Temassız kapasitif sensörler. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi

Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Radyo amatör tasarımcısı

 makale yorumları

Kapasitif sensörler katı ve sıvı, metaller ve dielektrikler gibi çok çeşitli maddelere tepki verir. Örneğin tankların sıvı ve dökme malzemelerle doldurulmasının temassız izlenmesi, çeşitli nesnelerin konumlandırılması ve sayılması ve nesnelerin güvenliği için kullanılırlar. Bu makalede temassız sensörlerin çalışma prensibi açıklanmakta ve pratik uygulama ve kullanıma uygun diyagramlar sunulmaktadır.Yerli ve yabancı birçok firmanın [1, 2] ürettiği temassız sensörler, görünümden kaynaklanan değişikliğe tepki veren “kapasitör” prensibiyle çalışır. hassas bölgedeki yabancı bir cismin ortamın bağıl dielektrik sabiti. 60 mm'lik hassas yüzey çapına sahip tipik bir sensör, 40 mm mesafeden "standart bir hedefi" ([3]'e göre terim) tespit eder.

Temassız kapasitif sensörün hassas elemanı, Şekil 1'de gösterildiği gibi tek bir düzlemde yerleştirilmiş plakalara sahip bir kapasitördür. XNUMX.

Yabancı bir nesnenin varlığına veya yokluğuna bağlı olarak, ortamı çevreleyen kaplamanın ortalama dielektrik sabiti ve dolayısıyla kapasitörün kapasitansı değişir. İkincisi, kendi kendine osilatörün frekans ayarlayıcı elemanı olarak görev yapar. Sensördeki eşik cihazı, salınımların genliğini veya frekansını izler ve değiştiklerinde aktüatörü etkinleştirir.

Birçok kapasitif sensörde osilatörün frekansı birkaç megahertz olacak şekilde seçilir. Jeneratörler, sayısı beşe ulaşan ayrı transistörler üzerine inşa edilmiştir. Bununla birlikte, yüzlerce kilohertz frekansta çalışan, kapasitans değişikliklerine yeterince duyarlı bir jeneratör, yalnızca bir orta sınıf op-amp kullanılarak oluşturulabilir.

Temel, Şekil 2'de gösterilen bir op-amp'e dayanan dikdörtgen bir puls üretecinin klasik devresidir. XNUMX.

Detaylı açıklaması ve hesaplaması [4]'te verilmiştir. Op-amp DA1 idealse, salınım frekansı, kapasitör C1'in (sensörün hassas elemanı) kapasitansı ile ters orantılıdır ve genlikleri değişmez. Aslında, kapasitanstaki bir azalma ve frekanstaki bir artışla, gerçek bir op-amp'in doğasında bulunan atalet nedeniyle, jeneratörün kendi kendini uyarma koşullarının karşılanmadığı ve salınımların bozulduğu bir an gelir.

Hassas alanda yabancı bir nesne olduğunda jeneratörün çalışmasını sağlamak için kalır ve çıkarıldığında (bu, kapasitörün kapasitansının azaltılmasına eşdeğerdir) artık çalışmaz. Bu modun, jeneratör sürekli çalıştığında [5, 6] veya yalnızca yabancı bir nesne olmadığında [7, 8] bilinen modlara göre bazı avantajları vardır.

Fikir, ELECTRONIC WORKBENCH programı kullanılarak jeneratörün simüle edilmesiyle test edildi. OA NA2502, model için standart program öğeleri kütüphanesinden seçildi. Direnç değerleri şuydu: R1 - 330 kOhm, R2 - 1 kOhm, R3 - 2 kOhm. C1 kapasitörünün kapasitansı 11 pF'den 12 pF'ye ve geriye değiştiğinde salınımlar yavaşça ortaya çıktı ve ortadan kayboldu. Yüksek derecede güvenle kapasitif bir sensörün güvenilir çalışması için bunun yeterli olduğunu söyleyebiliriz. Sonuç daha sonra gerçek yapıların test edilmesiyle doğrulandı.

Sensörün hassas elemanı, üzerinde 70 mm aralıklı kısa kenarlarla birbirine bitişik, 50x2 mm ölçülerinde iki dikdörtgen folyo bölümünün bırakıldığı tek taraflı folyo yalıtım malzemesinden yapılmıştır. Bu şekilde oluşturulan “katlanmamış kapasitörün” kapasitansı yaklaşık 5 pF'dir. Kapasitör plakalarını jeneratöre bağlayan tellerin uzunluğu minimum, 50 mm'den fazla olmamalıdır.

KR157UD2 mikro devresinin iki op-amp'inden birine dayanan pratik bir jeneratör devresi, Şekil 3'de gösterilmektedir. XNUMX.

Mikro devre, dirençli bir bölücü R3R4 kullanılarak tek bir kaynaktan beslendiğinden, op-amp'in evirici olmayan girişine besleme voltajının yarısına eşit bir önyargı uygulanır. Frekans ayar devresi, direnç R2 ve hassas elemanın E1 kapasitansı tarafından oluşturulur. Direnç R1, op-amp girişini, op-amp'e zarar verebilecek parazitlerden ve parazitlerden korumaya yarar.

Op-amp'in frekans tepkisini düzelten C1 kapasitörünün önemli rolüne dikkat edilmelidir. Jeneratörün frekans tepkisinin eğimindeki “çalışma noktası” bu kapasitörün kapasitansına bağlıdır. İki seçenek test edildi: C1=12 pF, R5=180 kOhm (frekans 200 kHz) ve C1=6,8 pF, R5=1 MOhm (frekans 500 kHz). Her iki durumda da, R2 direncini ayarlayarak, hassas elemana yabancı bir nesne yaklaştığında jeneratörün uyarılmasını sağlamak mümkün oldu. Yalıtım malzemesinden yapılmış uzun bir tornavida kullanılarak ayarlama yapılması tavsiye edilir.

Test sırasında sensör, birkaç santimetre mesafeden bir insan elini veya bir su tankını "hissediyordu". Daha kısa bir mesafeden tahta bir bloğu, boş bir cam kavanozu ve hatta bir öğrenci silgisini bile tespit etmek mümkündü.

K1407UD1 mikro devresindeki jeneratör devresi Şekil 4'de gösterilmektedir. XNUMX.

Özellikleri yukarıda tartışılanlarla yaklaşık olarak aynıdır. Kullanılan op-amp'in düzeltme devrelerini bağlamak için pinleri olmadığından performansı R3C1 devresi üzerinden geri besleme ile düşer. Ek olarak, önceki cihazdaki R1 direnci gibi (bkz. Şekil 3), R3 direnci de op-amp girişini parazitten korur. Jeneratörün çalışma frekansı yaklaşık 100 kHz'dir.

İncirde. Şekil 5, KR157DA1 mikro devresinde [9] temassız bir sensörün diyagramını göstermektedir.

Daha önce tartışılanların aksine (bkz. Şekil 3 ve 4), DA1.1 op-amp'in kendi bant genişliği oldukça dar olduğundan sensör oluşturucuda ek bir işletim sistemi gerekli değildi. Ancak güvenilir bir çalışma elde etmek için R6C1 devresinin tanıtılması gerekiyordu. Direnç R1 koruyucudur.

Jeneratörün op-amp DA1.1'deki salınım frekansı R20=5 kOhm'da 10 kHz ve R80=5 kOhm'da 100 kHz'dir. Hassas bölgede herhangi bir cisim yoksa jeneratör çalışmaz, HL1 LED'i yanmaz. İkincisi, örneğin [8]'de açıklananla karşılaştırıldığında cihazı daha ekonomik hale getirir. Yükü R1.2C7 devresi olan dedektör DA2'nin ikinci çıkışından sinyal, eşik cihazının - op-amp DA1.3 girişine gider. Çıkışında (DA7 çipinin pimi 1), sensör tetiklendiğinde, düşük voltaj seviyesi yüksek bir seviyeyle değiştirilir.

Kapasitif sensörlerin jeneratörleri, söz konusu olan da dahil olmak üzere, bazen harici bir nesnenin yokluğunda 100 Hz frekansında kısa süreli salınım "yanıp sönmeleri" üretir. Bu muhtemelen ağ girişiminin sonucudur. "Flaşların" görev döngüsü oldukça yüksektir ve R7C2 atalet devresi onları zayıflatarak DA1.3 tetikleme seviyesine ulaşmalarına izin vermez.

Testin gösterdiği gibi, E1 hassas elemanının önceden belirtilen boyutları azaltılabilir. Örneğin, K1407UD1 mikro devresindeki cihaz (bkz. Şekil 4) ayrıca 30x6 mm plaka boyutlarıyla çalışıyordu ve geri besleme devresi için sabit bir zaman sabitini korumak için değişken direnç R5'in değerinin arttırılması gerekiyordu. 560 kOhm. Sensörün hassasiyeti oldukça tatmin edici kaldı.

Kondansatör plakalarını yanlara kaydırarak veya ortak kabloya bağlı olanı tamamen çıkararak hassas bölgenin boyutlarını arttırmak mümkün oldu. İkinci durumda, uzak astarın rolü ortak telin kendisine ve ona bağlı elemanlara geçer. Ayar direnci R5 ile uygun ayarlama yapıldıktan sonra jeneratör, kolun kalan kaplamasına 100 mm mesafede veya tahta bir bloğa 30 mm mesafede yaklaşıldığında heyecanlandı. Ancak 100 Hz frekansındaki “yanıp sönmelerin” genliği gözle görülür şekilde arttı.

Edebiyat

1. TURCK Yakınlık Sensörleri. TURCK'tan (Almanya) temassız sensörler (anahtarlar) kataloğu.
2. BALLUFF Sensör Tekniği. BALLUFF'tan (Almanya) temassız sensörler (anahtarlar) kataloğu.
3. GOST R 50030.5.2-99 (IEC 60947-5-2) Alçak gerilim dağıtım ve kontrol ekipmanı. Bölüm 5.2. Kontrol devrelerinin cihazları ve anahtarlama elemanları. Temassız sensörler.
4. Frolkin V., Popov L. Darbe cihazları. - M .: Sovyet radyosu, 1980.
5. Nechaev I. Kapasitif röle. - Radyo, 1988, No. 1, s. 33.
6. Nechaev I. Kapasitif röle. - Radyo, 1992, Sayı 9, s. 48.
7. Bir nesneye yaklaşıldığında alarm cihazı. - Radyo, 1999, Sayı 5, s. 40.
8. Moskvin A. Kapasitif sensörlü Watchdog cihazı. - Radyo, 2001, Sayı 8, s. 35, 36.
9. Ataev D., Bolotnikov V. Ev aletleri için analog entegre devreler. Dizin. - M .: PKF "Basım İşletmesi", 1992.

Yazar: A. Moskvin, Yekaterinburg

Diğer makalelere bakın bölüm Radyo amatör tasarımcısı.

Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar.

<< Geri

En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:

Trafik gürültüsü civcivlerin büyümesini geciktiriyor 06.05.2024

Modern şehirlerde bizi çevreleyen sesler giderek daha keskin hale geliyor. Ancak çok az insan bu gürültünün hayvanlar dünyasını, özellikle de henüz yumurtalarından çıkmamış civcivler gibi hassas canlıları nasıl etkilediğini düşünüyor. Son araştırmalar bu konuya ışık tutuyor ve gelişimleri ve hayatta kalmaları açısından ciddi sonuçlara işaret ediyor. Bilim insanları, baklava sırtlı zebra yavrularının trafik gürültüsüne maruz kalmasının gelişimlerinde ciddi aksamalara yol açabileceğini buldu. Deneyler, gürültü kirliliğinin yumurtadan çıkmalarını önemli ölçüde geciktirebildiğini ve ortaya çıkan civcivlerin sağlığı geliştiren bir dizi sorunla karşı karşıya olduğunu göstermiştir. Araştırmacılar ayrıca gürültü kirliliğinin olumsuz etkilerinin yetişkin kuşlara da yayıldığını buldu. Üreme şansının azalması ve doğurganlığın azalması, trafik gürültüsünün yaban hayatı üzerindeki uzun vadeli etkilerini göstermektedir. Araştırma sonuçları ihtiyacı vurguluyor ... >>

Kablosuz hoparlör Samsung Müzik Çerçevesi HW-LS60D 06.05.2024

Modern ses teknolojisi dünyasında, üreticiler yalnızca kusursuz ses kalitesi için değil, aynı zamanda işlevselliği estetikle birleştirmek için de çabalıyorlar. Bu yöndeki en son yenilikçi adımlardan biri, 60 World of Samsung etkinliğinde tanıtılan yeni Samsung Music Frame HW-LS2024D kablosuz hoparlör sistemidir. Samsung HW-LS60D bir hoparlörden daha fazlasıdır; çerçeve tarzı ses sanatıdır. Dolby Atmos destekli 6 hoparlörlü sistem ve şık fotoğraf çerçevesi tasarımının birleşimi, bu ürünü her türlü iç mekana mükemmel bir katkı haline getiriyor. Yeni Samsung Müzik Çerçevesi, her ses seviyesinde net diyaloglar sunan Uyarlanabilir Ses ve zengin ses üretimi için otomatik oda optimizasyonu gibi gelişmiş teknolojilere sahiptir. Spotify, Tidal Hi-Fi ve Bluetooth 5.2 bağlantılarının yanı sıra akıllı asistan entegrasyonu desteğiyle bu hoparlör, beklentilerinizi karşılamaya hazır ... >>

Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu 05.05.2024

Modern bilim ve teknoloji dünyası hızla gelişiyor ve her gün bize çeşitli alanlarda yeni ufuklar açan yeni yöntem ve teknolojiler ortaya çıkıyor. Bu tür yeniliklerden biri, Alman bilim adamlarının, fotonik alanında önemli ilerlemelere yol açabilecek optik sinyalleri kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirmesidir. Son araştırmalar, Alman bilim adamlarının erimiş silika dalga kılavuzunun içinde ayarlanabilir bir dalga plakası oluşturmasına olanak sağladı. Sıvı kristal katmanın kullanımına dayanan bu yöntem, bir dalga kılavuzundan geçen ışığın polarizasyonunu etkili bir şekilde değiştirmeye olanak tanır. Bu teknolojik atılım, büyük hacimli verileri işleyebilen kompakt ve verimli fotonik cihazların geliştirilmesi için yeni umutlar açıyor. Yeni yöntemle sağlanan elektro-optik polarizasyon kontrolü, yeni bir entegre fotonik cihaz sınıfının temelini oluşturabilir. Bu, büyük fırsatların önünü açıyor ... >>

Arşivden rastgele haberler Fon müziği yaratıcılığı engelliyor 19.03.2021 Fon müziği, yaygın inanışın aksine, gelişmez, ancak bir kişinin yaratıcı yeteneklerini kötüleştirir. Bu sonuç İsveç ve İngiltere'den araştırmacılar tarafından yapıldı. Çalışma katılımcılarından, yaratıcı bir yaklaşım gerektiren kelimelerle bir dizi görevi tamamlamalarını istediler. Anlaşıldığı üzere, fon müziği insanların sözel yeteneklerini önemli ölçüde bozdu. Katılımcıların müziği sevip sevmedikleri veya hangi türleri dinledikleri önemli değildi. Aynı zamanda araştırmacılar, arka plan gürültüsünün de olduğu kütüphanede, deneye katılanların yaratıcı görevlerle ve tam bir sessizlik içinde başa çıktıklarını buldular. Ünlü psikolog John Marsh, bunun kütüphanedeki arka plan gürültüsünün sabit olması ve değişmemesi, yani fazla müdahale etmemesi ile açıklanabileceğini iddia ediyor.

Diğer ilginç haberler:

▪ mesai saatlerinde uyumanın faydaları

▪ Uçan Güneş Gözlemevi

▪ uzay yangın söndürücü

▪ Nadir toprak mıknatısları olmayan 5. nesil BMW elektrik motoru

▪ Roma daha yaşlı

Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik

Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri:

▪ Sitenin Alternatif Enerji Kaynakları bölümü. Makale seçimi

▪ makale Serf zincirlerinin yerine insanlar başkalarını buldu. Popüler ifade

▪ Uzay ne kadar uzar? ayrıntılı cevap

▪ makale çamaşır makinesi operatörü. İş güvenliği ile ilgili standart talimat

▪ makale Emaye boyalar. Basit tarifler ve ipuçları

▪ makale Dijital şarj cihazı. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi

Bu makaleye yorumunuzu bırakın:

Bu sayfanın tüm dilleri

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

Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri

www.diagram.com.ua
2000-2024