2)分别与控制器的电源端(8，9)和(10)连接，其控制端(G)通过R13与(IC1)的输出脚4连接，(IC1)的外部负载电阻R11接于(IC1)的2脚和控制器的电源端10之间，平衡调整电位器W1的两固定端外接于(IC1)的5脚和6脚之间，限制触发灵敏度和抗外界干扰的电容C1接于(IC1)的3脚和该控制器的电源端10之间，当用于触敏时，上述插头J应处于断开位置。
8.如权利要求
2所述的全交流微电流触发器微模组件IC1，其特征是，其内部电路中包括接于1脚和7脚之间的双向齐纳二极管，由晶体三极管(T5、T6)和电阻(R2、R4)，二极管(D2)和上述的公用元件组成的互补的正半波工作部分，由三极管(T2、T3)、电阻(R1、R3)、二极管(D2)和上述公用元件组成的互补的负半波工作部分，上述两个半波工作部分完全对称且极性相反，该公用元件包括电阻(R6、R7、R8、R9)和二极管(D5、D6)，和分别由晶体三极管(T4)、二极管(D3)、公用电阻(R5)和三极管(T1)、二极管(D1)、公用电阻(R5)组成的上述两个半波工作部分的前置射极跟随电流放大器，其中分离二极管L3的正极接(IC1)的1脚，负极接T4的集电极，另一个分离二极管D1的负极与(IC1)的1脚连接，正极接T1的集电极，T1和T4的基极连在一起并通过公用电阻R5分别与它们的射极相连。
9.如权利要求
8所述的全交流微电流触发器微模组件(IC1)的内部电路，其特征是，其中的正半波工作部分包括由NPN型三极管T5和与其异极性的PNP三极管T6构成的互补再生环，T5的集电极通过限流电阻R4和T6的基极连接，公用的环路正反馈电阻R7把T6的集电极与T5的基极连接在一起，公用基极下偏电阻R9通过R7与T5的基极连接，该电阻另一端接(IC1)的7脚，T6的下偏电阻R2并联在T6的发射结上，T6的温度补偿二极管(D4)的正极与T6基极相连接，负极与T6的射极连接，(IC1)内部电路中的负半波工作部分包括由PNP型三极管T2和NPN型三极管T3组成的互补再生环，T2的集电极通过限流电阻R3与T3的基极连接，公用的环路正反馈电阻R7把T3的集电极和T2的基极连接起来，公用基极下偏电阻R9通过R7与T2的基极连接，T3的下偏电阻R1并联在T3的发射结上，T3的温度补偿二极管D2的正极与T3的射极相连而其负极与T3的基极连接，T4的集电极和T6的射极相连，T1的集电极和T3的射极相连，T1和T4的基极都接到(IC1)的2脚上，T4和T1的射极通过输出偶合电阻R6接到互相联接的T2和T5的基极上，T2和T5的基极通过温度补偿回路接于(IC1)的7脚，该温度补偿回路由两个负极相接的二极管D5和D6从及与串接于D6正极和(IC1)7脚间的电阻R8组成，D5的正极接于T2和T5的基极，T5和T2的射极分别接(IC1)的5脚和6脚，T1和T4的射极的接点接(IC1)的3脚，T1和T4的基极的接点接(IC1)2脚，T3和T4的集电极的接点接(IC1)的4脚。
10.如权利要求
所述的微型多敏固态控制器，其特征在于，其中所述的微电流触发器是对称补偿式微电流触发器微模组件(IC2)，其1脚是电源供电端，2脚和3脚是自锁功能转换端，6脚为微电流触发“关断”输入端，7脚是公共端，8、9和10脚是外接电容端，11是对称补偿输入端，12为空脚，4脚为触发器输出端，5脚是微电流触发“开通”端。
11.如权项1所述的微型多敏固态控制器，其特征在于，其中的传感器组合部分包括一个可替换的传感器的插接组件(P1)，灵敏度整定和交流微电流恒压指示电路。
12.如权项11所述的微型多敏固态控制器，其特征是所说的灵敏度整定和交流微电流恒压及指示电路由电位器W3、电阻R34和氖灯Ne3和Ne4组成，其中串联的氖灯Ne3和Ne4是相同的，它们与电位器W3并联后再与R34串联。
13.如权项1、6、10、11和12所述的微型多敏固态控制器，其特征是该控制器的电源端12与市电电网中的零线相接，第二个电源端13通过外部负载RL与市电电网零线相接，第三个电源端14和市电电网的相线相接，上述微模组件〔IC2〕的1脚通过电容C7和限流电阻R32接于电源端12，7脚和电源端14连接，〔IC2〕的2脚和P1的5脚相接，〔IC3〕的3脚和P1的6脚连接，〔IC2〕的4脚通过电阻R29和固态开关控制端G连接，〔IC2〕的5脚通过电阻R30和P1的8脚连接，〔IC2〕的6脚通过电阻R31和P1的2脚连接，〔IC2〕的8脚通过电容C4与控制器电源端14连接，〔IC2〕的9脚和10脚分别通过电容C5和电解电容C6与电源端14连接，〔IC2〕的11脚通过电容C3与P1的1脚连接，P1的1脚通过电阻R23与电位器W3的滑动臂连接，上述的灵敏度整定和交流微电流恒压及指示电路通过其中电阻R34的一端和电源端12相连，该电路的另一端接至电源端14，固态开关电路的两个电源端分别与控制器电源端13、14相连，固态开关的控制端电阻R33接于该控制端G和电源端14之间。
14.如权利要求
10所述的对称补偿式微电流触发器微模组件〔IC2〕，其特征是，在其内部电路中，一个二极管D13和稳压二极管ZD2，它们 外电路中的电容C7和电阻R32共同组成一个变形二倍压整流及稳压电源电路，该二极管D13的正极接〔IC2〕的10脚，负极接〔IC2〕的1脚，该稳压管ZD2的正极接〔IC2〕的1脚，负极接〔IC2〕的7脚，PNP型三极管T7和NPN型三极管T9和电阻R16、R18、R26、R24、R22、二极管D12以及共用电阻R20和R21组成了一个主触发器，其中T7的基极连接〔IC2〕的9脚，T7的射极通过共用电阻R20连接〔IC2〕的7脚，T7的集电极通过电阻R16与T9的基极连接，电阻R18连接T9的射极和基极，T9的射极通过电阻R21连接二极管D13的正极，T9的集电极连接〔IC2〕的3脚，同时T9的集电极还通过电阻R22与〔IC2〕的7脚相连，T7的基极通过二极管D12和电阻R26连接〔IC2〕的2脚，反馈电阻R24一端连接在二极管D12和电阻R26中间的结点、另一端连接T9的集电极，PNP型三极管T10和NPN型三极管T11、电阻R17、R19、R23、R25、二极管D11以及共用电阻R20、R21组成一个补触发器，其中T10的射极通过共用电阻R20接稳压二极管ZD2的负极，T10的基极与〔IC2〕的8脚连接，并通过二极管D11和电阻R25连接T11的集电极，T10的集电极和T11的基极通过电阻R17连接，T11的基极通过电阻R19与T11的射极及电阻R18和电阻R21连接，T11的集电极通过电阻R23连接〔IC2〕的7脚，PNP型三极管T12和电阻R27组成缓冲级，其中T12的基极通过电阻R27与T9的集电极连接，T12的射极与〔IC2〕的4脚连接，T12的集电极通过共用电阻R21与T11的射极连接并直接与〔IC2〕的10脚和二极管D13的正极连接，输入微电流倍压整流电路包括二极管D7和D8，其中D7的正极接T7的基极，D8的负极接〔IC2〕的7脚，D7和D8间的结点接〔IC2〕的5脚，三极管T8和二极管D9组成一个使主触发器关断的反相器，其中T3的射极和D9的负极共同接于〔IC2〕的7脚，T8的集电极同时连接T7的基极和〔IC2〕的9脚，T8的基极和D9的正极共同连接〔IC2〕的6脚，补触发器输入微电流倍压整流电路包括二极管D10和D14，其中D10的正极接通T10的基极、〔IC2〕的8脚，D14的负极接〔IC2〕的7脚，D10和D14中间的接点与〔IC2〕的11脚连接。
15.如权利要求
1或6中所述的固态开关，其特征是，它可以是一个双向固态开关。
16.如权项15所述的双向固态开关，其特征是它可以是一个双向晶体闸流管。
17.如权项4所说的传感器，特征在于，其中的湿尘传感器是两组梳状电极组成。
18.如权项4所述的传感器，特征在于其中所述的触敏传感器具有一个金属电极。
19.如权项11所述的传感器，其特征在于，它是一个由两组表面镀有防腐金属保护层的金属梳状电极组成的湿敏尘敏传感器，其两组电极分别与插件的1脚和8脚连接。
20.如权项11所述的传感器，其特征是，该传感器有一个暂稳态触钮开关电极，该电极用不锈钢制成并与插件的8脚相接，该插件的2脚和3脚短接。
21.如权项11所述的传感器，特征在于，该传感器有一对双稳态触键开关电极，其中用于“开”(ON)的键与插件的1脚连接，另一个用作“关”(OFF)的键与插件的7脚连接，键的材料均为不锈钢，两键的形状和尺寸应便于人手触摸，插件的5脚和6脚短接。
22.如权项11所述的传感器，特征在于，它包括一对具有潮湿自动保护功能的双稳态触键开关的电极，该两个电极材料可为不锈钢，其中用作“开”(ON)的键与插件的1脚连接，另一个用作“关”(OFF)的键与插件的7脚连接，两键间的距离与所要求的临界动作值有关，插件的5脚和6脚短接。
23.如权项11所述的传感器，特征在于，它是一个具有自动复位功能的接近开关，有一个具有较大表面积的平面金属电极，该电极与插件的8脚相连，插件的2脚和3脚短接。
24.如权项11所述的传感器，特征在于，它是一个具有自锁功能的接近开关，包括一个具有较大表面积的平面金属电极，该电极与插件的8脚相连，插件的5脚和6脚短接。
专利摘要
微型多敏固态控制器、包括能感受外界环境中待测因素变化并输出相应微电流的传感器组合部分，接受上述微电流并当该微电流的值大于某一预定阈值时立刻翻转并输出触发电流并且当上述微电流减弱到低于此阈值时能立即复位停止触发的微电流触发器部分，和一个接受该触发器输出的触发电流时立即动作并且当触发电流截止时也能立即动作的固态开关部分。
文档编号G05B11/16GK85100975SQ85100975
公开日1985年9月10日 申请日期1985年4月1日
发明者刘忠笃, 刘忠宪 申请人:刘忠笃, 刘忠宪导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan