熊小民，古江漢，呂云賓

1 引言

許多大型裝備制造企業(yè)和造船行業(yè)普遍使用火焰切割機(jī)自動(dòng)套料切割鋼板，而電容高低調(diào)節(jié)器是切割機(jī)中必不可少的配套部件。該設(shè)備的主要功能是保證切割機(jī)的割炬頭與被切割工件始終保持最佳切割距離，從而消除由于被切割工件的不平度變化而引起的加工精度誤差，進(jìn)而保證切割質(zhì)量，同時(shí)也是自動(dòng)切割必不可少的附屬設(shè)備，切割機(jī)割矩和電容探頭示意圖如圖1所示。由于切割機(jī)在工作過程中不能準(zhǔn)確探知切割割炬與鋼板的距離，這就必然影響鋼板的切割質(zhì)量。為了保證切割過程中割縫寬度均均，提高切割精度，采用一種2位數(shù)碼管顯示割炬與被切鋼板的距離，這就可以在切割過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控割炬與鋼板的距離，從而有效保證鋼板的切割質(zhì)量。

2 數(shù)顯高低調(diào)節(jié)器的組成

2.1 電容傳感器

數(shù)顯高低調(diào)節(jié)器系統(tǒng)組成如圖2所示。探頭電路如圖3所示。探頭由直徑80 cm的金屬環(huán)做成，通過屏蔽線連接到電容傳感器電路，電容傳感器電路由晶體振蕩器、高頻檢波器、比較運(yùn)算放大器組成。晶體振蕩器產(chǎn)生6 MHz頻率，分兩路，一路送往R4、D2、C5、R6組成的高頻上檢波器，另一路送往電容探頭和由R5、D3、C6、R7組成的高頻下檢波器。兩路高頻信號(hào)經(jīng)過高頻檢波后，經(jīng)過差分電壓比較放大，輸出放大緩慢的電壓，這一電壓是變化的，因?yàn)殡娙莪h(huán)在相對(duì)金屬板材高低運(yùn)動(dòng)過程中，從電容環(huán)反饋至R5、D3、C6、R7組成的高頻下檢波器的信號(hào)是變化的高頻電壓信號(hào)，經(jīng)過檢波輸出的直流信號(hào)也是變化的緩慢的信號(hào)。當(dāng)A1正端的變化信號(hào)與A1負(fù)端的不變信號(hào)電壓比較時(shí)，將電容環(huán)對(duì)鋼板感應(yīng)的變化信號(hào)通過A1轉(zhuǎn)換成緩慢的直流電壓輸出信號(hào)，為送往比較放大電路和階梯比較電路作準(zhǔn)備。

2.2 放大比較電路

放大比較電路如圖4所示。來自電容傳感器電路的變化直流信號(hào)送入A2放大器放大，A2的正端電壓通過A3被R18和R20分壓，A2的反向端直接接至VR2電位器中點(diǎn)，調(diào)節(jié)VR2電位器中點(diǎn)可改變A2反向端的電位，也就是改變A2的輸出電壓。來自電容傳感器電路的變化直流信號(hào)電壓和VR2電位器中點(diǎn)的直流電壓疊加到A2的反向端，通過A2線性放大后，A2輸出變化的直流電壓，調(diào)節(jié)電位器VR2中點(diǎn)電壓實(shí)際就是改變電容探頭離鋼板的實(shí)際探測距離。A2輸出電壓一路接A4的正向輸入端，另一路接A5的反向輸入端，調(diào)節(jié)VR3電位器中點(diǎn)電壓，可同時(shí)改變A4的反向電壓和A5的正向電壓，D5起箝位電壓作用。當(dāng)A2輸出電壓跌落至D5箝位電壓時(shí)，A4和A5之間無輸出電壓。當(dāng)A2輸出電壓大于A4反向端電壓時(shí)，A4輸出高電平，D6發(fā)光二極管點(diǎn)亮；當(dāng)A2輸出電壓小于A5正向輸出電壓時(shí)，A5輸出高電平，D7發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示電容探頭升高或降低。當(dāng)手動(dòng)／自動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，A4和A5的電壓能通過模擬開關(guān)M傳輸?shù)紻8和D9，以驅(qū)動(dòng)后續(xù)的光耦電路。在自動(dòng)狀態(tài)下也可以進(jìn)行手動(dòng)上下調(diào)節(jié)，手動(dòng)上下調(diào)節(jié)比自動(dòng)上下調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)高，所以在實(shí)際工作現(xiàn)場，處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)如果遇到緊急狀態(tài)，可以手動(dòng)人工緊急干預(yù)，按上升鍵或下降鍵，以免碰到鋼板或障礙物造成事故發(fā)生。

2.3 光電耦合與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

光電耦合與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。來自放大比較電路的高低調(diào)節(jié)信號(hào)通過光耦G1和G3送到功率驅(qū)動(dòng)電路，光耦的作用是把電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與放大比較電路隔離，將強(qiáng)電與弱電分離。這樣電機(jī)干擾和現(xiàn)場干擾就不會(huì)進(jìn)入放大比較電路。

當(dāng)上升信號(hào)通過G1時(shí)，發(fā)光二極管D10導(dǎo)通發(fā)亮，并在R27電阻上建立電壓，該電壓加在三態(tài)門S1的2引腳和三態(tài)門S4的12引腳。與此同時(shí)，由于G3無信號(hào)，發(fā)光二極管D12截止，在R29電阻上就無法建立電壓，該低電平信號(hào)通過S2三態(tài)門，輸出給S1三態(tài)門控制端，S1三態(tài)門選通。在S1導(dǎo)通的同時(shí)，被選通的S4輸出信號(hào)加到S3三態(tài)門控制端。封鎖S3三態(tài)門導(dǎo)通。這種狀態(tài)是S1、S