Емкостный датчик. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Индикаторы, детекторы

 Комментарии к статье

Предлагаемый вариант емкостного датчика приближения экономичен, работает в широком интервале значений питающего напряжения и обладает высокой стабильностью порога срабатывания при изменении температуры.

Вкнигах и журналах для радиолюбителей за последние 20 лет опубликовано немало описаний конструкций датчиков приближения, различающихся принципом действия, чувствительностью, сложностью и используемой элементной базой. Однако многие из них пригодны для работы лишь в условиях, близких к лабораторным, при практически неизменных температуре окружающей среды и напряжении питания.

Например, датчик, описанный в [1], выполнен на цифровой микросхеме и обладает высокой экономичностью, однако порог его срабатывания существенно зависит от напряжения питания. Устойчивость его работы при повышенной влажности из-за высокого сопротивления резистора R2 явно недостаточна и сильно зависит от длины проводов, соединяющих электронный узел с чувствительным элементом.

Датчики, предложенные в [2], потребляют ток до нескольких миллиампер, что ограничивает возможность их применения в системах с автономным питанием. Из-за зависимости порога характеристик ОУ от температуры и напряжения питания возможна ситуация, когда такой датчик либо будет постоянно находиться в сработавшем состоянии, либо перестанет срабатывать совсем.

Предлагаемый датчик немного сложнее упомянутых выше, но отличается от них отсутствием намоточных элементов, хорошей повторяемостью, работает при напряжении питания 3...15 В, потребляя приблизительно 40 мкА (при напряжении 5 В). Для него характерны независимость порога срабатывания от температуры окружающей среды и напряжения питания, малая чувствительность к электромагнитным помехам и наводкам. Возможен точный расчет порога срабатывания, исходя из номиналов используемых элементов, или расчет этих номиналов для получения требуемого порога срабатывания.

Схема датчика показана на рис. 1. На триггере DD1.1 выполнен генератор импульсов. Их длительность (приблизительно 0,2 мс) задана цепью R1C1, а период повторения (приблизительно 1,5 мс) - цепью R2C2. Детектор понижения напряжения DA1 некоторое время после включения питания прибора удерживает напряжение на входе S триггера DD1.1 на низком логическом уровне, исключая таким образом запрещенное состояние высокого уровня на обоих установочных входах (R и S) триггера. Иначе в случае нарастания напряжения питания со скоростью менее 2...3 В/мс самовозбуждения генератора не произойдет.

Импульсы генератора одновременно запускают два одновибратора. Первый (на триггере DD2.1) формирует импульсы образцовой длительности, зависящей от номиналов элементов R4, R5, С4. Длительность импульсов второго одновибратора (на триггере DD2.2) зависит от сопротивления резистора R3 и емкости конденсатора, образованного металлическими пластинами Е1 и Е2. Разделительный конденсатор С5 предотвращает случайное попадание на вход триггера DD2.2 постоянного напряжения.

Работа датчика основана на сравнении длительности импульса, формируемых двумя одновибраторами. Если импульс второго (измерительного) одновибратора короче импульса первого (образцового), в момент положительного перепада напряжения на инверсном выходе триггера DD2.1 (в точке 1, см. рис. 1) уровень напряжения на выходе триггера DD2.2 (в точке 2) будет низким. Триггер сравнения DD1.2, срабатывающий по положительному перепаду на входе С, перейдет в состояние низкого логического уровня на выходе. В противном случае (измерительный импульс длиннее образцового) уровень в точке 2 и на выходе триггера DD1.2 будет высоким.

Когда с приближением постороннего предмета к пластинам Е1 и Е2 емкость между ними увеличивается, низкий уровень на выводе 2 разъема Х1 сменяется высоким. Пороговое значение емкости, при превышении которого зто происходит, определяют по формуле

где R4BB - введенное сопротивление подстроечного резистора R4; Свх ≈ 6 пф - емкость входа R триггера. При указанном на схеме номинале резистора R5 с помощью R4 можно изменять порог срабатывания по емкости от 6 до 32 пФ.

Так как активные элементы мультивибраторов находятся внутри одной микросхемы DD2, при изменении температуры или напряжения питания их характеристики и длительности формируемых импульсов изменяются одинаково. Это обеспечивает стабильность порога срабатывания датчика в широком интервале изменения температуры и напряжения питания.

В датчике можно использовать постоянные резисторы С2-З3н, МЛТ, С2-23 или аналогичные мощностью 0,125 или 0,25 Вт с допуском не хуже ±5 %. В качестве R4 желательно использовать подстроечный резистор с малым ТКС (например, СПЗ-19а, СПЗ-196). Широко распространенные резисторы СПЗ-38а по этой причине применять не рекомендуется. Конденсаторы С1 - С4 - любые малогабаритные керамические (КМ-5, КМ-6, К10-17 или аналогичные импортные). Разделительный конденсатор С5 должен быть высоковольтным (например, К15-5), рассчитанным на напряжение не менее 500 В. Его емкость может лежать в пределах 1000...4700 пФ. Диод VD1 - любой из серий КД103, КД503, КД521, КД522.

Микросхемы К561ТМ2 можно заменить на 564ТМ2 или их импортные аналоги. Детектор понижения напряжения (DA1) следует выбирать с пороговым напряжением, заведомо меньшим минимального напряжения питания датчика. Например, при питании напряжением 5 В подойдут детекторы КР1171СП42, КР1171СП47, при 9 В - также КР1171СП53, КР1171СП64, КР1171СП73.

Электронный блок датчика собран на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж печатных проводников и расположения деталей показан на рис. 2. Чувствительный элемент (пластины Е1 и Е2) рекомендуется оформить в виде "развернутого" конденсатора [2], соединив его с электронным блоком проводами длиной не более 50 мм.

Налаживание датчика сводится к установке порога резисторами R4 и R5. Срабатывание можно контролировать с помощью цепи из светодиода (анодом к контакту 2 разъема Х1) и резистора номиналом 2,2...4,7 кОм (между катодом светодиода и контактом 3 разъема). Включив питание, вращением движка подстроечного резистора R4 добейтесь зажигания светодиода, а затем поворотом движка немного вправо (по схеме) - его погасания. О правильной регулировке будет свидетельствовать включение светодиода при приближении к чувствительному элементу какого-либо предмета. Если светодиод не горит даже в крайнем левом положении движка резистора R4, следует установить вместо R5 перемычку и повторить настройку.

Устройство можно использовать как датчик прикосновения человека к пластине Е2, причем ее роль может выполнять любой металлический предмет, например, дверная ручка. В этом случае от пластины Е1 можно вообще отказаться, а резисторы R4 и R5 заменить одним резистором номиналом 330 кОм.

Один из вариантов датчика, изготовленный автором, имел чувствительный элемент в виде плоского конденсатора с площадью обкладок 100 см2 и расстоянием между ними 5 мм. Он уверенно срабатывал при заполнении пространства между обкладками машинным маслом на 70 % в интервале температуры -30. ..+85 °С. Срабатывания, вызванные конденсацией воды, приближением рук и другими мешающими факторами, не зафиксированы.

При подобном использовании и применении в качестве чувствительного элемента плоского или цилиндрического конденсатора рекомендуется предварительно оценить требуемое значение введенного сопротивления подстроечного резистора R4 по формуле

где Сnp - емкость соединительных проводов; Ск - емкость чувствительного элемента, вычисляемая по известным формулам емкости плоского или цилиндрического конденсатора.

Если вычисленное значение получилось отрицательным, следует исключить из схемы резистор R5, а если больше 200 кОм, - увеличить номинал R5 таким образом, чтобы сопротивление R4BB лежало в пределах 100... 150 кОм. Окончательно датчик регулируют описанным выше образом.

Литература

1. Нечаев И. Емкостное реле. - Радио, 1988, № 1,с. 33.
2. Москвин А. Бесконтактные емкостные датчики. - Радио, 2002, № 10, с. 38, 39.

Автор: М.Ершов, г.Тула

Смотрите другие статьи раздела Индикаторы, детекторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти. Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от ...>>

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Случайная новость из Архива Космонавты болеют из-за стерильности своих ракет 03.04.2025 Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего пришли к неожиданному выводу: чрезмерная чистота на Международной космической станции (МКС) может негативно сказываться на здоровье астронавтов. Долговременные миссии приводят к ослаблению иммунитета, кожным высыпаниям и воспалительным заболеваниям, и одной из возможных причин этих проблем является дефицит полезных микроорганизмов в замкнутом пространстве станции. Как правило, экипаж МКС пребывает на орбите около шести месяцев. Однако астронавты NASA Сунита Уильямс и Барри Уилмор задержались на станции на более чем девять месяцев, что позволило ученым детальнее изучить, как условия невесомости и стерильности влияют на организм человека. В ходе исследования они обнаружили, что нехватка разнообразных микробов может ослаблять защитные механизмы организма, делая астронавтов уязвимыми перед такими проблемами, как герпес, грибковые инфекции и кожные заболевания. На Земле нас окружают триллионы бактерий, многие из которых приносят пользу. Они укрепляют иммунитет, защищают от инфекций и помогают организму контролировать воспалительные процессы. Однако микробная среда на МКС значительно беднее и формируется в основном за счет бактерий, занесенных самими астронавтами. Ученые предположили, что из-за стерильности станции у космонавтов может снижаться иммунная защита, что и приводит к вышеупомянутым проблемам. Для проверки этой гипотезы команда исследователей совместно с экипажем МКС собрала мазки с 803 различных поверхностей станции. Образцы были отправлены на Землю, где специалисты проанализировали их состав и составили трехмерные карты распределения бактерий на борту. Оказалось, что основным источником микробов на МКС является человеческая кожа. Помимо этого, практически на всех поверхностях были найдены остатки чистящих и дезинфицирующих средств, которые могли негативно влиять на баланс микробной среды. Интересно, что состав бактерий варьировался в зависимости от модуля. В помещениях, предназначенных для приготовления и приема пищи, было больше микроорганизмов, связанных с продуктами, тогда как в других зонах преобладали кожные бактерии. В целом, микробиом станции оказался значительно беднее по сравнению с земными условиями, а его разнообразие напоминало то, что наблюдается в стерильных больничных помещениях и герметичных зданиях. Кроме того, исследователи обнаружили, что высокий уровень химических веществ, используемых для очистки, подавляет развитие микробных сообществ. Это может объяснять, почему некоторые астронавты сталкиваются с иммунными нарушениями и воспалительными процессами в ходе длительных миссий. "Стерильная среда не всегда является самой безопасной", - отметил профессор Роб Найт, один из авторов исследования. Он подчеркнул, что на протяжении миллионов лет эволюции люди жили в симбиозе с бактериями, и их отсутствие в окружающей среде может иметь негативные последствия для здоровья. Ученые предполагают, что увеличение микробного разнообразия на борту станции могло бы помочь снизить риски для здоровья астронавтов. Однако это не означает, что стоит отказываться от гигиены. Вместо этого исследователи предлагают изучить, какие полезные бактерии можно отправить в космос, чтобы создать более сбалансированную микробную среду. По мнению профессора Найта, такие эксперименты сначала необходимо провести на Земле, прежде чем внедрять их в условиях космических миссий.

Другие интересные новости:

▪ Экологичный автомобиль

▪ Нанороботы для лечения астронавтов

▪ Испанский робот-хирург

▪ Оливковое масло защищает от рака кожи

▪ 4K телевизор Samsung с диагональю 110"

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство аудио. Подборка статей

▪ статья Большому кораблю - большое плавание. Крылатое выражение

▪ статья Для чего изначально был создан знак Голливуда? Подробный ответ

▪ статья Старший инженер-киномеханик. Должностная инструкция

▪ статья Туалетный и ароматизированный уксус. Простые рецепты и советы

▪ статья Микросхемы отечественные и их зарубежные аналоги. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026