חיישנים קיבוליים ללא מגע. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

חיישנים קיבוליים ללא מגע. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מעצב חובב רדיו

חיישנים קיבוליים מגיבים למגוון רחב של חומרים - מוצקים ונוזליים, מתכות ודיאלקטריים. הם משמשים, למשל, לניטור ללא מגע של מילוי מיכלים בנוזלים וחומרים בתפזורת, מיקום וספירה של חפצים שונים ואבטחת חפצים. מאמר זה מתאר את עקרון הפעולה של חיישנים ללא מגע ומספק דיאגרמות המתאימות ליישום ושימוש מעשי. חיישנים ללא מגע המיוצרים על ידי חברות מקומיות וזרות רבות [1, 2] פועלים על פי עקרון ה"קבלים", ומגיבים לשינוי הנגרם מהמראה החיצוני. של עצם זר באזור הרגיש קבוע דיאלקטרי יחסי של הסביבה. חיישן טיפוסי עם קוטר משטח רגיש של 60 מ"מ מזהה "מטרה סטנדרטית" (מונח לפי [40]) במרחק של 3 מ"מ.

האלמנט הרגיש של חיישן קיבולי ללא מגע הוא קבל עם לוחות פרוסים במישור אחד, כפי שמוצג באיור. 1.

חיישנים קיבוליים ללא מגע

בהתאם לנוכחות או היעדר עצם זר, הקבוע הדיאלקטרי הממוצע של הציפוי שמסביב של המדיום, וכתוצאה מכך, הקיבול של הקבל משתנה. האחרון משמש כאלמנט קביעת תדר של המתנד העצמי. התקן הסף בחיישן עוקב אחר משרעת או תדירות התנודות, וכאשר הן משתנות, הוא מפעיל את המפעיל.

בחיישנים קיבוליים רבים, תדר המתנד נבחר להיות כמה מגה-הרץ. גנרטורים בנויים על טרנזיסטורים דיסקרטיים, שמספרם מגיע לחמישה. עם זאת, גנרטור רגיש מספיק לשינויים בקיבול, הפועל בתדרים של מאות קילו-הרץ, יכול להיבנות באמצעות מגבר הפעלה אחד בלבד מהמעמד הבינוני.

הבסיס הוא המעגל הקלאסי של מחולל פולסים מלבני המבוסס על מגבר הפעלה, המוצג באיור. 2.

חיישנים קיבוליים ללא מגע

תיאורו וחישובו המפורטים מובאים ב-[4]. אם מגבר OP DA1 הוא אידיאלי, תדר התנודה הוא פרופורציונלי הפוך לקיבול של הקבל C1 (האלמנט הרגיש של החיישן), והמשרעת שלהם לא משתנה. למעשה, עם ירידה בקיבול ועלייה בתדר, מגיע רגע שבו, בגלל האינרציה הטמונה במגבר אופ-מגבר, התנאים לעירור עצמי של הגנרטור מפסיקים להתקיים והתנודות מתקלקלות.

נותר לוודא שהגנרטור יפעל כאשר יש עצם זר באזור הרגיש, וכאשר מסירים אותו (ששווה ערך להפחתת הקיבול של הקבל), הוא כבר לא עושה זאת. למצב זה יש יתרונות מסוימים על המוכרים שבהם, כאשר המחולל פועל ברציפות [5, 6], או רק בהיעדר עצם זר [7, 8].

הרעיון נבדק על ידי הדמיית הגנרטור באמצעות תוכנית ELECTRONIC WORKBENCH. OA NA2502 נבחר מתוך ספריית רכיבי התוכנית הסטנדרטיים עבור המודל. ערכי הנגדים היו: R1 - 330 קילו אוהם, R2 - 1 קילו אוהם, R3 - 2 קילו אוהם. תנודות התעוררו בעדינות ונעלמו כאשר הקיבול של קבל C1 השתנה מ-11 ל-12 pF, ובחזרה. עם רמה גבוהה של ביטחון, אנו יכולים לומר שזה מספיק לפעולה אמינה של חיישן קיבולי. המסקנה אושרה לאחר מכן על ידי בדיקת מבנים אמיתיים.

האלמנט הרגיש של החיישן היה עשוי מחומר בידוד רדיד חד צדדי, עליו נותרו שני חלקים מלבניים של נייר כסף בגודל 70X50 מ"מ, צמודים זה לזה עם דפנות קצרות ברווח של 2 מ"מ. הקיבול של "הקבל הפרוש" הנוצר בדרך זו הוא בערך 5 pF. אורך החוטים המחברים את לוחות הקבלים לגנרטור צריך להיות מינימלי, לא יותר מ-50 מ"מ.

מעגל מחולל מעשי המבוסס על אחד משני מגבר ההפעלה של המיקרו-מעגל KR157UD2 מוצג באיור. 3.

חיישנים קיבוליים ללא מגע

מכיוון שהמיקרו-מעגל מופעל ממקור יחיד, באמצעות מחלק התנגדות R3R4, הטיה השווה למחצית מתח האספקה מופעלת על הקלט הלא-היפוך של מגבר ההפעלה. מעגל הגדרת התדר נוצר על ידי הנגד R2 והקיבול של האלמנט הרגיש E1. הנגד R1 משמש להגנה על כניסת מגבר ההפעלה מפני הפרעות והפרעות שעלולות לפגוע במגבר ההפעלה.

יש לציין את התפקיד החשוב של הקבל C1, המתקן את תגובת התדר של מגבר ההפעלה. "נקודת הפעולה" של הגנרטור על שיפוע תגובת התדר תלויה בקיבול של קבל זה. נבדקו שתי אפשרויות: C1=12 pF, R5=180 kOhm (תדר 200 קילו-הרץ) ו-C1=6,8 pF, R5=1 MOhm (תדר 500 קילו-הרץ). בשני המקרים, על ידי התאמת הנגד R2, ניתן היה לוודא שהגנרטור מתרגש כאשר עצם זר מתקרב לאלמנט הרגיש. רצוי לבצע התאמות באמצעות מברג ארוך עשוי חומר מבודד.

במהלך הבדיקה, החיישן "חש" יד אדם או מיכל מים במרחק של כמה סנטימטרים. במרחק קצר יותר ניתן היה לזהות גוש עץ, צנצנת זכוכית ריקה ואפילו מחק של תלמיד.

מעגל הגנרטור בשבב K1407UD1 מוצג באיור. ארבע.

חיישנים קיבוליים ללא מגע

המאפיינים שלו זהים בערך לאלו שנדונו לעיל. מכיוון שלמגבר ההפעלה המשומש אין פינים לחיבור מעגלי תיקון, הביצועים שלו יורדים על ידי משוב דרך מעגל R3C1. בנוסף, כמו הנגד R1 במכשיר הקודם (ראה איור 3), הנגד R3 מגן על כניסת ה-Op-amp מהפרעות. תדר הפעולה של הגנרטור הוא כ-100 קילו-הרץ.

על איור. 5 מציג תרשים של חיישן ללא מגע במיקרו-מעגל KR157DA1 [9].

חיישנים קיבוליים ללא מגע

שלא כמו אלה שנדונו קודם לכן (ראה איור 3 ו-4), לא נדרשה מערכת הפעלה נוספת במחולל החיישן, מכיוון שרוחב הפס של המגבר OP-DA1.1 עצמו צר למדי. עם זאת, כדי להשיג פעולה אמינה, היה צורך להציג את מעגל R6C1. הנגד R1 מגן.

תדר התנודה של הגנרטור במגבר OP DA1.1 הוא 20 קילו-הרץ ב-R5=10 קילו-אוהם ו-80 קילו-הרץ ב-R5=100 קילו-אוהם. אם אין חפץ באזור הרגיש, הגנרטור לא עובד, נורית HL1 לא נדלקת. זה האחרון הופך את המכשיר לחסכוני יותר בהשוואה, למשל, לזה המתואר ב-[8]. מהפלט השני של הגלאי DA1.2, שהעומס שלו הוא המעגל R7C2, האות עובר לכניסה של התקן הסף - op-amp DA1.3. במוצא שלו (פין 7 של שבב DA1), כאשר החיישן מופעל, רמת המתח הנמוכה מוחלפת ברמת המתח הגבוהה.

מחוללים של חיישנים קיבוליים, כולל זה הנדון, מייצרים לפעמים "הבזקים" קצרי טווח של תנודות בתדר של 100 הרץ בהיעדר עצם חיצוני. זו כנראה תוצאה של הפרעות ברשת. מחזור העבודה של ה"הבזקים" גבוה למדי, ומעגל האינרציה R7C2 מחליש אותם, ולא מאפשר להם להגיע לרמת ההדק של DA1.3.

כפי שהראה הבדיקה, ניתן להפחית את הממדים שצוינו קודם לכן של האלמנט הרגיש E1. לדוגמה, המכשיר במעגל המיקרו K1407UD1 (ראה איור 4) פעל גם עם גדלי לוחות של 30x6 מ"מ, וכדי לשמור על קבוע זמן קבוע עבור מעגל המשוב, היה צורך להעלות את ערך הנגד המשתנה R5 ל- 560 קילו אוהם. הרגישות של החיישן נשארה מספקת למדי.

ניתן היה להגדיל את מידות האזור הרגיש על ידי הזזת לוחות הקבלים לצדדים או הסרה מוחלטת של זה שמחובר לחוט המשותף. במקרה האחרון, תפקידה של הבטנה המרוחקת עובר לחוט המשותף עצמו ולאלמנטים המחוברים אליו. לאחר התאמה מתאימה עם נגד כוונון R5, הגנרטור התרגש כאשר התקרב לרירית הזרוע הנותרת במרחק של 100 מ"מ או גוש עץ במרחק של 30 מ"מ. עם זאת, משרעת ה"הבזקים" בתדר של 100 הרץ גדלה באופן ניכר.

ספרות

חיישני קירבה של TURCK. קטלוג חיישנים ללא מגע (מתגים) מבית TURCK (גרמניה).
טכניקת חיישן BALLUFF. קטלוג חיישנים ללא מגע (מתגים) מבית BALLUFF (גרמניה).
GOST R 50030.5.2-99 (IEC 60947-5-2) ציוד הפצה ובקרה במתח נמוך. חלק 5.2. התקנים ורכיבי מיתוג של מעגלי בקרה. חיישנים ללא מגע.
Frolkin V., Popov L. Impulse devices. - מ.: הרדיו הסובייטי, 1980.
Nechaev I. ממסר קיבולי. - רדיו, 1988, מס' 1, עמ'. 33.
Nechaev I. ממסר קיבולי. - רדיו, 1992, מס' 9, עמ'. 48.
מכשיר התראה בעת התקרבות לחפץ. - רדיו, 1999, מס' 5, עמ'. 40.
מכשיר Moskvin A. Watchdog עם חיישן קיבולי. - רדיו, 2001, מס' 8, עמ'. 35, 36.
Ataev D., Bolotnikov V. מעגלים משולבים אנלוגיים לציוד ביתי. מַדרִיך. - מ.: PKF "עסקי דפוס", 1992.

מחבר: A. Moskvin, יקטרינבורג

ראה מאמרים אחרים סעיף מעצב חובב רדיו.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

IC כוח אלחוטי 12W נטו 10.01.2015

טושיבה הציגה את השבבים TC7765WBG ו-TB6865AFG Enhanced Version, המבצעים את הפונקציות של מקלט ומשדר במערכות חשמל אלחוטיות התואמות למפרט Qi LP 1.1. התכונה של ערכת השבבים הזו היא הספק גבוה - כ-10W. דגימות הערכה של הגרסה המשופרת TC7765WBG ו-TB6865AFG אמורות להופיע בסוף החודש, והיצרן מצפה להתחיל משלוחים סדרתיים ביוני השנה.

ה-TC7765WBG מיישם פונקציות בקרה בחומרה, שלדברי טושיבה מבטלת את הצורך ביישום תוכנה עבור מפתחי מערכות טעינה אלחוטיות. משדר TB6865AFG Enhanced Version נשלט על ידי ליבת ARM Cortex-M3 משולבת.

המשדר מיועד למתח כניסה של 19 V. מתח המוצא של המקלט הוא 7-12 V, הספק המוצא המרבי הוא 12 W. יישומים עבור ערכת השבבים כוללים סמארטפונים, טאבלטים ואביזרי מכשירים ניידים.

עוד חדשות מעניינות:

▪ רובוט צף לחקור הר געש לאחר התפרצות

▪ שפירית עם מצלמת טלוויזיה

▪ תאי זיכרון ROM רב רמות

▪ עבודה בלילה מסוכנת לבריאות

▪ מהדורת Intel Core i7-3970X Extreme

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר הגנה על ציוד חשמלי. בחירת מאמרים

▪ מאמר צ'רנישבסקי ניקולאי גברילוביץ'. פרשיות מפורסמות

▪ מאמר איך נחש מזריק את הארס שלו? תשובה מפורטת

▪ מאמר אוכמניות הן בגודל נמוך. אגדות, טיפוח, שיטות יישום

▪ מאמר אנטנת מאתר כיוון UB5UG. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר Scheme, pinout (pinout) כבל Panasonic G450, G500 + pinout. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר