Ємнісний датчик. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Індикатори, детектори

 Коментарі до статті

Пропонований варіант ємнісного датчика наближення економічний, працює в широкому інтервалі значень напруги живлення і має високу стабільність порога спрацьовування при зміні температури.

У книгах і журналах для радіоаматорів за останні 20 років опубліковано чимало описів конструкцій датчиків наближення, що відрізняються принципом дії, чутливістю, складністю та елементною базою, що використовується. Однак багато з них придатні для роботи лише в умовах, близьких до лабораторних, при практично незмінних температурі навколишнього середовища та напрузі харчування.

Наприклад, датчик, описаний в [1], виконаний на цифровій мікросхемі і має високу економічність, проте поріг спрацьовування суттєво залежить від напруги живлення. Стійкість його роботи при підвищеній вологості через високий опір резистора R2 явно недостатня і залежить від довжини проводів, що з'єднують електронний вузол з чутливим елементом.

Датчики, запропоновані в [2], споживають струм до кількох міліампер, що обмежує можливість їх застосування в системах з автономним живленням. Через залежність порога характеристик ОУ від температури та напруги живлення можлива ситуація, коли такий датчик або буде постійно перебувати в стані, або перестане спрацьовувати зовсім.

Пропонований датчик трохи складніше згаданих вище, але відрізняється від них відсутністю намотувальних елементів, гарною повторюваністю, працює при напрузі живлення 3...15, споживаючи приблизно 40 мкА (при напрузі 5 В). Для нього характерні незалежність порога спрацьовування від температури навколишнього середовища та напруги живлення, мала чутливість до електромагнітних перешкод та наведень. Можливий точний розрахунок порога спрацьовування, виходячи з номіналів використовуваних елементів або розрахунок цих номіналів для отримання необхідного порога спрацьовування.

Схема датчика показано на рис. 1. На тригері DD1.1 виконано генератор імпульсів. Їхня тривалість (приблизно 0,2 мс) задана ланцюгом R1C1, а період повторення (приблизно 1,5 мс) - ланцюгом R2C2. Детектор зниження напруги DA1 деякий час після включення живлення приладу утримує напругу на вході S тригера DD1.1 на низькому логічному рівні, виключаючи таким чином заборонений стан високого рівня на обох входах (R і S) тригера. Інакше у разі наростання напруги живлення зі швидкістю менше 2...3 В/мс самозбудження генератора не станеться.

Імпульси генератора одночасно запускають два одновібратори. Перший (на тригері DD2.1) формує імпульси зразкової тривалості, яка залежить від номіналів елементів R4, R5, С4. Тривалість імпульсів другого одновібратора (на тригері DD2.2) залежить від опору резистора R3 та ємності конденсатора, утвореного металевими пластинами Е1 та Е2. Роздільний конденсатор С5 запобігає випадковому попаданню на вхід тригера DD2.2 постійної напруги.

Робота датчика заснована на порівнянні тривалості імпульсу, що формуються двома одновібраторами. Якщо імпульс другого (вимірювального) одновібратора коротший за імпульс першого (зразкового), у момент позитивного перепаду напруги на інверсному виході тригера DD2.1 (у точці 1, див. рис. 1) рівень напруги на виході тригера DD2.2 (у точці 2) буде низьким. Тригер порівняння DD1.2, що спрацьовує по позитивному перепаду на вході, перейде в стан низького логічного рівня на виході. В іншому випадку (вимірювальний імпульс довше зразкового) рівень у точці 2 і на виході тригера DD1.2 буде високим.

Коли з наближенням стороннього предмета до пластин Е1 і Е2 ємність між ними збільшується, низький рівень виведення 2 роз'єму Х1 змінюється високим. Порогове значення ємності, при перевищенні якого відбувається, визначають за формулою

де R4BB - введений опір підстроювального резистора R4; Свх ≈ 6 пф - ємність входу R тригера. При вказаному на схемі номіналі резистора R5 за допомогою R4 можна змінювати поріг спрацьовування ємністю від 6 до 32 пФ.

Так як активні елементи мультивібраторів знаходяться всередині однієї мікросхеми DD2, при зміні температури або напруги живлення їх характеристики та тривалості імпульсів, що формуються, змінюються однаково. Це забезпечує стабільність порога спрацьовування датчика у широкому інтервалі зміни температури та напруги живлення.

У датчику можна використовувати постійні резистори С2-З3н, МЛТ, С2-23 або аналогічні потужністю 0,125 або 0,25 Вт з допуском не гірше ±5%. Як R4 бажано використовувати підстроювальний резистор з малим ТКС (наприклад, СПЗ-19а, СПЗ-196). Широко поширені резистори СПЗ-38а з цієї причини не рекомендується застосовувати. Конденсатори С1 – С4 – будь-які малогабаритні керамічні (КМ-5, КМ-6, К10-17 або аналогічні імпортні). Роздільний конденсатор С5 повинен бути високовольтним (наприклад, К15-5), розрахованим на напругу не менше 500 В. Його ємність може лежати в межах 1000...4700 пФ. Діод VD1 - будь-який із серій КД103, КД503, КД521, КД522.

Мікросхеми К561ТМ2 можна замінити на 564ТМ2 чи їх імпортні аналоги. Детектор зниження напруги (DA1) слід вибирати з пороговою напругою, явно меншою мінімальної напруги живлення датчика. Наприклад, при живленні напругою 5 підійдуть детектори КР1171СП42, КР1171СП47, при 9 В - також КР1171СП53, КР1171СП64, КР1171СП73.

Електронний блок датчика зібраний на платі із фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Креслення друкованих провідників та розташування деталей показано на рис. 2. Чутливий елемент (пластини Е1 та Е2) рекомендується оформити у вигляді "розгорнутого" конденсатора [2], з'єднавши його з електронним блоком проводами завдовжки не більше 50 мм.

Налагодження датчика зводиться до встановлення порога резисторами R4 та R5. Спрацьовування можна контролювати за допомогою ланцюга зі світлодіода (анодом до контакту 2 роз'єму Х1) та резистора номіналом 2,2...4,7 кОм (між катодом світлодіода та контактом 3 роз'єми). Увімкнувши живлення, обертанням двигуна підстроювального резистора R4 досягайте запалення світлодіода, а потім поворотом двигуна трохи вправо (за схемою) - його згасання. Про правильне регулювання свідчить включення світлодіода при наближенні до чутливого елемента будь-якого предмета. Якщо світлодіод не горить навіть у крайньому лівому положенні двигуна резистора R4, слід встановити замість R5 перемичку та повторити налаштування.

Пристрій можна використовувати як датчик дотику людини до пластини Е2, її роль може виконувати будь-який металевий предмет, наприклад, дверна ручка. В цьому випадку від пластини Е1 взагалі можна відмовитися, а резистори R4 і R5 замінити одним резистором номіналом 330 кОм.

Один з варіантів датчика, виготовлений автором, мав чутливий елемент у вигляді конденсатора плоского з площею обкладок 100 см2 і відстанню між ними 5 мм. Він впевнено спрацьовував під час заповнення простору між обкладками машинним маслом на 70 % в інтервалі температури -30. ..+85 °С. Спрацьовування, викликані конденсацією води, наближенням рук та іншими факторами, що заважають, не зафіксовані.

При подібному використанні та застосуванні як чутливий елемент плоского або циліндричного конденсатора рекомендується попередньо оцінити необхідне значення введеного опору підстроювального резистора R4 за формулою

де Сnp – ємність з'єднувальних проводів; Ск - ємність чутливого елемента, що обчислюється за відомими формулами ємності плоского або циліндричного конденсатора.

Якщо обчислене значення вийшло негативним, слід виключити зі схеми резистор R5, а якщо більше 200 кОм - збільшити номінал R5 таким чином, щоб опір R4BB лежав в межах 100... 150 кОм. Остаточно датчик регулюють описаним вище чином.

література

1. Нечаєв І. Ємнісне реле. - Радіо, 1988 № 1,с. 33.
2. Москвин А. Безконтактні ємнісні датчики. – Радіо, 2002, № 10, с. 38, 39.

Автор: М.Єршов, м.Тула

Дивіться інші статті розділу Індикатори, детектори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву Небесна риба 15.09.2010 Швейцарські винахідники створили прототип дирижабля без моторів та пропелерів. Усередині цього надувного аеростата довжиною вісім метрів, що формою нагадує рибу, по всій довжині протягнуті "штучні м'язи", що скорочуються, коли на них подається електрична напруга. Згинаючись, як риба, дирижабль пливе небом зі швидкістю півметра за секунду.

Інші цікаві новини:

▪ Бюджетний 4G-смартфон Lenovo із чіпом Snapdragon

▪ Дистанційне сканування відбитків пальців

▪ Невидима мітка

▪ Перспективи розвитку розумного годинника

▪ Новини мишачої анатомії

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електропостачання. Добірка статей

▪ стаття Якщо двоє роблять одне й те саме, то це не одне й те саме. Крилатий вислів

▪ стаття Що викликає землетрус? Детальна відповідь

▪ стаття Водоспад Анхель. Диво природи

▪ стаття Симисторний регулятор потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Нагріємо сніг. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024