정전 용량 센서. 계획, 설명

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제안된 용량성 근접 센서 버전은 경제적이고 광범위한 공급 전압 값에서 작동하며 온도 변화 시 응답 임계값의 안정성이 높습니다.

지난 20년 동안 무선 아마추어를 위한 책과 잡지에 작동 원리, 감도, 복잡성 및 사용된 요소 기반이 다른 근접 센서 설계에 대한 많은 설명이 게재되었습니다. 그러나 그들 중 다수는 거의 일정한 주변 온도와 공급 전압에서 실험실에 가까운 조건에서만 작동하기에 적합합니다.

예를 들어, [1]에 설명된 센서는 디지털 마이크로 회로에서 만들어지고 매우 경제적이지만 응답 임계값은 공급 전압에 따라 크게 달라집니다. 저항 R2의 높은 저항으로 인한 높은 습도에서의 작동 안정성은 분명히 불충분하며 전자 어셈블리를 감지 요소에 연결하는 와이어의 길이에 크게 좌우됩니다.

[2]에서 제안된 센서는 최대 수 밀리암페어의 전류를 소비하므로 자체 전원 시스템에서의 사용 가능성이 제한됩니다. 온도 및 공급 전압에 대한 연산 증폭기의 임계값 특성의 의존성으로 인해 이러한 센서가 지속적으로 트리거된 상태에 있거나 완전히 작동을 멈출 수 있습니다.

제안된 센서는 위에서 언급한 것보다 약간 더 복잡하지만 권선 요소가 없고 반복성이 우수하며 3 ... 15 V의 공급 전압에서 작동하여 약 40 μA(전압 5 V). 주변 온도 및 공급 전압에 대한 응답 임계값의 독립성, 전자기 간섭 및 간섭에 대한 낮은 감도가 특징입니다. 사용된 요소의 등급을 기반으로 응답 임계값을 정확하게 계산하거나 이러한 등급을 계산하여 필요한 응답 임계값을 얻을 수 있습니다.

센서 회로는 Fig. 1. 트리거 DD1.1에서 펄스 발생기가 만들어집니다. 지속 시간(약 0,2ms)은 R1C1 회로에 의해 설정되고 반복 주기(약 1,5ms)는 R2C2 회로에 의해 설정됩니다. 장치의 전원을 켠 후 얼마 동안 부족 전압 감지기 DA1은 트리거 DD1.1의 입력 S에서 전압을 낮은 논리 레벨로 유지하므로 두 설정 입력(R 및 S)에서 금지된 하이 레벨 상태를 제외합니다. 방아쇠의. 그렇지 않으면 2 ... 3 V / ms 미만의 속도로 공급 전압이 증가하는 경우 발전기가 자기 여기되지 않습니다.

정전 용량 센서

발전기 펄스는 두 개의 단일 진동기를 동시에 트리거합니다. 첫 번째(DD2.1 트리거에서) 요소 R4, R5, C4의 등급에 따라 예시적인 기간의 펄스를 생성합니다. 두 번째 단일 진동기 (DD2.2 트리거에서)의 펄스 지속 시간은 저항 R3의 저항과 금속판 E1 및 E2에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스에 따라 다릅니다. 절연 커패시터 C5는 트리거 입력 DD2.2 DC 전압과의 우발적 접촉을 방지합니다.

센서의 작동은 두 개의 단일 진동기에 의해 생성된 펄스 지속 시간의 비교를 기반으로 합니다. 두 번째(측정) 단일 진동기의 펄스가 첫 번째(예시) 펄스보다 짧은 경우 DD2.1 트리거의 역 출력에서 양의 전압 강하가 발생하는 순간(지점 1, 그림 1 참조) ), DD2.2 트리거 출력(지점 2)의 전압 레벨이 낮습니다. 입력 C에서 포지티브 차동에 의해 트리거되는 비교 트리거 DD1.2는 출력에서 로직 로우 상태가 됩니다. 그렇지 않으면(측정 펄스가 기준 펄스보다 길면) 포인트 2와 트리거 DD1.2의 출력 레벨이 높아집니다.

이물질이 접근함에 따라 플레이트 E1과 E2 사이의 커패시턴스가 증가하면 커넥터 X2의 핀 1에서 낮은 레벨이 높은 레벨로 대체됩니다. 이것이 발생하는 커패시턴스의 임계 값은 공식에 의해 결정됩니다.

여기서 R4BB는 튜닝 저항 R4의 입력 저항입니다. Svh ≈ 6pF - 트리거의 입력 커패시턴스 R. 다이어그램에 표시된 저항 R5의 값으로 R4를 사용하여 커패시턴스 임계 값을 6pF에서 32pF로 변경할 수 있습니다.

멀티 바이브레이터의 활성 요소는 동일한 DD2 마이크로 회로 내부에 있기 때문에 온도 또는 공급 전압이 변경되면 특성과 생성 된 펄스의 지속 시간이 동일한 방식으로 변경됩니다. 이는 광범위한 온도 및 공급 전압 변화에 대한 센서 응답 임계값의 안정성을 보장합니다.

센서에서 허용 오차가 최소 ± 2%인 3 또는 2W의 전력으로 S23-Z0,125n, MLT, S0,25-5 또는 이와 유사한 고정 저항을 사용할 수 있습니다. R4로 TKS가 작은 트리밍 저항(예: SPZ-19a, SPZ-196)을 사용하는 것이 바람직합니다. 이러한 이유로 SDR-38a 저항기의 광범위한 사용은 권장되지 않습니다. 커패시터 C1 - C4 - 모든 소형 세라믹(KM-5, KM-6, K10-17 또는 유사한 수입품). 분리 커패시터 C5는 고전압(예: K15-5)이어야 하며 최소 500V의 정격 전압이어야 합니다. 커패시턴스는 1000 ~ 4700pF 범위일 수 있습니다. 다이오드 VD1 - KD103, KD503, KD521, KD522 시리즈 중 하나.

칩 K561TM2는 564TM2 또는 수입품으로 교체할 수 있습니다. 저전압 감지기(DA1)는 최소 센서 공급 전압보다 확실히 낮은 임계 전압으로 선택해야 합니다. 예를 들어, 5V의 전압으로 전원을 공급할 때 감지기 KR1171SP42, KR1171SP47은 9V에서 적합하며 KR1171SP53, KR1171SP64, KR1171SP73도 적합합니다.

센서의 전자 장치는 1,5mm 두께의 호일 유리 섬유로 만든 보드에 조립됩니다. 인쇄 된 도체의 그림과 부품의 위치가 그림에 나와 있습니다. 2. 감지 요소(플레이트 E1 및 E2)는 2mm 이하의 와이어로 전자 장치에 연결하는 "포장되지 않은" 커패시터[50]의 형태로 설계하는 것이 좋습니다.

정전 용량 센서

센서 설정은 저항 R4 및 R5를 사용하여 임계값을 설정하는 것으로 귀결됩니다. 작동은 LED 회로(커넥터 X2의 핀 1에 대한 애노드)와 공칭 값이 2,2 ~ 4,7 kOhm(LED 캐소드와 커넥터의 핀 3 사이)인 저항을 사용하여 제어할 수 있습니다. 전원을 켜고 튜닝 저항 R4의 엔진을 회전시켜 LED 점화를 달성 한 다음 엔진을 약간 오른쪽으로 돌리면 (다이어그램에 따라) 꺼집니다. 물체가 감지 요소에 접근하면 LED가 켜지면서 올바른 조정이 표시됩니다. 저항 R4 슬라이더의 맨 왼쪽 위치에서도 LED가 켜지지 않으면 R5 대신 점퍼를 설치하고 설정을 반복해야 합니다.

이 장치는 플레이트 E2에서 인간 터치 센서로 사용할 수 있으며 문 손잡이와 같은 모든 금속 물체가 그 역할을 할 수 있습니다. 이 경우 E1 플레이트를 완전히 버릴 수 있고 저항 R4 및 R5를 공칭 값이 330kOhm인 하나의 저항으로 교체할 수 있습니다.

저자가 만든 센서의 변형 중 하나는 플레이트 면적이 100cm2이고 그 사이의 거리가 5mm인 플랫 커패시터 형태의 민감한 요소를 가졌습니다. 영하 70도의 온도 범위에서 플레이트 사이 공간에 기계유를 30% 채웠을 때 자신 있게 작동했습니다. ..+85 °С. 결로, 접근하는 손 및 기타 간섭 요인으로 인한 작동은 기록되지 않았습니다.

플랫 또는 원통형 커패시터의 민감한 요소로 이러한 사용 및 적용을 통해 먼저 공식에 따라 튜닝 저항 R4의 입력 저항에 필요한 값을 추정하는 것이 좋습니다.

여기서 Cnp는 연결 와이어의 커패시턴스입니다. Ck는 평면 또는 원통형 커패시터의 커패시턴스에 대해 알려진 공식에 따라 계산된 민감한 요소의 커패시턴스입니다.

계산 된 값이 음수로 판명되면 저항 R5를 회로에서 제외하고 200kOhm 이상이면 저항 R5BB가 4 ... 100kOhm 내에 있도록 R150 값을 높여야합니다. 마지막으로 센서는 위에서 설명한 방식으로 조정됩니다.

문학

Nechaev I. 용량 성 릴레이. - 라디오, 1988, 1번, p. 33.
Moskvin A. 비접촉 정전용량 센서. - 라디오, 2002, No. 10, p. 38, 39.

저자: M. Ershov, 툴라

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