Безконтактний ємнісний датчик із кварцовим резонатором. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Безконтактний ємнісний датчик із кварцовим резонатором. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Для безконтактних ємнісних датчиків, що застосовуються в пристроях охоронної сигналізації для контролю наближення об'єкта до зони, що часто охороняються, часто використовують генератори прямокутних імпульсів на операційних підсилювачах, зібрані за класичною схемою [1]. З недоліків таких генераторів слід відзначити, в першу чергу, низьку стабільність частоти автогенератора, що задається RC-ланцюгом, що призводить до ненадійності роботи пристрою.

Спроби збільшити чутливість приладу, як зазначено у зазначеній статті, викликають появу перешкод ("спалахів") або помилкових спрацьовувань від мережних наведень, що спричиняє періодичні помилкові спрацьовування без наближення до датчика предметів або, навпаки, неспрацьовування при наближенні до датчика будь-якого об'єкта .

Виключити ці недоліки можна, якщо послідовно включити з ємнісним датчиком кварцовий резонатор, який, збуджуючись на частоті послідовного резонансу, компенсує реактивну складову комплексного опору ємнісного датчика, полегшуючи перетворення в активний опір змін електричної ємності датчика [2] Подібний пристрій отримав назву

Безконтактний ємнісний датчик із кварцовим резонатором
Рис. 1

У даному датчику наближення, зібраному за схемою на рис. 1, послідовно з ємнісним датчиком Сд включений серійно випускається вакуумований кварцовий резонатор ZQ1 послідовного резонансу частоту fpe3 = 300 кГц. Резонатор має такі еквівалентні електричні параметри: індуктивність – 21,7 Гн; ємність – 0,013 пФ; опір – 90 Ом; міжелектродна ємність – 6,5 пФ; добротність - близько 455000 XNUMX.

Слід зазначити, більшість автогенераторів працюють на частоті, що не збігається з частотою послідовного резонансу кварцового резонатора. Наприклад, відома ємнісна триточка збуджується на вищій частоті. Це призводить до того, що добротність резонатора зменшується, знижуючи стабільність частоти автогенератора Найбільш близьку до резонансної частоти послідовного резонансу забезпечує мостовий автогенератор, тому має максимальну стабільність частоти.

З метою підвищення чутливості та стабільності роботи безконтактного ємнісного вимірювача наближення, докладно описаного в [1], доцільно використовувати кварцовий діелькометр.

Для експериментів був виготовлений з фольгованого гетинаксу чутливий елемент (датчик) діаметром 60 мм, аналогічний застосованому у згаданому [1] пристрої. Місткість датчика у вільному просторі (без близько розташованих предметів), виміряна високочастотним приладом Е7-9, дорівнювала 2,51 пФ. При такому датчику та зазначеному вище кварцовому резонаторі еквівалентний електричний опір послідовного ланцюга резонатор-датчик дорівнює 1160 Ом.

При наближенні до датчика будь-якого предмета - руки, наприклад, ємність датчика збільшується, а активний еквівалентний опір ланцюга зменшується. Якщо ємність збільшити на 1 пФ, то еквівалентний електричний опір дорівнюватиме 732 Ома, тобто зменшиться на 428 Ом.

Таким чином, чутливість діелькометра до зміни ємності датчика дорівнює 428 Ом/пФ.

Як вторинний перетворювач у вимірнику використаний мостовий автогенератор на одному транзисторі, що живиться від гальванічного елемента напругою 1,5 В.

Пристрій складається з вимірювального моста, підсилювача напруги на транзисторі VT1, детектора на діодах VD1, VD2 та наближення індикатора, яким служить мікроамперметр РА1. Два плечі вимірювального моста представлені половинами обмотки L1 високочастотного трансформатора Третє плече - вимірювальне - складається з кварцового резонатора ZQ1 і датчика ємнісного СД1 а четверте - зразкове - з резисторів R1 і R2.

Вихідна напруга вимірювального моста через конденсатор С1 підведено до підсилювального бази транзистора VT1. Обмотка L2 разом з конденсатором C3 утворюють паралельний коливальний контур, який потрібно налаштувати на частоту послідовного резонансу кварцового резонатора 300 кГц добіркою конденсатора C3 На цій частоті контур має максимальний опір, забезпечуючи максимальний коефіцієнт підсилення транзистора VT1 і сприяння

Посилена вихідна напруга надходить на вхід вимірювального моста як сигнал ОС створюючи умови для збудження автоколивань на частоті послідовного резонансу, і на вхід детектора виконаного на діодах VD1 і VD2 за схемою подвоєння Продетектована напруга викликає відхилення стрілки мікроамперметра РА1.

У вихідному стані (коли в зоні чутливості датчика немає предметів) автоколивання відсутні і на виході детектора напруги немає, так як опір вимірювального плеча моста більше опору зразкового, що встановлюють підстроювальним резистором R2. При рівності активного опору вимірювального та зразкового плеча моста автоколивання також відсутні.

Наближення об'єкта до ємнісного датчика викликає збільшення його ємності, отже, зменшення еквівалентного опору. Коли опір вимірювального плеча моста стане меншим, ніж зразкового, виникнуть автоколивання, що і буде відзначено мікроамперметром. Підстроювальним резистором R2 регулюють чутливість пристрою, або, інакше кажучи, встановлюють відстань до об'єкта, що наближається, що викликає появу автоколивань.

Пристрій може надійно фіксувати наближення до датчика руки на відстань 10 см (стрілка мікроамперметра відхиляється на 10 поділів). Чутливість пристрою може бути підвищена збільшенням розмірів датчика, напруги живлення, коефіцієнта трансформації високочастотного трансформатора, а також зменшення опору резисторів R3 і R4.

Як індикатор застосований мікроамперметр М283К з максимальним струмом відхилення стрілки 100 мкА (100 поділів) У дослідах чутливість встановлювали такий, що при зміні ємності датчика на 1 пФ стрілка мікроамперметра відхилялася на всю шкалу, що відповідає зміні еквівалентного активного до 1160 Ом, тобто на 732 Ом (шкала лінійна) Отже, один поділ шкали мікроамперметра М428К відповідало зміні опору на 283 Ом та ємності на 4,3 пФ.

Чутливість пристрою може бути збільшена до 0,001 пф на один поділ мікроамперметра. При цьому виключено мережеві наведення.

Безконтактний ємнісний датчик із кварцовим резонатором
Рис. 2

При напрузі живлення 1 5 споживаний струм дорівнює 0,5 мА. Транзистор КТ315Б можна замінити на КТ368Б або КТ342Б. Високочастотний трансформатор намотаний на кільці типорозміру К 10x6x2 з фериту М3000НМ. Для підвищення добротності коливального контуру L2C3 в кільці прорізаний зазор шириною 0,9...1,1 мм, як показано на рис. 2, за допомогою абразивного диска, що застосовується в зуболікарській практиці. Зазор істотно полегшує намотування котушок трансформатора Обмотка L1 містить 50 витків з відведенням від середини, а L2 - 75 витків. Обидві вони виконані внавал проводом ПЕЛШО діаметром 0,15 мм.

Конденсатори – керамічні серії КМ. Конденсатор C3 підбирають не більше 750...900 пф для забезпечення резонансної частоти 300 кГц.

література:

Москвин А. Безконтактні ємнісні датчики. – Радіо, 2002, № 10. с. 38, 39.
Савченко В., Грибова Л. Кварцовий резонатор перетворює неелектричні величини на електричні. – Радіо, 2004, № 2, с. 34-36.

Автор: В. Савченко, Л. Грибова, м. Іваново; Публікація: radioradar.net

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

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

Бульбашки проти ураганів 11.09.2021

Середня температура води у світовому океані поступово збільшується і може стати катастрофічної. Саме тепла вода провокує аномальні погодні явища. Винятком не стали й численні урагани.

Компанія OceanTherm у Норвегії, яку заснував колишній морський офіцер Олаф Холлінгсетер зробив заяву щодо того, що він знає, як вирішити проблему. Він запропонував почати запускати в океані величезні бульбашки, які допоможуть знизити температуру води та зробити шторми не такими серйозними.

Урагани починають з'являтися після того, як відбувається зустріч холодного та гарячого повітря над поверхнею океану. Чим вище температура води, тим сильнішим буде шторм. Якщо вдасться знизити температуру нижче позначки в 26,5 градуса, то це допоможе повністю усунути ризик розвитку урагану або помітно знизити його інтенсивність.

Ідея компанії OceanTherm у своїй основі містить застосування перфорованих труб, які потрібно опустити на пристойну глибину в океан, а потім пропустити через них величезну кількість стисненого повітря. Це дозволить створити бульбашки, які підніматимуть з глибини холодну воду на поверхню океану і таким чином знижуватимуть його температуру.

Фахівці зазначають, що така технологія успішно застосовується на території Норвегії для того, щоб не дозволяти взимку замерзати фіордам. Тільки на поверхню піднімається у цій ситуації тепла вода.

Інші цікаві новини:

▪ Найкращі друзі дітей - домашні тварини

▪ Дешевий спосіб виробництва наночастинок

▪ Імплантат проти судом

▪ Запрацювала найбільша в Європі сонячна станція

▪ Виявлено секретні проходи у Великій Китайській стіні

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Обмежувачі сигналу, компресори. Добірка статей

▪ стаття У чому короткий зміст цієї довгої мови? Крилатий вислів

▪ стаття Який ляп допустила компанія Nike, знімаючи рекламу кросівок за участю африканського племені? Детальна відповідь

▪ стаття Солерос трав'янистий. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Інструмент електрика. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Потужний блок живлення, 220/13,6 вольт 20 ампер. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

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