Bel-cable.ru

Блог инженера Электрика
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бесконтактный датчик

Промышленная автоматизация

В промавтоматике бесконтактные датчики широко применяются:

  • в качестве концевых датчиков в станкостроении (в основном индуктивные датчики);
  • для регистрации (подсчёт, позиционирование, сортировка) предметов на конвейрах (применяются индуктивные и оптические датчики).

Для промавтоматики ГОСТом 26430-85 был введён термин «бесконтактный выключатель». Впоследствии ГОСТом Р 50030.5.2-99 термин заменён на «бесконтактный датчик». В настоящее время для данных изделий используются оба термина.

Другие применения

Емкостные бесконтактные датчики популярны в качестве клавиатур на бытовых приборах (например, варочных поверхностях). Их достоинства — единообразие дизайна, простота и дешевизна реализации, легкость герметизации.

Пирометрические бесконтактные датчики движения широко используются в системах охраны зданий.

Ультразвуковые датчики чаще всего можно встретить в парктрониках автомобилей и в системах охраны территории.

Описание и назначение

Приложения напряжения разного знака, согласно закону Ампера, вызывает перемещение проводников, на которых находятся электрические частицы. При этом возникает переменный ток, который может быть обнаружен. Величина протекающего тока определяется емкостью, которая, в свою очередь, зависит от площади проводников и расстояния между ними. Более крупные и более близкие объекты вызывают больший ток, чем более мелкие и более отдаленные.

Емкостные датчики

Емкость определяется следующими параметрами:

  • Характером не проводящей ток среды-диэлектрика, располагающейся между проводниками.
  • Размерами проводников.
  • Силой тока.

Пара таких поверхностей образует обкладки простейшего конденсатора, емкость которого прямо пропорциональна площади и диэлектрической проницаемости рабочей среды, и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. При постоянстве размеров обкладок и состава рабочей среды между ними любое изменение емкости будет являться результатом изменения расстояния между двумя объектами: зондом (датчиком) и отслеживаемой целью. Достаточно только преобразовать изменения емкости в значения сфокусированного электрического напряжения, которое будет управлять дальнейшими действиями прибора. Данные устройства, таким образом, предназначены для определения изменяющегося расстояния между объектами, а также для уточнения характера и качества поверхности измеряемых изделий.

Читайте так же:
Выключатели для контактной сварки

Виды датчиков

Принцип емкостного измерения

Емкость системы – это ее способность хранить электрический заряд, который является одним из основных электрических параметров. Самая простая модель конденсатора (устройство для хранения электрического заряда) будет состоять из двух электрических проводников или пластин, разделенных диэлектриком:

Простая модель емкостного датчика

Для модели конденсатора представленной выше емкость (в фарадах) определяется по формуле:

Где: А – площадь пластины (WxL); εr – диэлектрическая проницаемость межпластинного материала; ε – электрическая постоянная 8,85х10 -12 Ф/м; d – расстояние между пластинами в метрах;

Когда датчик заряжен, он создает электрическое поле:

Электрическое поле между пластинами емкостного датчика

Особенности выбора

Необходимость в приобретении выключателей возникает, когда требуется замена вышедшего из строя аналогичного устройства, а также при разработке или модернизации оборудования. Таблица замены позволяет легко подобрать устройство взамен сломанного и получить рекомендации специалистов.

Менеджеры нашей компании готовы прийти на помощь любому покупателю, чтобы выбрать и заказать выключатели из каталога по требуемым характеристикам. Выбор датчика должен основываться на следующих параметрах:

  • условия эксплуатации и особенности конструкции оборудования;
  • характеристики объекта, влияющего на чувствительный элемент устройства;
  • запрашиваемые характеристики коммутационного элемента.

Выключение электричества и розеток

Горит ли утюг, выключена ли духовка, не осталось ли на плите кастрюли с супом — обо всем этом можно не беспокоиться, если в доме есть датчики отключения электроэнергии. Они бывают двух видов. Можно установить общий сенсор, который будет перекрывать электричество во всей квартире или в определенных местах.

Либо же можно использовать смарт-розетку, которую не требуется подключать к общей электросети квартиры. Такие приборы включаются в бытовую розетку и управляют ею. Уйдя из дома, можно не беспокоиться об оставленном утюге — выключить розетку можно с помощью смартфона или планшета.

Смарт-приборы нередко оснащены дополнительным функционалом: они умеют рассчитывать потребление электричества, имеют встроенные порты для зарядки гаджетов, включают и выключают свет в заданном режиме, чтобы создавалась иллюзия присутствия людей в квартире.

Читайте так же:
Выключатель с двумя точками управления

Контакторы КТ 6000

Все контакторы КТ 600 используются в резервной аппаратуре АВР по категории АСЗ. В них три полюса под ток 100А-630А. Охлаждение воздушное, корпус открытый, монтаж осуществляется на рейке, а подвижная часть вращается в подшипниках. Контакты главные – пальчикового типа серебряные или медные, крепление проводников возможно любых, как алюминиевых, так и медных, подводка их может производиться и сзади, и спереди. Гарантия на них распространяется до пяти лет, невысокие цены делают их использование доступным.

Контакторы этой серии делятся на:

  1. Двухполюсные
  2. Трехполюсные
  3. Четырехполюсные

Контактор КТ 6023Б идет в комплекте с контактами медными, а контактор КТ 6023БС с напайкой серебра, поэтому контакты второго служат дольше. Содержанием серебра на контактах отличается и контактор КТ 6033БС, а контактор КТ 60 33Б его не содержит. Контактор КТ 6063, контактор КТ6053 и контактор КТ 6033 работают с номинальным напряжением 380В.

Измерения малых ёмкостей (аналоговый ёмкостной датчик)

Предлагаю сообществу датчик малых ёмкостей, работающий почти от 0 пФ. Можно использовать в любительской электронике, роботостроении.

Разрабатывая хобби-электронику, мне понадобился какой-нибудь простой датчик расстояния на ёмкостном эффекте. Поискав в Интернете, нашёл только датчики касания, но они имеют малое расстояние срабатывания и дискретный выход. Другие же датчики слишком сложные или с долгой настройкой. Нужен был очень простой и дешёвый, работающий от микроконтроллера. Что получилось — под катом…

Схема

После нескольких экспериментов появилась схема, на рис. 1.

image
Рис. 1. Схема. MicroCap10

Как работает

Принцип действия основан на измерении заряда, который накопился на обкладке конденсатора при зарядке. Вторая обкладка – это объект, подносимый к датчику. Для моделирования она показана подключённой к «земле», но это не принципиально.

Читайте так же:
Как подключать кнопочный выключатель

Обкладка конденсатора подключена к выводу микроконтроллера, который настроен на выдачу меандра частотой 120 — 180 кГц, на схеме это источник напряжения V2. Также, обкладка подключена к базе транзистора Q1. Эмиттер подключён к тому же генератору. Так как выход МК комплементарный, это означает что вывод попеременно подключён то к «+» источнику питания, то к «0». Что происходит в эти полупериоды:

  • На выходе МК лог. 1: Конденсатор быстро заряжается через R1, R2. Так как ёмкость очень мала, можно обойтись без диодного разделения, сопротивление R2 достаточно для полного заряда, и нет паразитной ёмкости диодов. Транзистор закрыт, так как включён в обратном направлении UБЭ<0.
  • На выходе МК лог. : Конденсатор С1 разряжается через R3, переход БЭ Q1 и выход МК. Так как эмиттер через вывод МК подключился к «0V», то ток разряда на очень короткое время открывает транзистор. Создаётся ток коллектора на короткое время, определяемое зарядом конденсатора С1.

image

Диод D1 и конденсатор С2 образуют амплитудный детектор – на R5 создаётся напряжение, пропорциональное ёмкости С1. Транзистор Q2 нужен для согласования сопротивлений с АЦП МК. Выходное напряжение снимается с R6.

Результаты моделирования (рис. 2) при номиналах, показанных на схеме. Линейная зависимость примерно сохраняется до 10 пФ.


Рис. 2. График ёмкость — напряжение

При снижении R3 до 2 кОм, увеличивается чувствительность и снижается линейный участок примерно до 0…4 пФ.


Рис. 3. График ёмкость — напряжение

Примечание: подъём графика около 0 пФ – ошибки моделирования, там на самом деле продолжается линейность. Проверено в «железе».

Приведённая схема отличается от других (с диодной развязкой или мостами и неизменным включением БЭ транзистора) тем, что пропорция ёмкость/напряжение имеется почти с 0 пФ, без мёртвой зоны. Также, в схеме задействована только одна обкладка конденсатора.

Читайте так же:
Выключатели lezard или makel

При выполнении на плате собственная ёмкость схемы намного меньше ёмкости одной обкладки — пластины в 20 см 2 . Чувствительность датчика: для поднесённой руки примерно на 50 мм к пластине — изменение выходного сигнала более 10%. Расчётное изменение ёмкости около 2 пФ. На сетевые помехи, ЭМП и GSM датчик не реагирует.

Уточнения для реализации

  • Транзисторы должны быть с рабочей частотой от 100 МГц, и минимальной ёмкостью базы (здесь 2 пФ).
  • Диод D1 – высокочастотный типа BAV99, ёмкость единицы пФ.
  • С2 в диапазоне 10 – 30 нФ, больше не надо, растёт ток вывода МК. Для сглаживания импульсов можно поставить конденсатор параллельно R6
  • Резистор R1 в 100 Ом ограничивает ток вывода МК, импульсный 5мА, средний 0,2 мА.
  • Микроконтроллер в данной схеме – Atmega8A, выход меандр 166 кГц, АЦП его же. Увеличение частоты выше 300 кГц не рекомендуется, из-за влияния паразитных ёмкостей.

Альтернативное применение.

В комментариях под статьёй обсуждается применение в качестве датчика влажности почвы. Решил проверить, возможно ли.

Сенсорную пластину взял 40х60 мм, хорошо замотав в 4 слоя сантехнического скотча (допустим, герметизировал). Собственная ёмкость возросла, пришлось поменять номиналы в схеме, снизив чувствительность до уровня 15 пФ. Новая схема здесь :
image
Рис. 4. Схема для датчика влажности почвы.

Эксперименты:

image1

Плоской земли у меня нет, есть песок, который я насыпал в банку объёмом примерно 300 мл. Доливал воды каждый раз примерно по 15. 20 мл.

Сухой песок. Собственная ёмкость сенсора.

image

Песок +20мл воды.

image

Ещё долил воды и немного утрамбовал.

image

… и ещё воды.

image

… и ещё воды.

image

… и ещё воды.

image

… и ещё воды. Стало совсем тропически сыро.

Напряжение снимал с R5, поэтому при увеличении ёмкости напряжение увеличивается.
Видно, что ёмкость возрастает при каждом доливе. Однако, то ли песок такой, то ли я не знаю что, но показания увеличиваются сразу при доливе. Я ожидал более плавное изменение U при пропитывании песка водой.

Читайте так же:
Блок конечных выключателей для крана

Да, я знаю о сенсорных датчиках для Ардуино с Али. Но мне хотелось разобраться самому и сделать с заданными параметрами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector