专利名称：微型无接触开关装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于检测机械机构位置变化(或移动的行程)的磁电转换式微型无接触开关装置。
为了控制机械机构(或部件)移动的行程、位置的变化、以及实现准确地定位，需要检测出机械机构的确定位置。传统的方法是采用机械行程(限位)开关，由于这种开关是靠机械档块压合(或推动)开关触点动作，因而开关体积大、寿命短、重复频率低、工作不可靠，很难用于易燃、易爆、粉尘严重的作业场所。七十年代，出现了采用电子技术的无接触式接近开关，通过运动体接近开关，使开关动作(一般这种开关内均无触点。所以又称无触点开关)。目前这种开关主要有高频振荡(属电磁感应类)、静电感应、磁力作用、光电转换等几种类型，大多为分立元件结构，存在着组装零件多、体积较大、可靠性差、密封欠佳、成本较高等缺点。在《集成式接近开关及其发展动向》(载于中国《防爆电器》杂志1988年第6期)一文中揭示联邦德国西门子公司1983年发表的TCA305型接近开关专用集成电路结构框图，该开关仍属高频振荡型，其工作原理是当感应体远离振荡区时，开关产生高频振荡，反馈信号经放大、整流、整形、输出高电平信号；当感应体进入振荡区时，抑制振荡，输出为低电平信号，实现开关量的变换。整个电路做成一专用集成块取代了分立元件，使开关体积进一步减小，可靠性进一步提高，但体积仍然偏大，功耗较高，文中未提到能用于防爆环境。中国北京自动化系统工程设计院目前生产的KW系列无触点防爆开关，可用于易燃、易爆、多粉尘环境中。开关仍采用高频振荡原理。由分立元件组成，存在着体积大、功耗高、成本高、带有笨重的防爆接线盒、安装使用维护不便等缺点。
本实用新型的目的在于克服上述开关存在的缺点和不足之处，从而提供一种体积特小、功耗极低、密封性能优良的微型无接触开关装置，既能用于普通场合(普通型结构)，又能安全地不另设防爆接线盒就可用于有防爆要求的地方(防爆型结构)，特别适合用在精密、小巧(有一般的或防爆要求)的机械设备和只能提供很小空间(有一般的或防爆要求)的机械装置中。
本实用新型的技术方案是由发磁体、开关本体和带电缆线的密封插接头三部分组成。发磁体安装的机械设备中需要检测位置(或检测移动的行程)的机构上，开关本体与带电缆的密封插接头联好后，安装在机械设备的恰当处，使之与发磁体能形成彼此平行地相对运动，并保证有开关动作所需的相对距离。其特征在于开关本体由外壳、印制电路板及电子器件、密封插座组成，电路中有一霍尔开关集成电路和一输出电流调节器，输出电流调节器有一保护二极管、一集电极电阻(1－4KΩ)和一限流调节电阻(0－1KΩ)。电源(直流5－16V)经密封插座的电源插针、保护二极管引至集成电路的电源脚，其信号脚经集电极电阻与保护二极管的负极联接，同时又经限流调节电阻连向密封插座的信号插针，印制电路板及电子元件放置于开关体内的中间，使霍尔开关集成电路紧粘贴在开关本体外壳感应端面的内侧上，密封插座装有外壳的另一端，最后用绝缘材料加以灌封，并用螺钉固紧。带电缆线的密封插接头的密封插头插入密封插座后，实现电气联接。经三芯屏蔽电缆线和另一端的三接插头，把电源线、信号线、地线同时引向装置外。通过密封插头座紧固件把密封插头与密封插座牢固相联，并密封。发磁体由具有500GS以上磁感应强度的永磁材料或电磁线圈做成。为了增加动作距离和可靠性，在霍尔开关集成电路的背面装上一块由纯铁制成的诱磁体。开关本体外壳由非导磁材料做成。
本实用新型有普通型结构与防爆型结构两种。为了降低成本普通型结构可用三根绝缘导线直接从印制电路板中引出，然后以绝缘材料灌封，取代带电缆线的密封插接头与密封插座。
适当降低电源电压，改变集电极电阻与限流调节电阻阻值，开关本体外壳采用隔爆型非导磁材料，开关本体内以绝缘材料灌封，可以做成防爆型结构。
本实用新型采用磁感应原理，并通过磁电转换产生高、低电平关开量信号。当发磁体移动至开关本体感应端面的作用区时(或反之，开关本体移动至作用区时)，霍尔元件受磁感应作用，产生一霍尔电势，经差分放大器放大、施密特触发器转换，输出器输出，再经输出调节器输出一符合要求的高电平信号(接近电源电压值)；当发磁体离开作用区时(或反之，开关本体离开作用区时)，霍尔元件不产生霍尔电势，因而输出一低电平信号(约为0)。将这高、低电平信号送至控制系统，实现对机械机构的自动控制和自动计数。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点1、体积小，开关本体约22×22×20(mm)，现有的TCA305型为φ30×80(mm)，KW系列为φ30×100(mm)(不包括防爆接线盒)。
2、功耗低，普通型不大于60mw(TCA305型为750mw)，防爆型不大于25mw(KW系列为70mw)，均可直接与微机控制系统联用。
3、开关动作频率高，为0－10万次／秒(TCA305型为10－5千次／秒，KW系列最大为5千次／秒)，能适用于高速旋转机构的自动计数。
4、设置了密封插头座，能代替笨重的防爆接线盒。
5、成本低，普通型明显低于同类产品(如TCA305型)，防爆型加上安全栅的价格大约只有KW系列加上安全栅的二分之一。
如下图1是微型无接触开关装置结构示意图A图2是开关本体与带电缆线的密封插接头联接示意图图3是开关本体正面图图4是开关本体内部结构图图5是微型无接触开关装置结构示意图B图6是开关装置电原理框图图中的编号说明如下1、发磁体；2、开关本体；3、带电缆线的密封插接头；4、开关感应端面；5、开关本体外壳；6、开关安装板；7、密封插座；8、密封插头座紧固件；9、密封插头；10、电缆线夹；11、电缆线，12、三接插头柄；13、三接插头；14、粘胶剂；15、霍尔开关集成电路；16、集电极电阻；17、限流调节电阻；18、保护二极管；19、电源线；20、信号线；21、地线；22、密封插座螺纹联接套；23、螺钉；24、三芯插针；25、印制电路板；26、诱磁体；27、输出电流调节器；28、磁力线遮挡件；29、连接支架；30、绝缘灌封材料；VCC电源，VS信号。
本实用新型将通过如下实施例(结合附图)作进一步说明
本实用新型的第一实施例是普通型结构。如图1，图4，图6，选取电源电压VCC为直流12V，霍尔开关集成电路(15)为CS839，保护二极管(18)为IN4004，集电极电阻(16)为3.9KΩ，限流调节电阻(17)为0，开关体外壳(5)为聚氯乙烯塑料，发磁体为φ12.5×3.5(mm)钕铁硼永磁材料。为了降低成本，可用套有塑料软管的三根绝缘导线直接从印制电路板(25)中引出，然后以硅橡胶作为绝缘灌封材料(30)灌封，取代带电缆线的密封插接头(3)和密封插座(7)。
第二实施例(即最佳实施例)是防爆型结构。如图1、图4、图6，选取电源电压VCC为直流5V，霍尔开关集成电路(15)为CS839，保护二极管(18)为IN4004，集电极电阻(16)为2kΩ，限流调节电阻(17)为560Ω，使功耗降低到25mv以下，开关本体外壳(5)选取隔爆型铝金属结构，开关本体内用环氧树脂作为绝缘灌封材料(30)灌封，带电缆的密封插接头(3)通过密封插头座紧固件(8)与密封插座(7)紧固后，再经三接插头(13)与安全栅装置联接，构成本质安全型防爆系统，发磁体采用φ10×6(mm)铈钴永磁材料。
第三实施例如图5结构，发磁体(1)与开关本体(2)同时固定在连接支架(29)上，使发磁体与开关感应端面保持平行，两者中心在一条水平线上，并有5－8mm间距，磁力线遮挡件(28)由铁片制成，装在机械机构的适当位置上，确保遮挡件能自由地进出发磁体与开关本体形成的音隙中。其余各零部件结构，参数的选取与第一、二实施例相同。
权利要求1.一种微型无接触开关装置，包括发磁体、开关本体和带电缆线的密封插接头，其特征在于开关本体由外壳、印制电路板及电子元件、密封插座组成，电路中有一霍尔开关集成电路和一输出电流调节器，输出电流调节器有一保护二极管、一集电极电阻(1-4KΩ)和一限流调节电阻(0-1KΩ)，电源(直流5-16V)经密封插座的电源插针、保护二极管引至集成电路的电源脚，其信号脚经集电极电阻与保护二极管的负极联接，同时又经限流调节电阻连向密封插座的信号插针，印制电路板及电子元件放置于开关本体内的中间，使霍尔开关集成电路紧粘贴在开关本体外壳感应端面的内侧上，密封插座装在外壳的另一端，最后用绝缘材料加以灌封，并用螺钉固紧，带电缆线的密封插接头的密封插头插入密封插座后实现电气联接，经三芯屏蔽电缆线和另一端的三接插头，把电源线、信号线、地线同时引向装置外，通过密封插头座紧固件把密封插头与密封插座牢固相联，并密封。
2.如权利要求1所述的微型无接触开关装置，其中发磁体由具有500GS以上磁感应强度的永磁材料或电磁线圈做成。
3.如权利要求1所述的微型无接触开关装置，其中在霍尔开关集成电路的背面装上一块由纯铁制成的诱磁体。
4.如权利要求1所述的微型无接触开关装置，其中开关本体外壳由非导磁材料做成。
5.如权利要求1、2、3、4所述的微型无接触开关装置，其普通型结构可用三根绝缘导线直接从印制电路板中引出，然后以绝缘材料灌封，取代带电缆线的密封插接头与密封插座。
6.如权利要求1、2、3、4所述的微型无接触开关装置，适当降低电源电压，改变集电极电阻与限流调节电阻阻值，开关本体外壳采用隔爆型非导磁材料，开关本体内以绝缘材料灌封，可以做成防爆型结构。
专利摘要一种涉及磁感应原理并通过磁电转换方式实现的微型无接触开关装置，用于检测机械机构位置的变化或移动的行程。该开关装置由发磁体、开关本体和带电缆线的密封插接头组成。开关本体内的电路中有一霍尔开关集成电路和电流调节器，并采用密封结构。因而整个装置体积小、功耗低、密封性能好、动作频率高、可靠性高、成本低，可广泛用于军工、机械、纺织、石油、化工、煤炭等行业，特别适用于各种易燃、易爆、粉尘严重的工作环境。
文档编号H03K17/94GK2062135SQ9021174
公开日1990年9月12日 申请日期1990年1月18日 优先权日1990年1月18日
发明者李文彬 申请人:机械电子工业部第五八研究所