Емкостные бесконтактные датчики
Принцип работы емкостных датчиков
Чувствительная поверхность емкостного датчика образуется двумя концентрически расположенными металлическими электродами. Их поверхности А и В расположены в цепи обратной связи высокочастотного генератора, который настроен таким образом, что он не генерирует при отсутствии объекта детектирования. Если объект приближается к чувствительной поверхности датчика, то он попадает в электрическое поле перед поверхностями электродов и способствует повышению емкости связи между пластинами А и В. При этом амплитуда генератора начинает возрастать. Амплитуда колебаний регистрируется оценочной схемой и преобразуется в команду включения.
Емкостные датчики обнаруживают как металлические, так и диэлектрические объекты. Металлы из-за их очень высокой проводимости наиболее сильно воздействуют на емкостные датчики. Редукционные факторы для различных металлов можно не учитывать.
Если между пластинами конденсатора расположить изолятор, то емкость конденсатора повышается в зависимости от его диэлектрической постоянной. Объекты из неметаллов действуют на чувствительную поверхность таким же образом, как и металлические, при этом емкость связи повышается. При обнаружении органических материалов (древесина, зерно и т.д.) нужно обращать внимание на то, что содержание в них воды очень сильно влияет на расстояние срабатывания (
Диэлектрические постоянные некоторых материалов даны в таблице
| Материал | εr | Материал | εr | Материал | εr | Материал | εr |
| Бумага | 2,3 | Мрамор | 8 | Полистирол | 3 | Стекло кварц. | 3,7 |
| Бумага промасл. | 4 | Нефть | 2,2 | Полиэтилен | 2,3 | Стекло огранич. | 3,2 |
| Вода | 80 | Парафин | 2,2 | Резина | 2,5 | Тальк | 1,6 |
| Воздух, вакуум | 1 | Песок | 3,7 | Резина селикон. | 2,8 | Тефлон | 2 |
| Гетинакс | 4,5 | Песок кварц. | 4,5 | Слюда | 6 | Фарфор | 4,4 |
| Дерево | 2…7 | Полиамид | 5 | Смолы | 3,6 | Целлулоид | 3 |
| Керосин | 2,2 | Поливинилхлорид | 2,9 | Спирт этиловый | 25,8 | Эбонит | 4 |
| Компаунд | 2,5 | Полипропилен | 2,3 | Стекло | 5 | Электрокартон | 4 |
Для определения рабочего зазора используются следующие поправочные коэффициенты: металл — 1,0; вода — 1,0; стекло — 0,5; дерево — 0,2…0,7; масло — 0,1.
Емкостные датчики работают в температурном диапазоне от -250 до +750С.
Если металлический объект связан с потенциалом земли, то происходит незначительное увеличение расстояния срабатывания. (⩽0,25ном).
Это воздействие при необходимости можно скомпенсировать с помощью потенциометра.
Основная настройка, указания по регулировке
Ограничения в размещении емкостных датчиков
Большинство емкостных датчиков имеют встроенный потенциометр для регулировки чувствительности. Для работы производится основная настройка на зазор 0,7…0,85ном. Регулировку производят, используя квадратную металлическую пластину со сторонами 35ном.
В сомнительных случаях рекомендуется сделать контрольный замер с помощью заземленного стандартного элемента воздействия. Настройки на зазор до 1,55ном являются некритичными для работы датчика.
Примечание: При настройке S r⩾Sном может значительно возрасти гистерезис датчика.
Схема подключения емкостных датчиков
Полезные ссылки
Ёмкостные датчики. Принцип работы и особенности. | Разумный мир
Как я уже писал в статье «Автоматизация. Начало. Что и почему.», почти любая система автоматизации нуждается в информации о состоянии объекта управления. Там же я немного рассказал о том, какие датчики бывают. Однако, более подробное описание разных типов датчиков и особенностей работы с ними осталось за кадром.
В данной статье я немного подробнее расскажу про емкостные датчики, и их особенности. По большей части это обзорная статья, рассчитанная на начинающих и любителей. Профессионалы здесь не найдут ничего нового. Про обработку сигналов таких датчиков я расскажу в следующей статье.
Емкостный датчик, принцип работы
Как следует из названия, в основе этих датчиков лежит конденсатор, емкость которого изменяется под воздействием внешних факторов. А работа с датчиком сводится с измерению емкости, или измерению изменения емкости, этого конденсатора. Звучит просто, но реальность несколько сложнее.
Всем, из школьного курса физики, известна формула емкости плоского конденсатора
Из этой формулы видно, что наше внешнее воздействие может изменять три параметра конденсатора
- Расстояние между пластинами, обкладками, конденсатора
- Площадь одной из обкладок
- Диэлектрическую проницаемость среды между обкладками
При этом первые два параметра являются механическими, а диэлектрическая проницаемость определяется свойствами среды (диэлектрика).
Датчики использующие изменение расстояния между обкладками
Проще всего изменять расстояние между обкладками
Здесь внешнее воздействие показано в виде вектора силы F. Это воздействие изменяет расстояние между обкладками. Причем одной из обкладок может быть сам контролируемый объект, например, подвижный стол, шток, держатель инструмента. Возможна и несколько иная реализация этого принципа построения датчика
Здесь предполагается, что подвижная пластина является проводящей. Фактически, такой датчик состоит из двух конденсаторов. При этом подвижная обкладка является для них общей. Такая конструкция может быть полезной, если подключение подвижной обкладки к схеме измерения затруднительно. Да, подвижный элемент не обязательно является обкладкой конденсатора и может быть выполнен из диэлектрика, но об этом чуть позже.
Датчики использующие изменение площади перекрытия обкладок
Изменение площади обкладок тоже возможно, например, так
Здесь подвижная обкладка движется параллельно неподвижной так, что расстояние между ними не изменяется. При этом площадью обкладки конденсатора будет площадь перекрывающейся части пластин, которая и изменяется при перемещении. На рисунке она ограничена пунктиром.
На первый взгляд кажется, что такая конструкция датчика менее удобна и, при этом, не отличающейся принципиально от предыдущей. Однако, разница весьма существенна. Дело в том, что изменение расстояния между обкладками становится неприменимым, при большой величине перемещения. Зато параллельное смещение не имеет, в разумных пределах, такого ограничения.
Точно так же, как в предыдущей конструкции, мы можем разделить неподвижную обкладку на две части и подключить их к схеме измерения
Датчики использующие изменение диэлектрической проницаемости
Это самый интересный, и самый общий случай. Диэлектрическая проницаемость разных материалов различна. Для вакуума она равна 1, однако, этот случай для нас особого интереса не представляет. Диэлектрическая проницаемость воздуха очень блика к 1 (1,0001959 при 20 градусах и нулевой влажности). Диэлектрическая проницаемость бензина примерно равна 2, а воды 81. У многих пластмасс диэлектрическая проницаемость лежит в пределах 2-8. Используемая для изготовления конденсаторов керамика обладает диэлектрической проницаемостью 10-200 и более.
Если диэлектрик не однороден, или занимает не все пространство между обкладками, то в формулу расчета емкости нужно подставлять эквивалентную диэлектрическую проницаемость. Так для двух слоев диэлектрика с разной проницаемостью емкость конденсатора будет определяться так
В случае датчиков, слоями диэлектрика могут являться, например, два слоя воздуха и некий материал, расположенный между обкладками.
Причем величина воздушных зазоров может быть разной с разных сторон, как это и показано на рисунке выше. Если известна диэлектрическая проницаемость объекта, мы можем таким образом определить его толщину. Если известна толщина, то можно определить диэлектрическую проницаемость и, в некоторой степени, отличить один материал от другого. Но это еще не самое интересное.
Если заполнить пространство между обкладками смесью диэлектриков с различающейся, но известной, диэлектрической проницаемостью, то можно определить процентный состав смеси. Например, так можно определить влажность древесины или почвы.
Вот так, например, можно реализовать подсчет движущихся объектов
Причем обкладки датчика могут располагаться не с двух сторон объектов, а с одной стороны. Если в качестве объектов используются зубцы шестерни, то можно измерить скорость ее вращения. А если зубцы рейки, то величину перемещения. При этом объекты (в том числе, зубцы) не обязаны быть проводящими. Достаточно, что бы их диэлектрическая проницаемость была выше, чем у воздуха. Причем чем больше разница, тем лучше.
Так же, можно определить, какая часть датчика заполнена объектом
Здесь датчик можно представить в виде двух включенных параллельно конденсаторов. Первый заполнен диэлектриков на глубину L2. Второй заполнен только воздухом на глубину L3. Степень заполнения получается расчетом. На самом деле, промежуток L3 не обязательно должен быть заполнен воздухом. Вполне возможна ситуация, когда L2 заполнен водой, а L3 бензином, например. И это позволяет определить уровень воды находящейся под слоем топлива.
Разумеется, возможно построение датчиков по схемам, показанным для датчиков с изменением расстояния между обкладками или площади обкладок, которые были приведены выше. Только подвижные элементы будут не проводящими. Это снижает чувствительность датчиков, но они сохраняют работоспособность. Я не буду приводить формулы расчета емкости для этих случаев.
Особенности емкостных датчиков
Емкостные датчики, не смотря на свою конструктивную простоту, не так просты в работе. Давайте рассмотрим некоторые из их важных особенностей. При этом собственно обработка сигнала с емкостных датчиков будет рассматриваться в следующей статье.
Очень высокое выходное сопротивление
Это одна из самых важных особенностей. Поскольку обкладки датчика разделены слоем изолятора, сопротивление датчика очень высокое. Это необходимо учитывать при разработке схем обработки сигналов с емкостных датчиков. Повышенные токи утечки, например, вызванные загрязнением поверхности печатной платы блока электроники или недостаточной защитой от влажности, могут привести, в некоторых случаях, даже к полной неработоспособности.
Низкая помехоустойчивость
Это следствие высокого сопротивления датчика. Обкладки датчика, фактически, являются антеннами, которые прекрасно улавливают помехи. Поэтому требуется экранирование датчика, соединительных проводников и схемы обработки. Возможны и другие решения, например, использованием коаксиальной конструкции датчика. Если этого недостаточно, или невозможно, то нужно применять методы фильтрации и усреднения.
Высокий уровень генерации помех
Работа с емкостными датчиками сводится к измерению их емкости. Более подробно это будет рассмотрено в следующей статье. Но уже сейчас можно сказать, что измерение выполняется не на постоянном токе. А значит, обкладки датчика не только являются не только антеннами принимающими помехи, но и антеннами излучающими помехи.
Проблема решается экранированием, снижением амплитуды переменного (импульсного) напряжения на обкладках датчика, уменьшением скорости изменения напряжения. Возможны и специальные конструктивные решения.
Собственная паразитная емкость датчика
Работая с емкостным датчиком мы, фактически, используем не абсолютное значение емкости, а величину ее изменения. При этом величина изменения часто является весьма малой. Что бы чувствительность датчика, которая определяется отношением величины изменения к полной емкости датчика, была выше, собственная (паразитная) емкость датчика должна быть как можно меньше. Это тем важнее, чем меньше диэлектрическая проницаемость измеряемого объекта. Поскольку проводники от обкладок датчика до схемы обработки вносят ощутимый вклад в паразитную емкость их необходимо делать как можно более короткими. По этой причине большинство емкостных датчиков конструктивно объединены со схемами обработки. И выходным сигналом датчика, в этом случае, является выходной сигнал схемы обработки.
Характеристики емкостных датчиков нелинейны
В большинстве случаев, емкость датчика изменяется нелинейно даже при линейном изменении внешнего воздействия. Это не является существенной проблемой, если от датчика требуется определение порогового состояния, например, заданного минимального расстояния до объекта. Но если датчик используется для измерения непрерывной величины, например, уровня жидкости в емкости, такая нелинейность должна учитываться или схемой обработки, или схемой управления.
Чувствительность к расположению датчика
И обкладки датчика, и соединительные проводники, и элементы схемы обработки сигнала, обладают емкостью относительно окружающих предметов, включая нашу планету. Если автоматическая калибровка датчика не предусмотрена, а условия работы изменились, например, к датчику подошел оператор, или блок измерения переместили со деревянного стола на металлический, датчик может выдавать неверные данные.
Эту проблему можно решать конструктивно, схемотехнически, алгоритмически. Для регистрации пороговых событий хорошим методом является автоматическая калибровка и фильтрация во времени, что позволяет отделить реальное событие от фонового. При измерении непрерывных величин требуются более сложные, комбинированные, способы.В простых случаях возможно ограничиться ручной калибровкой при установке датчика.
Кстати, именно данная особенность приводит к сбоям простых самодельных систем полива растений, которые используют емкостные датчики. Если система используется для полива растения в горшке на подоконнике, или на полу, то датчик будет реагировать и на то, к растению подошел человек. Это можно устранить алгоритмически. По той же причине невозможно откалибровать емкостный датчик влажности почвы на лабораторном столе и потом использовать его для полива в теплице или на грядке. Нужна калибровка датчика именно в том месте, где он будет применяться. И в тех датчиках, которые я упоминал в статье «Влажность почвы. Почему все так не просто?» я все это учитываю.
Область применения емкостных датчиков
Емкостные датчики применяются достаточно широко. Я ограничусь лишь небольшим списком:
- Пожалуй, самым известным их применением являются сенсорные экраны и прочие сенсорные элементы управления.
- Различные измерительные приборы
- Автоматические производственные линии (подсчет предметов, контроль наличия предмета, контроль заполненности емкости
- Измерители уровня жидкостей и сыпучих тел
- Датчики близости
- Концевые датчики
Емкостные датчики выпускаются серийно, включая различные исполнения повышенной защищенности (например, взрывобезопасные). При этом есть датчики разной точности и разной дальности от контролируемых объектов. Емкостные датчики достаточно просты и дешевы, при этом обладают высокой надежностью. Но при этом требуют учета своей специфики. Впрочем, как и любые другие датчики.
Заключение
Я кратко, практически обзорно, рассказал о том, как работают емкостные датчики и какие особенности они имеют. В следующей статье поговорим о том, как обрабатывать сигналы с таких датчиков. То есть, о том, как устроены те самые «схемы обработки».
До новых встреч!
Применение емкостных датчиков — Balluff
Качеством сенсорных устройств и компонентов автоматики определяется эффективность производства в разных областях промышленности. Технические возможности приборов зависят от производителей, использующих при создании продукции технологии разного уровня зрелости. Применение емкостных датчиков, преобразователей, индуктивных измерителей, и других типов прецизионного электрооборудования от фирмы Balluff гарантирует надежную стабильность при автоматизации, управлении и регулировке рабочих процессов.
Надежная электроника для стандартного и специального применения
Обширная программа по выпуску контрольно-измерительных приборов для машиностроения, автоматики, обеспечивающей точную работу промышленных сетей и соединений, находит применение во всех значимых промышленных областях. Характеристики емкостных датчиков, оптических измерителей расстояния и инклинометров, максимально ориентированы на производственные потребности предприятий с разным направлением деятельности:
- металлургия, деревообработка, химическая отрасль;
- машиностроение, автомобильная промышленность;
- производство станков и складского оборудования.
Широкий ассортимент приборов включает устройства для измерений линейных перемещений, предназначенные к эксплуатации в условиях различной сложности. Одной из востребованных позиций являются емкостные датчики, принцип работы которых основан на параметрическом типе, и дает возможность фиксировать данные практически о любом предмете, находящемся в поле активности устройства.
Приборы предназначены для вычисления размеров при разной концентрации действующего вещества, выпускаются в различной комплектации и могут иметь диэлектрическую защиту.
Характеристики и особенности материалов от компании Balluff
В зависимости от того, как работает емкостной датчик, принцип действия прибора используется при работе с жидкими, сыпучими, или газообразными материалами. Устройства обладают способностью получать данные, измеряемые в крайне малых величинах, обеспечивая предельную точность изготовления деталей для сложного оборудования. Хорошо зарекомендовали себя проверенные на практике инновационные системы идентификации, с одинаковой эффективностью работающие в средах:
- с критическими температурами;
- высоким уровнем химической активности;
- пылевой загрязненностью.
Часто после приобретения устройства для обнаружения объектов многие сталкиваются с проблемой, как проверить емкостной датчик. Контроль работы устройства производится по показаниям светодиодного индикатора, передающего информацию о функции выходного сигнала. Сенсоры выпускаются в корпусе из пластика, тефлона, или нержавеющей стали, и независимо от использованного при изготовлении материала обеспечивают защиту внутреннего устройства при воздействии давления до 5 бар.
Емкостные датчики для жидких сред относятся к преобразователям параметрического типа, и применяются на производстве для контроля при заполнении емкостей продуктами с разной консистенцией, служат средством снятия показателей избыточного и абсолютного давления в резервуаре, используются для слежения за деформационными нагрузками, ускорениями линейного и углового характера.
К основным достоинствам электронных приборов от компании Balluff относится высокая чувствительность, экономное энергопотребление энергии, предельная точность показаний и длительный срок надежной эксплуатации. Увеличить рабочий ресурс сенсоров можно при использовании аксессуаров для измерителей и устройства дополнительной изоляции от внешних воздействий при осуществлении монтажа.
|
Емкостные датчики предназначены для бесконтактного измерения смещения, расстояния и положения, а также для измерения толщины. Благодаря высокой стабильности и разрешению сигнала емкостные датчики смещения применяются в лабораториях и промышленных измерительных задачах. Например, при управлении производством емкостные датчики измеряют толщину пленки и нанесение клея. Установленные в станках, они контролируют смещение и положение инструмента. Специальная конструкция сенсора, сенсорный кабель и инновационная технология контроллера обеспечивают идеально согласованную измерительную систему. Поэтому измерительные системы capaNCDT отличаются высокой точностью и стабильностью сигнала. Даже в промышленных применениях емкостные датчики достигают разрешающей способности в диапазоне субмикрометров.
|
емкостные датчики для интерфейсов ввода – тема научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Сьюзен ПРАТТ (Susan Pratt)
[email protected] Перевод: Алексей ВЛАСЕНКО
Вопросы к инженеру по применению: емкостные датчики для интерфейсов ввода
Что представляет собой этот емкостный датчик?
Емкостный датчик обнаруживает изменение емкости, когда какой-либо объект приближается к датчику. Данный принцип уже много лет широко применяется в промышленности, например, для измерения уровня жидкости, влажности, состава материалов. Новая область применения, которая становится все более популярной, — это пользовательские интерфейсы для электронных систем. Здесь много лет применялись механические кнопки, переключатели и ручки настройки. Однако разработчики интерфейсов настойчиво пытаются найти более надежные решения. Емкостные датчики могут использоваться в качестве кнопок, но эти датчики могут обеспечивать гораздо более сложные функции, например, колеса прокрутки. Сейчас фирмой Analog Devices разработаны специализированные интегральные микросхемы, предназначенные для реализации интерфейса пользователя. Например, на микросхемах AD7142 и AD7143 можно реализовать соответственно 14 и 8 емкостных датчиков системы ручного ввода информации. Эти ИС обеспечивают возбуждение датчиков переменным током, обнаруживают изменение емкости и генерируют выходной сигнал.
Как работает датчик емкости?
В общем случае датчик состоит из излучателя и приемника, которые представляют собой металлические дорожки на печатной плате. Как показано на рис. 1, в ЛБ714х имеется источник сигнала возбуждения, выход которого подключен к дорожкам излучателя. Между дорожками излучателя и приемника формируется электрическое поле. В основном поле сосредоточено между двумя слоями, на которых расположены дорожки излучателя и приемника. Однако некоторая часть поля выходит за пределы печатной платы. Сигнал, соответствующий напряженности поля, оцифровывается с помощью имеющегося на плате сигма-дельта преобразователя емкости в цифровой код. Конфигурация поля меняется, когда палец оператора оказывается вблизи датчика, и часть электрического поля замыкается на пальце. В результате емкость датчика уменьшается на величину порядка фемтофарад и это изменение детектируется преобразователем.
В общем виде система ввода (рис. 2) состоит из трех частей:
• Специализированная микросхема, обеспечивающая возбуждение датчика, преобразование емкости в цифровой код. Также эта микросхема имеет специальные средства компенсации медленных изменений окружающей среды.
• Датчик представляет собой особой формы дорожки на печатной плате, с помощью которых создаются кнопки, полосы и колеса прокрутки, а также сочетания этих конфигураций. Дорожки могут быть медными, углеродными или серебряными, материал платы может быть различным (стеклотекстолит БИ4, полиэтилентерефталат и др.), в том числе гибким.
• Программное обеспечение хост-микроконтроллера обеспечивает связь с микросхемой преобразователя по последовательному интерфейсу, установку параметров и обработку прерываний. Для датчиков ввода с высоким разрешением, таких как полосы и колеса прокрутки, программное обеспечение осуществляет обработку с целью получить высокое разрешение. Для кнопок программное обеспечение не нужно.
Какие преимущества дает емкостная система ввода?
Емкостные датчики более надежны, чем механические, в силу ряда причин. Здесь отсутствуют подвижные части, а датчик защищен покрытием, например, пластиковой крышкой. Собственно к датчику пользователь не прикасается, так что устройство можно сделать герметичным. Это свойство делает емкостные датчики особенно удобными там, где
Рис. 1. Принцип работы емкостного датчика с сигма-дельта преобразователем
Рис. 2. Структурная схема системы емкостного ввода
Рис. 3. Структурная схема преобразователя
требуется регулярная очистка и датчики не должны быть повреждены моющим раствором. Для портативных устройств, которые часто подвергаются случайному загрязнению, это также важно.
Как работают микросхемы преобразователей емкости ДР714х?
Эти микросхемы разработаны специально для реализации пользовательского интерфейса ввода. Сердце микросхемы — это сигма-дельта преобразователь емкости в код (СЭС), который обрабатывает ряд входных сигналов, коммутируемых с помощью матрицы ключей (рис. 3). Код, полученный в результате преобразования, сохраняется во внутренних регистрах микросхемы. Также в микросхеме есть источник сигнала возбужде-
ния — он вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 250 кГц.
Хост-микроконтроллер считывает код через последовательный интерфейс. ЛЭ7142 поставляется с интерфейсами ЭРГ или 12С и имеет 14 входов датчиков. ЛЭ7143 имеет интерфейс 12С и только 8 входов датчиков. Последовательный интерфейс вместе с выходом прерывания обеспечивает простое и удобное соединение с хост-микроконтроллером в любой системе.
К одной микросхеме может быть подключено до 14 емкостных датчиков в виде кнопок, полос, колес, а также комбинации датчиков. Внешние датчики представляют собой электроды на 2- или 4-слойной печатной плате, подключенные непосредственно к микросхеме СЭС. Конфигурация датчиков прописывается во внутренние регистры микросхемы. Также в регистрах задаются такие свойства, как
усреднение и уровень смещения для каждого входа. Встроенный секвенсор управляет процессом сканирования датчиков. В ЛЭ714х также имеется логика и ОЗУ, предназначенные для реализации алгоритма компенсации изменений окружающих условий. Температура, влажность и другие факторы влияют на емкость датчиков. Без участия пользователя преобразователь постоянно осуществляет калибровку с целью компенсировать влияние этих факторов и таким образом устраняет возможные погрешности и предотвращает сбои.
Одно из достоинств ЛЭ714х — это возможность установить чувствительность для каждого датчика отдельно. Независимая установка порогов срабатывания важна для устройств с разными размерами датчиков. Например, в устройстве есть большие и маленькие «кнопки», диаметром 10 и 5 мм. Пользователь вправе ожидать, что срабатывать они должны при одинаковом усилии, но емкость зависит от размера датчика, и, таким образом, маленькая «кнопка» потребует большего усилия нажатия. Независимая установка чувствительности для каждого датчика снимает эту проблему.
Каким образом учитывается изменение условий окружения?
ЛЭ714х постоянно измеряет емкость датчика. Когда датчик не активен, величина емкости запоминается в качестве фонового значения. Когда пользователь приближает палец или прикасается к датчику, величина емкости меняется. Код, соответствующий уровню порога срабатывания, хранится в регистрах микросхемы. Когда емкость превысит верхний или нижний порог срабатывания, микросхема вырабатывает сигнал «датчик активирован» и подает сигнал прерывания (рис. 4).
На рис. 4 показана идеальная ситуация, когда емкость, определяемая условиями окружения, не меняется.иХ1-11Ь -цпригп НІІІ НЛ-ННЖ-ШН-и Н рілчс-н
Рис. 5. Сбой работы датчика из-за ухода фоновой емкости
Qir-‘H.j
Рис. 6. Компенсация ухода фоновой емкости
срабатывает корректно, но когда пользователь пытается активировать датчик 2, возникает сбой. Емкость увеличилась, и в этом случае пользователь не может активировать вход так, чтобы емкость уменьшилась ниже порога срабатывания. Также плохо, если емкость увеличилась настолько, что превысила верхний порог срабатывания. В этом случае произойдет случайное срабатывание, причем датчик останется активным и «залипнет» до тех пор, пока емкость датчика не уменьшится.
Встроенные средства автоподстройки решают проблему изменения внешних условий. На рис. 6 видно, что порог срабатывания не остается постоянным. Прибор отслеживает изменения и поддерживает некоторый запас между величиной емкости датчика и порогом срабатывания. Это обеспечивает надежное срабатывание, когда пользователь манипулирует устройством ввода. Уровень автоматически подстраивается, и величина соответствующего кода сохраняется в ОЗУ. В этом процессе не требуется участие хост-контроллера.
Как выглядит сам емкостный датчик?
Датчики могут иметь различную форму и размеры. Кнопки, колеса и полосы прокрутки создаются с помощью дорожек на печатной плате. На рис. 7 показаны возможные конфигурации датчиков из библиотеки паттернов.
Преобразователи предоставляют обширные возможности для создания устройств ввода — с помощью этих микросхем можно создавать самые различные конфигурации: от простых кнопок до полос прокрутки на 128 положений.
Для разных типов устройств ввода требуется задействовать разное количество входов. В ИС ЛЭ7142 имеется 14 входов и 12 каналов преобразования, в ЛЭ7143 — 8 входов и 8 каналов. В таблице показано, сколько входов требуется для каждого типа датчика. Датчики можно сочетать любым образом, ограни-
Таблица. Требуемое количество входов для каждого типа датчика
Тип датчика Требуется входов Gin Требуется каналов
Кнопка 1 0,5 (для «дифференциальной» кнопки)
Ключ на 8 положений 4 3
Полоса прокрутки (слайдер) 8 (1 на сегмент) 8 (1 на сегмент)
Колесо прокрутки 8 (1 на сегмент) 8 (1 на сегмент)
Клавиатура или тачпад 1 на каждый ряд, 1 на каждую колонку 1 на каждый ряд, 1 на каждую колонку
чения накладывает только число входов и каналов.
Оцифровка осуществляется последовательно по каждому каналу. На каждый датчик затрачивается 36 мс.
Что вы можете предложить для начального ознакомления с этими микросхемами?
Analog Devices предоставляет ряд возможностей для разработчика, пожелавшего использовать описанные датчики. Сначала нужно решить, какой тип датчика требуется. Нужны ли средства, например, чтобы выбирать файлы из списка в тр3-плеере? Если да, то потребуется полоса или колесо прокрутки. Можно реализовать также двухкоординатный манипулятор наподобие джойстика. После того как решено, какие будут устройства ввода, можно приступать к разработке платы, пользуясь библиотекой Mentor Graphics PADs layout library. В этой библиотеке есть много подходящих датчиков разных размеров и форм. Она доступна на сайте Analog Devices. Также рекомендуем руководство по применению AN-854, в котором содержатся рекомендации по конструированию датчиков.
Преобразователи должны находиться на той же плате, что и датчики. Плата с датчиками должна быть приклеена к лицевой панели без воздушных зазоров. Если в системе присутствует радиочастотный тракт, нужно предусмотреть средства развязки помех. Желательно использовать вокруг датчиков заземленный периметр.
Рис. 7. Образцы (паттерны) емкостных датчиков
Если важна экономия места, нужно использовать 4-слойную плату, иначе можно обойтись и 2-слойной.
Расстояние от преобразователя СЭС до датчиков не должно превышать 10 см. Но датчики могут располагаться по разные стороны преобразователя, так что между датчиками может быть до 20 см.
Итак, конструкция готова. Что дальше?
Емкостные датчики трудно моделировать на симуляторе, так что анализировать качество работы датчиков и подбирать параметры лучше на макете.
Для каждого датчика необходимо:
• Сконфигурировать внутреннее соединение от входа до преобразователя.
• Установить величину смещения емкости СВиЬК. Это неизменяемая часть емкости датчика, определяемая конструкцией.
• Установить начальные величины порогов срабатывания.
Рис. 8. Типичные формы сигналов преобразователя
Наиболее простой путь подбора параметров — подключение платы с датчиками к оценочной плате AD7142/AD7143, которая поставляется фирмой Analog Devices. На плате имеется также микроконтроллер с соответствующим программным обеспечением.
Как реагирует преобразователь на манипуляции?
Преобразователь выдает сигнал, когда емкость датчика выходит за пределы порогов срабатывания. Величина изменения емкости зависит от формы и размера датчика, а также от толщины материала покрытия. При толщине 4 мм и больше изменения емкости будут очень малы. На рис. 8 показаны типичные сигналы преобразователя. На этом рисунке видно, что в данном случае величина кода меняется примерно на 250 LSB.
Вы говорили о программном обеспечении?
Взаимодействие между CDC преобразователем и микропроцессором происходит за счет прерывания. Хост-микроконтроллер подключен через последовательный интерфейс SPI или I2C. ИС AD7142/AD7143 вырабатывают сигнал прерывания, когда к датчику прикасаются. Хост-микроконтроллер считывает данные из регистров преобразователя. Если датчики — это просто кнопки, то микроконтроллер просто считывает сигнал срабатывания. Если датчик — полоса или колесо прокрутки с высоким разрешением, требуется обработка данных.
Код поставляется заказчику бесплатно при подписании лицензионного соглашения с Analog Devices. Для полосы прокрутки программа занимает около 500 байт памяти данных и 8 кбайт кода. Для колеса прокрутки соответственно 600 байт и 10 кбайт.
Analog Devices поставляет примеры драйверов, написанные на языке C, для основных конфигураций, кнопок и ключей на 8 направлений.
Что еще по поводу конструкции вы можете добавить?
Между платой с датчиками и передней панелью не должно быть воздушного зазора, иначе чувствительность датчика уменьшится.
Вокруг датчика (в пределах 5 см) не должно быть неподключенных металлических деталей. Все, что ближе 5 см, должно быть заземлено, то есть подключено к общему проводу.
Толщина пластиковой панели должна быть порядка 2 мм. Если датчики большие, то панель может быть толще, но не более 4 мм.
Заключение
Преобразователи CDC — это очень удобная технология для интерфейсов ручного ввода. Она стремительно становится все более популярной в разных областях, устройствах и системах. Такие устройства ввода просты в разработке, создаются на основе обычных печатных плат и более надежны, чем механические переключатели. Емкостные преобразователи обеспечивают большую свободу разработчику. Фирма Analog Devices предоставляет специализированные микросхемы для таких систем, а также средства разработки и программное обеспечение, что в совокупности обеспечивает простую и быструю разработку системы ручного ввода. ■
Литература
1. Преобразователи емкость/код на основе сигма-дельта модулятора Михаль Брихта // Компоненты и технологии. 2006. № 1.
2. ht tp://w ww.analog.c om AN829-Environmental Compensation
3. ht tp://w ww.analog.c om AN830-Factors affecting Sensor Response
4. ht tp://w ww.analog.c om AN833-Digital Camera Push Button Design
5. ht tp://w ww.analog.c om Sensor Configuration Guidelines
6. ht tp://ww w.analog.c om.ru/distr.h tm
Бесконтактные датчики ВБ1 емкостные: описание, цена, отзывы
Выберите необходимые аксессуары
Выберите модификацию
Большая часть модификаций скрыта, т.к. данный товар существует более чем в 50 модификациях. Введите название необходимой модификации ниже чтобы отобразить необходимый вариант (минимум 5 символов!)
Емкостные датчики ВБ1 предназначены для бесконтактного обнаружения и подсчета различных объектов, находящихся в зоне их чувствительности. В отличие от индуктивных датчиков емкостные датчики могут реагировать на металлические и неметаллические объекты.
Применение бесконтактных емкостных датчиков
Разнообразие объектов воздействия, вызывающих срабатывание емкостных выключателей, обуславливает широкий спектр их применения.
Емкостные бесконтактные датчики применяются в станкостроении, машиностроении, деревообработке, металлургии, фармацевтике, бумажной и пищевой промышленностях и других сферах, где необходим постоянный контроль положения объектов либо проверки продукции на брак.
Наиболее широко емкостные датчики применяются в системах, где необходимы:
- контроль уровня наполнения резервуаров, емкостей, контейнеров сыпучими и жидкими материалами;
- контроль уровня содержимого в упаковке или таре;
- сигнализация разрыва лент;
- подсчет и позиционирование объектов любого рода.
Функциональная схема
Принцип действия емкостных бесконтактных датчиков основан на изменении электрической емкости конденсатора, в зону которого попадает объект. При подаче питания перед активной зоной датчика, представляющую собой поверхность «развернутого» конденсатора, возникает электрическое поле, которое является зоной чувствительности датчика. При попадании в эту зону какого-либо материала с диэлектрической проницаемостью больше единицы емкость конденсатора увеличивается, и, соответственно, изменяется состояние выхода датчика.
Расстояние срабатывания датчика определяется его конструктивным исполнением (см. таблицу конструктивных исполнений).
Характеристики
18М |
Резьба М18×1 Материал – латунь |
75 90 |
10 |
|
30М |
Резьба М30×1,5 Материал – латунь |
53 65 80 85 115 130 |
20 |
|
33 |
Корпус 60×60×40 мм Материал – АБС-пластик |
— |
30 |
|
G3/4 |
Резьба G3/4 Материал – ПФС-пластик |
80 85 |
3 |
Аксессуары
Для датчиков со способом подключения «С» (разъем) требуется приобретение разъема с кабельным выводом. Возможность изготовления и стоимость кабель-разъемов предоставляется по запроcу.
Конструктивные исполнения кабель-разъемов
С19 |
4 |
2 |
DC, PNP/NPN, NO/NC |
|
С20 |
4 |
2 |
DC, PNP/NPN, NO/NC |
|
|
индикация выхода |
С21 |
4 |
2 |
DC, PNP или NPN, NO или NC |
С29 |
3 |
2 |
AC, NO/NC |
Отзывы покупателей
Принцип работы емкостного датчика на пальцах
После блога urban3p.ru/blogs/25731/ я решил вкратце рассказать тем, кто не в курсе, что же такое емкостной датчик. При своей простоте данное устройство позволяет не только фиксировать нарушение охраняемого периметра, но и оценивать размеры нарушителя, что позволяет свести к минимуму ложные сработки. Рассмотрим простейший случай — в качестве чувствительного элемента используется проволока, натянутая вдоль забора на изоляторах.Эта конструкция будет иметь некую электрическую ёмкость (на схеме показана пунктирным знаком конденсатора). Затем на её основе собирается колебательный контур и потом генератор радиочастоты G1. В отсутствии нарушителей измеряется частота, которую этот генератор выдаёт, и собирается другой генератор, опорный G2, уже на нормальных радиодеталях. В больших окружностях приводятся осциллограммы сигналов на выходе генераторов и сумматора.
Статические объекты, такие как фонари освещения, трубы водопроводов и деревья на работу датчика никак не влияют, т.к. при установке частоты опорного генератора они уже окружают охраняемый периметр, следовательно, пока они стоят на месте, датчику на них поровну, как и на воду, текущую внутри трубы. На выходе сумматора сигнал описывается формулой y=sin(x)-sin(x) и равен нулю.
Предположим, что на забор залезла кошка.
Поскольку кошка имеет небольшой размер, то частота открытого генератора изменится слабо, на выходе сумматора сигнал имеет вид y=sin(x)-sin(0.9x), возникают низкочастотные биения. Если кошки нам не интересны, подобные биения можно игнорировать — с этой задачей справится простейший фильтр или компьютер.
Теперь вплотную к забору подошёл человек.
Тело человека имеет значительно больший размер по сравнению с кошкой, ёмкость открытого контура изменилась значительно, биения идут с достаточно высокой частотой. Если охрана — параноики, то они пойдут посмотреть, что он там забыл. Выходной график y=sin(x)-sin(0.5x).
Вот человек перелез через забор и своим большим телом совсем сбил с толку открытый контур, частота которого резко упала, на выходе сумматора y=sin(x)-sin(0.1x) — это уже ни в какие ворота не лезет!
Описание, выше приведённое, примерное очень. Если кому что не понятно — велком в комменты.
Емкостный принцип работы
Определения:
НЕТ (нормально разомкнутый): Релейный выход, запрещающий разомкнуть ток, когда исполнительный механизм отсутствует и закрывается, позволяя текущий поток при наличии привода.
NC (нормально замкнутый): Релейный выход, замкнутый, позволяющий протекание тока при отсутствии привода и запрещение открывания текущий поток при наличии привода.
NPN Выход: Транзисторный выход, который переключает общий или отрицательное напряжение на нагрузке. Нагрузка подключается между положительное питание и выход. Текущие потоки из нагрузка через выход на землю, когда выход переключателя на. Также известен как снижение тока или отрицательное переключение.
PNP Выход: Транзисторный выход, переключающий положительное напряжение. к нагрузке.Нагрузка подключается между выходом и общим. Ток течет от выхода устройства через нагрузку к заземление при включенном выходе переключателя. Также известен как текущий источник или положительное переключение.
Эксплуатация Distance (Sn): Максимальное расстояние от датчика до квадратный кусок железа (Fe 37), толщиной 1 мм со сторонами = до диаметр чувствительной поверхности, который вызовет изменение на выходе датчика.Расстояние уменьшится для других материалы и формы. Испытания проводятся при 20ºC с источник постоянного напряжения. Это расстояние действительно включает ± Допуск изготовления 10%.
Мощность Supply: Диапазон напряжения питания, в котором будет работать датчик. в.
Макс Коммутируемый ток: Допустимая величина постоянного тока протекать через датчик, не вызывая повреждения датчика.Это максимальное значение.
Мин. Ток переключения: Это минимальное значение тока, которое должен протекать через датчик, чтобы гарантировать работу.
Макс Пиковый ток: Максимальный пиковый ток указывает на максимальное значение. текущее значение, которое датчик может выдержать в течение ограниченного периода времени времени.
Остаточный Ток: Ток, протекающий через датчик при он находится в открытом состоянии.
Мощность Сток: Величина тока, необходимая для работы датчика.
Напряжение Падение: Падение напряжения на датчике при движении максимальная загрузка.
Короткий Защита цепи: Защита от повреждения датчика если нагрузка закорочена.
Эксплуатация Частота: Максимальное количество циклов включения / выключения, которое устройство способно за одну секунду. Согласно EN 50010, этот параметр измеряется динамическим методом, показанным на инжир. 1 с датчиком в положениях (a) и (b). S — операционная расстояние, а м — диаметр датчика. Частота дается формулой на рис.2.
Повторяемость (% Sn): Разница между любыми значениями рабочего расстояния Измеряется за 8 часов при температуре от 15 ° C -30ºC и напряжение питания с отклонением <= 5%.
Гистерезис (% Sn): Расстояние между точками «включения» приближение исполнительного механизма и точка «выключения» привод отступает.Это расстояние снижает количество ложных срабатываний. Его значение выражается в процентах от рабочего расстояния. или расстояние. См. Рис.3
Промывка Монтаж: Для монтажа рядом с моделями для скрытого монтажа см. рис. 4а. Модели без скрытого монтажа можно встраивать в металл согласно рис. 4б. бок о бок см. на рис. 4c. Sn = рабочее расстояние.
Защита
Степень: Степень защиты корпуса согласно IEC.
(Международная электротехническая комиссия):
IP 65: Пыленепроницаемость. Защита от водяных струй.
IP 67: пыленепроницаемость. Защита от воздействия погружения
Как работают емкостные датчики
Как емкостный
Датчики рабочие
и
Как их эффективно использовать.
Комплименты
Льва
Точность.
Авторские права и КОПИЯ; 2007 Lion Precision. www.lionprecision.com
Посмотреть полное руководство (www.capacitive-sensing.com)
А емкостный
Система измерения
Для измерения размеров емкостного датчика требуются три основных
компонентов:
пробник, который использует изменения емкости для определения изменений в
расстояние до цели, электроника драйвера
преобразовать
эти изменения емкости в изменения напряжения,
устройство для индикации и / или записи
результирующее изменение напряжения.
Каждый из этих компонентов является важной частью обеспечения надежной, точные измерения. Геометрия зонда, размер зоны зондирования, а механическая конструкция влияет на дальность, точность и стабильность. Зонд требует, чтобы драйвер создавал изменяющееся электрическое поле. который используется для определения емкости. Производительность электроника драйвера является основным фактором при определении разрешения системы; они должны быть тщательно спроектированы для обеспечения высокой производительности Приложения.Устройство измерения напряжения — последнее звено в системе. Осциллографы, вольтметры и сбор данных системы должны быть правильно выбраны для применения.
Что такое
Емкость?
Емкость описывает, как пространство между двумя проводниками влияет на
электрическое поле между ними. Если поставить две металлические пластины
с промежутком между ними и на один из
пластин, между пластинами будет существовать электрическое поле.Этот
электрическое поле является результатом разницы между электрическими
заряды, которые хранятся на поверхностях пластин. Емкость
относится к «способности» двух пластин удерживать
это обвинение. Большая емкость способна удерживать больше
заряд, чем малая емкость. Сумма существующего заряда
определяет, какой ток необходимо использовать для изменения напряжения
на тарелке. Это похоже на попытку изменить уровень воды
на один дюйм в бочке по сравнению с чашкой кофе.Требуется
много воды, чтобы переместить уровень на один дюйм в бочке, но в
на кофейную чашку нужно совсем немного воды. Разница в их
вместимость.
При использовании емкостный датчик, чувствительной поверхностью зонда является электрифицированная пластина и то, что вы измеряете (цель) другая пластина (мы поговорим об измерении непроводящих цели позже). Электроника драйвера постоянно меняет напряжение на чувствительной поверхности.Это называется возбуждением. Напряжение. Величина тока, необходимая для изменения напряжения. измеряется схемой и указывает величину емкости между зондом и целью. Или, наоборот, фиксированная сумма тока подается в зонд и из него, и в результате изменение напряжения измеряется.
Как емкость
Относится к расстоянию
Емкость между двумя пластинами определяется тремя факторами:
Размер пластин: емкость увеличивается с увеличением размера пластин
Размер зазора: уменьшается емкость
по мере увеличения зазора
Материал между пластинами (
диэлектрик):
Диэлектрический материал приведет к увеличению емкости или
уменьшение в зависимости от материала
в обычном
емкостное зондирование, размер сенсора, размер цели,
а диэлектрический материал (воздух) остается постоянным.Единственная переменная
размер зазора. Исходя из этого предположения, электроника драйвера
Предположим, что все изменения емкости являются результатом изменения
в размере зазора.
Электроника откалибрована для определенных изменений выходного напряжения.
для соответствующих изменений емкости. Эти напряжения равны
масштабируется для представления конкретных изменений размера зазора. Количество
изменения напряжения на заданную величину изменения зазора называется
чувствительность.Обычная настройка чувствительности составляет 1,0 В / 100 мкм.
Это означает, что на каждые 100 мкм изменения зазора
выходное напряжение изменяется ровно на 1,0 В. С этой калибровкой
Изменение выходного напряжения +2 В означает, что цель переместилась на 200 мкм.
ближе к зонду.
Фокусировка
Электрическое поле
Когда к проводнику прикладывается напряжение, возникает электрическое поле.
испускается с каждой поверхности.Для точного измерения электрическая
поле от емкостного датчика должно содержаться в пределах
пространство между чувствительной областью зонда и целью. Если
электрическое поле может распространяться на другие предметы или другие
области на цели, затем изменение положения другого
элемент будет измеряться как изменение положения цели.
Чтобы этого не произошло, используется техника, называемая охраной.
использовал.Для создания защищенного зонда задняя и боковые стороны датчика
окружены другим проводником, который
такое же напряжение, как и на самой чувствительной области. Когда возбуждение
напряжение подается на чувствительную область, применяется отдельная цепь
точно такое же напряжение на охраннике. Потому что нет разницы
по напряжению между чувствительной областью и ограждением нет
электрическое поле между ними, чтобы вызвать ток.Любые проводники
рядом или позади зонда формируют электрическое поле с помощью ограждения
вместо чувствительной области. Только неохраняемая передняя часть
зона чувствительности позволяет формировать электрическое поле к цели.
Эффекты
целевого размера
Размер мишени является основным фактором при выборе зонда.
для конкретного приложения. Когда электрическое поле датчика
сфокусирован охраной, он создает поле, которое является проекцией
размера и формы сенсора.Минимальный диаметр мишени для
стандартная калибровка составляет 30% диаметра чувствительной области.
Чем дальше зонд от цели, тем больше минимум
целевой размер.
Диапазон
Измерение
Диапазон, в котором используется емкостной датчик, зависит от функции
площади чувствительной поверхности. Чем больше площадь, тем
больший диапазон. Электроника драйвера рассчитана на определенное
величина емкости на датчике.Следовательно, датчик меньшего размера
должен быть значительно ближе к цели для достижения желаемого
количество емкости. Электроника регулируется во время
калибровка, но есть предел диапазона регулировки.
В общем, максимальный зазор, при котором полезен зонд, составляет приблизительно
40% диаметра чувствительной поверхности. Стандартные калибровки обычно
держите разрыв значительно меньше, чем это.
Намного больше
доступная информация
Пожалуйста, просмотрите это полное руководство по адресу www.Capsuitive-sensing.com для получения подробной информации.
по этим важным темам:
Многоканальное зондирование
Влияние материала объекта
Измерение непроводящих материалов
Повышение точности: размер объекта
Повышение точности: форма цели
Максимальная точность: поверхность
Finish
Максимальная точность: параллельность
Максимальная точность: окружающая среда
И найдите точные определения для этих важных терминов:
Чувствительность
Ошибка чувствительности
Ошибка смещения
Ошибка линейности
Диапазон ошибок
Полоса пропускания
Разрешение
Расчет разрешения
Статья опубликована с согласия Lion Precision.
Для получения более подробной информации о продукции щелкните здесь …
& КОПИРОВАТЬ; Lion Precision 2007 Все права защищены
Все подробности принципа работы и применения емкостного датчика приближения
В этом блоге мы обсудим принцип работы емкостных датчиков приближения, их широкое применение в промышленности и их использование в коммерческих целях.
Что такое емкостный датчик приближения?
Емкостные датчики приближения обнаруживают изменения емкости между обнаруживаемым объектом и датчиком.Судя по названию, емкостные датчики приближения работают, регистрируя изменение емкости, считываемой датчиком.
Величина емкости зависит от размера и расстояния до объекта обнаружения. Обычный емкостный датчик приближения похож на конденсатор с двумя параллельными пластинами, где определяется емкость двух пластин.
Одна из пластин — это измеряемый объект (с воображаемой землей), а другая — чувствительная поверхность датчика.Он обнаруживает изменения мощности, возникающей между этими двумя полюсами. Обнаружение объекта зависит от их диэлектрической проницаемости, но помимо металлов они содержат смолу и воду.
ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬ:
Принцип работы емкостного датчика приближения
Емкостной датчик приближения состоит из высокочастотного генератора и чувствительной поверхности, образованной двумя металлическими электродами. Когда объект приближается к чувствительной поверхности, он попадает в электростатическое поле электродов и изменяет емкость генератора.
В результате схема генератора начинает колебаться и изменяет выходное состояние датчика, когда оно достигает определенной амплитуды. По мере удаления объекта от датчика амплитуда осциллятора уменьшается, возвращая датчик в исходное состояние.
Типичный диапазон чувствительности емкостных датчиков приближения составляет от нескольких миллиметров до примерно 1 дюйма. (или 25 мм), а некоторые датчики имеют расширенный диапазон до 2 дюймов. Однако емкостные датчики действительно хороши в приложениях, где они должны обнаруживать объекты через какой-либо материал, например мешок, мусорное ведро или коробку.Они могут отключать неметаллические контейнеры и могут быть настроены или настроены на обнаружение различных уровней жидкостей или твердых материалов.
Емкостной датчик приближения определяет большую диэлектрическую проницаемость цели. Это делает возможным обнаружение материалов внутри неметаллических контейнеров, поскольку жидкость имеет гораздо более высокую диэлектрическую постоянную, чем контейнер, что дает датчику возможность видеть сквозь контейнер и обнаруживать жидкость.
Для оптимальной работы их следует использовать в среде с относительно постоянной температурой и влажностью.
При работе с непроводящими целями расстояние срабатывания определяется тремя факторами.
- Размер активной поверхности датчика — чем больше чувствительная поверхность, тем больше расстояние срабатывания
- Емкостные свойства материала целевого объекта, также называемые диэлектрической постоянной — чем выше постоянная, тем больше расстояние срабатывания
- Площадь поверхности обнаруживаемого объекта — чем больше площадь поверхности, тем больше расстояние обнаружения
- Температура
- Скорость целевого объекта
Точка, в которой датчик приближения распознает приближающуюся цель, — это рабочая точка .Точка, в которой исходящая цель заставляет устройство вернуться в нормальное состояние, — это точка освобождения . Область между точкой срабатывания и точкой срабатывания является зоной гистерезиса .
Большинство датчиков приближения оснащено светодиодным индикатором состояния для проверки действия переключения выхода.
Разница между индуктивным и емкостным датчиком приближения:Индуктивные датчики используют магнитное поле для обнаружения объектов. Емкостные датчики используют электрическое поле.Для того чтобы индуктивный датчик воспринимал объект, он должен быть проводящим. Это ограничивает подходящие цели металлическими объектами (по большей части). Для того, чтобы емкостный датчик распознал цель, необязательно, чтобы она была проводящей.
Емкостной датчик будет реагировать на объект, действующий как диэлектрический материал, а также на проводящий объект. Это делает металлические и неметаллические предметы подходящими мишенями.
Преимущества емкостных датчиков приближения- Бесконтактное обнаружение
- Широкий спектр материалов может обнаруживать
- Способен обнаруживать объекты через неметаллические стены благодаря широкому диапазону чувствительности
- Подходит для использования в промышленных условиях
- Содержит потенциометр, который позволяет пользователям настраивать чувствительность датчика таким образом, чтобы обнаруживались только требуемые объекты
- Отсутствие движущихся частей, продление срока службы
- Относительно низкий диапазон, но с постепенным увеличением от индуктивных датчиков
- Более высокая цена по сравнению с индуктивными датчиками
Емкостная сенсорная технология используется в других сенсорных технологиях, например:
- поток
- давление
- уровень жидкости
- шаг
- толщина
- Обнаружение льда
- угол вала или линейное положение
- диммерные переключатели
- клавишные переключатели
- x-y планшет
- акселерометры
Надеюсь, эта статья поможет вам понять полный принцип работы емкостного датчика приближения.
Что такое емкостные датчики приближения?
Базовый датчик приближения используется для определения присутствия предметов или материалов. Что отличает их от других датчиков, так это то, что они не вступают в физический контакт с воспринимаемым объектом, и поэтому они также известны как бесконтактные датчики.
На схеме показана внутренняя конструкция емкостного датчика приближения с внутренней пластиной, подключенной к осциллятору (электроды датчика), а другая — это воспринимаемый объект, который обнаруживается в электрическом поле.Одним из наиболее распространенных типов датчиков является емкостной датчик приближения. Как следует из названия, емкостные датчики приближения работают, регистрируя изменение емкости, считываемой датчиком. Типичный конденсатор состоит из двух проводящих элементов (иногда называемых пластинами), разделенных каким-то изолирующим материалом, который может быть одного из многих различных типов, включая керамику, пластик, бумагу или другие материалы.
Типичные емкостные датчики приближения, такие как показанные здесь от AutomationDirect, имеют переменные расстояния срабатывания, в данном случае от 2 до 40 мм, и могут обнаруживать металлические и неметаллические объекты.Они также оснащены светодиодными индикаторами состояния, которые помогают легко проверить работу, и имеют степень защиты IP65 и IP67 для использования в экстремальных условиях.Принцип работы емкостного датчика приближения заключается в том, что один из проводящих элементов или пластин находится внутри самого датчика, а другой является объектом, который необходимо обнаруживать. Внутренняя пластина подключена к цепи генератора, который генерирует электрическое поле. Воздушный зазор между внутренней пластиной и внешним объектом служит изолятором или диэлектрическим материалом.Когда объект присутствует, это изменяет значение емкости и регистрируется как присутствие объекта.
Емкостные датчики приближения полезны при обнаружении широкого спектра объектов. Проще всего обнаружить объекты с высокой плотностью (например, металлы) или с высокой диэлектрической проницаемостью (например, вода). И для обнаружения этих объектов не требуется, чтобы датчики находились достаточно близко к объектам, которые нужно обнаружить, что является еще одним плюсом, если они используются в условиях с ограниченным пространством для работы. В целом, хорошие чувствительные объекты для емкостных датчиков включают твердые и жидкие вещества, такие как различные металлы. , вода, дерево и пластик.
Типичный диапазон срабатывания емкостных датчиков приближения составляет от нескольких миллиметров до примерно 1 дюйма (или 25 мм), а некоторые датчики имеют расширенный диапазон до 2 дюймов. Однако емкостные датчики действительно превосходны в приложениях, где они должны обнаруживать объекты через какой-либо материал, например мешок, мусорное ведро или коробку. Они могут отключать неметаллические контейнеры и могут быть настроены или настроены на обнаружение различных уровней жидкостей или твердых материалов.
Принцип работы емкостного датчика приближенияПривет друзья,
В этой статье я собираюсь обсудить емкостной принцип работы датчика приближения , и мой комментарий увеличит ваш знания по этой теме.
Емкостной датчик приближения определяет наличие объект (обычно называемый целью) без физического контакта.
Они могут обнаруживать как металлические, так и неметаллические цели. Они идеально подходят для контроля уровня жидкости и для определения порошка или гранулированных материалов.
Емкостной датчик приближения состоит из высокочастотного осциллятор вместе с чувствительной поверхностью, образованной двумя металлическими электродами. Когда объект приближается к чувствительной поверхности, он попадает в электростатическое поле электродов и изменяет емкость генератора.
В результате контур генератора начинает колебаться и изменяет выходное состояние датчика, когда достигает определенного амплитуда. Когда объект удаляется от датчика, амплитуда осциллятора уменьшается, возвращая датчик в исходное состояние.
Чем больше диэлектрик постоянная цели, тем проще для емкостного датчика приближения обнаружить. Эта константа делает возможным обнаружение материалов внутри неметаллические емкости, потому что жидкость имеет гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость чем сосуд, что дает датчику возможность видеть сквозь сосуд и обнаружить жидкость.
Обычно они имеют короткий диапазон чувствительности около 1 дюйма, независимо от типа обнаруживаемого материала. Имея дело с непроводящими цели, дальность обнаружения увеличивается с увеличением в
- размер чувствительной поверхности датчика.
- площадь поверхности цели.
- диэлектрическая проницаемость мишени.
Для оптимальной работы мы должны использовать их в окружающей среде с относительно постоянной температурой и влажностью.
Точка, в которой датчик приближения распознает входящая цель известна как рабочая точка.Точка, в которой исходящий target заставляет устройство вернуться в нормальное состояние, известное как точка выпуска. Область между рабочей точкой и точкой сброса называется зона гистерезиса.
Регулировку чувствительности можно выполнить, отрегулировав потенциометр предусмотрен на датчике. Если у датчика нет регулировочного потенциометра, тогда датчик должен физически перемещать для получения оптимального положения установки.
Оптимальная чувствительность обеспечивает более длительную работу расстояние.Однако работа на сверхчувствительный датчик очень сильно влияют температура, влажность и грязь, и т. д. и может вызвать ложное срабатывание датчика.
Большинство датчиков приближения оснащены светодиодным индикатором состояния. для проверки действия переключения выхода. Емкостные датчики приближения доступны в различных размерах и конфигурациях для различных применений требования.
Одной из самых распространенных форм является ствол, который размещает датчик в металлическом или полимерном корпусе с резьбой на внешней стороне корпус.Благодаря корпусу с резьбой мы можем легко настроить датчик на монтажная рама.
Характеристики емкостного датчика приближения
Основные характеристики емкостной близости датчики как под:
- Они могут обнаруживать неметаллические цели.
- Они могут обнаруживать легкие или мелкие предметы что не может быть обнаружено механическим пределом переключатели.
- Они обеспечивают высокую скорость переключения для быстрого ответ в приложениях для подсчета объектов.
- Они могут обнаруживать жидкие цели через неметаллические преграды (стекло, пластик и др.).
- Они имеют длительный срок службы с практически неограниченное количество рабочих циклов.
- Твердотельный выход обеспечивает отсутствие дребезга. контактный сигнал.
Типичные области применения емкостных датчиков приближения
- Высокий / низкий уровень жидкости.
- Сухой бак.
- Материал присутствует / отсутствует.
- Товар есть в наличии.
- Кол-во товаров.
Индуктивные датчики приближения используются для обнаружения как черных металлов. и цветные металлы (такие как медь, алюминий и латунь). Индуктивный датчик приближения работает на вихре текущий принцип.
Когда металлический предмет попадает в электромагнитное поле чувствительной головкой в объекте наводятся вихревые токи. Этот текущий вызывает изменение нагрузки генератора, который затем управляет выходом устройство. Мы можем резюмировать работу индуктивного датчика приближения как под:
- Схема генератора генерирует высокочастотное электромагнитное поле, исходящее от наконечника датчика.
- Когда в поле выходит металлическая цель, вихрь в мишени индуцируются токи.
- Вихревые токи в мишени поглощают излучаемую энергия датчика, что приводит к потере энергии и изменению поля сила осциллятора.
- Схема обнаружения датчика контролирует осциллятора и запускает твердотельное выходное устройство при определенном уровень.
- Когда металлический предмет покидает зону обнаружения, осциллятор возвращается к исходному значению.
Важны тип металла и размер мишени. факторы, определяющие эффективный диапазон чувствительности датчика. Железо металлы могут быть обнаружены на расстоянии до 2 дюймов, в то время как большинство цветных металлов требуется меньшее расстояние, обычно в пределах дюйма от устройства.
Типичные области применения индуктивных датчиков приближения
- Обнаружение вращательного движения.
- Индикация нулевой скорости.
- Регулировка скорости.
- Ограничение хода вала.
- Индикация движения.
- Клапан открыт / закрыт.
Спасибо, что прочитали о «принципе работы емкостного датчика приближения». Чтобы узнать больше о датчиках, посетите сайт balluff.com или посмотрите видео.
Также читают
© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы емкостного датчика приближения.
Basics Емкостные датчики
Базовые знания емкостных датчиков
Емкостные датчики обнаруживают металлические и неметаллические, твердые и жидкие материалы.Принцип действия емкостных датчиков основан на изменении емкости активной области датчика при приближении к цели с соответствующими диэлектрическими характеристиками. Эта активная поверхность образована двумя электродами. Форма электрода адаптируется к типу датчика. Если цель приближается к активной области датчика, происходит изменение емкости электрического поля. Емкостные датчики могут работать по двум разным принципам:
Принцип 1 использует прерывание колебательного выстрела или демпфирование, создаваемое целью в электрическом поле.Мишень забирает энергию из электрического поля. Высота отвода энергии зависит от диэлектрической проницаемости материала мишени. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем больше энергии забирается у электрического поля. Электроника внутри датчика распознает это изменение и переключается, как только достигается определенное значение.
Принцип 2 основан на высвобождении колебаний на RC-генераторе при приближении цели. Генератор создает высокочастотные колебания.Когда объект попадает в электрическое поле, изменяется диэлектрическая проницаемость и, следовательно, все колебательные характеристики осциллятора. Электроника внутри датчика оценивает колебания и включает датчик при превышении определенного значения.
Емкостные датчики приближения Pulsotronic доступны как N- или P-переключатели, так и в нормально разомкнутых или нормально замкнутых версиях. Настройка чувствительности для различных материалов и условий окружающей среды осуществляется с помощью потенциометра.Доступное расстояние переключения зависит от материала и формы объекта.
| Зона обслуживания: |
|
Что такое емкостный датчик?
Емкостной датчик — это датчик приближения, который обнаруживает близлежащие объекты. по их влиянию на электрическое поле, создаваемое датчик.Простые емкостные датчики были коммерчески доступны в течение многих лет и заняли свою нишу в обнаружение неметаллических объектов, но ограничено короткими расстояниями, обычно менее 1 см. Емкостные датчики имеют некоторое сходство с радаром в их способности
обнаруживать проводящие материалы, просматривая изоляционные материалы
например, дерево или пластик. На практике различия заключаются в
значительный; По сравнению с радаром,
емкостные датчики:
- Проще, поэтому потенциально меньше, дешевле и дешевле властолюбивый.
- — это датчики приближения, а не датчики дальности. Они делают нет дают прямое указание на то, как далеко находится обнаруженный объект. А более удаленная сильная цель может дать такой же ответ, как и ближайшая слабая цель.
- Ненаправленны и имеют малый радиус действия.
Что он может обнаружить?
Из-за своей ненаправленной природы емкостный датчик измеряет некоторые емкость от объектов в окружающей среде, которые всегда присутствует и поэтому не интересен. При установке на car датчик определяет сам автомобиль и землю.Неизвестный объекты обнаруживаются по мере увеличения этого фона емкость.Коммерческие емкостные датчики обычно работают в диапазоне 1 см или меньше. В этих диапазонах емкость объекта приближается к фоновой емкости. Однако на 1 метре изменение емкости на порядки меньше, и намного меньше чем фоновая емкость. Необходимо определить какие эта фоновая емкость такова, что ее можно вычесть из измерение.
Поскольку фоновая емкость велика по сравнению с емкость объекта, а также подвержена дрейфу, гораздо проще использовать датчик для обнаружения изменений в окружающей среде, чем для обнаружения абсолютное наличие или отсутствие неизвестного объекта.Количество изменение фоновой емкости зависит от того, насколько стабильна среда является. В относительно плохо контролируемой среде, такой как вне автомобиля абсолютное обнаружение присутствия человека вероятно, ограничено 30 см или меньше.
В этом режиме детектора изменений датчик не столько присутствие детектор как детектор изменения присутствия, что-то вроде пассивный инфракрасный датчик движения (PIR.) Однако из-за его емкостный детектор движения может использоваться в ситуации, когда детектор PIR будет ложно реагировать на очевидные фон меняется.Это верно для предлагаемого автомобиля. приложение безопасности, где движение транспортного средства вызывает изменения в тепловой фон.
Спектр распространения:
Концепция работы с расширенным спектром широко используется в современных системы связи, потому что он имеет множество преимуществ перед традиционные узкополосные системы связи. Подход обсуждается здесь прямо Расширенный спектр последовательности, где псевдослучайный шумовой (PN) код передается, а затем наличие кода обнаруживается корреляция между принятым сигналом и известным кодом последовательность. Применение расширенного спектра прямой последовательности к емкостным датчикам особенно просто, потому что передатчик и приемник расположены в в том же месте, поэтому синхронизация кода передачи и приема тривиально.Есть отличный много хороших вводных материалов в Интернете, которые я не буду дубликат. Вот несколько ссылок: Азбука распространения Спектр, Разворот Спектр (SS) — Введение, Распространение Спектральные методы.
Ключевым свойством системы с расширенным спектром является выигрыш в обработке, что является мерой того, насколько широк спектр.Обработка прирост — отношение ширины полосы занимаемого спектра расширенного сигнала к фактической ширине полосы сигнала. В системах радиосвязи прирост обработки от 10 до 1000 является типичным. В этой системе в полоса пропускания демодулятора составляет примерно 100 кГц, а выходной сигнал полоса пропускания составляет 1,5 Гц, поэтому выигрыш при обработке составляет 67,0000 или 96 дБ.