Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Прибор сигнализирующий емкостной что это такое


Прибор сигнализирующий емкостной, что это такое, виды датчиков

Содержание

Ёмкостный датчик

Эту страницу предлагается объединить со страницей Емкостной уровнемер. Пояснение причин и обсуждение — на странице Википедия:К объединению/31 октября 2017.Обсуждение длится не менее недели (). Не удаляйте шаблон до подведения итога обсуждения.

Емкостный сенсорный экран смартфонов

Ёмкостный датчик — преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение ёмкости конденсатора.

Специальная схема преобразует изменение ёмкости в пороговый сигнал датчика (например сухой контакт). В простейших датчиках это обычно мультивибратор, преобразователь «частота (или скважность)-напряжение» и компаратор. Иногда, если изменение ёмкости в ответ на воздействие невелико, приходится ставить схемы на микроконтроллерах, которые занимаются автоподстройкой чувствительности и нуля датчика.

Ёмкостные датчики получили широкое распространение там, где необходимо контролировать появление слабопроводящих жидкостей, например воды. Это датчики уровня жидкости, датчики дождя в автомобилях, датчики в сенсорных кнопках на бытовой технике (в живых тканях много воды) и т. п.

Существуют также ёмкостные датчики уровня жидкости, широко используемые для измерения количества топлива на летательных аппаратах. Обычно датчик представляет собой пару вставленных друг в друга металлических цилиндров (иногда сложной формы, чтобы обеспечить линейность характеристики датчика при сложной форме бака), погруженных в топливо. Принцип действия датчиков основан на том, что ёмкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости изолятора, а ε у воздуха и топлива различается (порядка 1 и 1,8 соответственно). В результате при заполнении бака топливом возрастает реактивное сопротивление датчика. Питаются ёмкостные топливомеры, как правило, от общей сети ЛА напряжением 115 В частотой 400 Гц, которое для питания датчиков понижается.

Основные преимущества ёмкостных датчиков: высокий порог чувствительности и небольшая инерционность. Основные недостатки: сильное влияние внешних электромагнитных полей.

Специфическая разновидность датчиков — сенсорные экраны на ёмкостном принципе.

> См. также

> Примечания

  1. ↑ Емкостные датчики
  2. ↑ Все про датчики (недоступная ссылка)

Модельный ряд емкостных датчиков для жидких продуктов

Емкостные датчики уровня жидких продуктов выпускаются в различных вариантах. Для работы в разных условиях подбирается датчик с необходимой формой и размером чувствительного элемента, конструкцией и размером корпуса. Модели также отличаются по типу установки и могут быть предназначены для встраивания в стенки или крышку резервуара, размещения рядом с емкостью, в подвесном варианте и других.

Модель Тип датчика Длина зонда Температура процесса Давление Выходы Напряжение питания
CleverLevel Дискретный датчик уровня -40…+85°С-40…+140°С

-40…+200°С

до 100 бар PNP, NPN, Цифровой (Push-pull) 12,5…36В DC12…30В DC
RFnivo RF3000 Сигнализатор с зондом в виде стержня или троса до 20м -40…+500°С до 25 бар Реле DPDT 250В 8АDC 30В 5А 21…230В AC/DC
Nivocap CK-100 Сигнализатор с зондом в виде стержня или троса до 10м -30…+235°C до 25 бар Реле SPDT 250В 8А Электронный переключатель

SPST 50В 350мА

20…235В AC/DC
FineTek SA Сигнализатор с зондом в виде стержня или троса до 5м -20…+800°С до 20 бар Реле 250В 5АТТР 240В 5А 110…220В AC 24В DC
NivoCap Уровнемер до 20м -30…+200°C до 40 бар Токовый 4…20мАВыход на вольтметрМодуль SAP-202

Интерфейс HART-протокола

12…36В DC
FineTek EB Уровнемер до 50м -20…+200°C до 40 бар Токовый 4…20мА 12…36В DC

Принцип работы емкостного датчика уровня для жидких продуктов

Емкостный датчик уровня жидкости имеет в составе специальный конденсатор, меняющий свою емкость в зависимости от среды, в которую датчик помещен. При этом конденсатор имеет очень высокую чувствительность, позволяющую работать и с веществами с минимальной диэлектрической проницаемостью, а также с диэлектриками.

Работа с датчиком строится следующим образом. Емкостный датчик размещается в резервуаре или трубе, предназначенной для жидкого материала. В качестве базового значения диэлектрической проницаемости используется проницаемость воздуха. В момент соприкосновения чувствительного элемента датчика с контролируемым веществом емкость конденсатора меняется, что приводит к срабатыванию датчика, и происходит фиксация уровня.

При необходимости емкостный датчик может проводить измерения уровня без контакта с жидкостью в случае работы с емкостями из материалов-диэлектриков. В этом случае фиксация уровня происходит через стенку или крышку резервуара при достижении жидкостью точки размещения чувствительного элемента датчика.

Бесконтактные датчики положения

2.1.1. Индуктивные датчики.

Индуктивный датчик — бесконтактный датчик предназначенный для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы.

Индуктивные датчики широко используются для решения задач АСУ ТП. Выполняются с нормально разомкнутым или нормально замкнутым контактом.

Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.

Принцип действия бесконтактного конечного выключателя (ВК) основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров. При подаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом. Триггер преобразует аналоговый сигнал в логический, устанавливая уровень переключения и величину гистерезиса

Структура

Индуктивные бесконтактные выключатели состоят из следующих основных узлов:

Рис.2.4. Устройства индуктивного выключателя

1.Генератор создает электромагнитное поле взаимодействия с объектом.

2. Триггер обеспечивает гистерезис при переключении и необходимую длительность фронтов сигнала управления.

3. Усилитель увеличивает амплитуду сигнала до необходимого значения.

4. Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки.

5. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

6. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями.

Основные определения.

1. Активная зона

Активная зона бесконтактного индуктивного выключателя — та область перед его чувствительной поверхностью, где более всего сконцентрировано магнитное поле чувствительного элемента датчика. Диаметр этой поверхности приблизительно равен диаметру датчика.

Рис. 2.5. Активной зоны датчика

2.Номинальное расстояние срабатывания

Рис.2.6. Номинальное расстояние переключения

Номинальное расстояние переключения — теоретическая величина, не учитывающая разброс производственных параметров датчика, изменения температуры и напряжения питания.

Номинальное расстояние срабатывания (Sn) — основной параметр датчика, нормируемый для данного типоразмера при номинальном напряжении питания и температуре. Расстояние срабатывание увеличивается с ростом габаритов чувствительного элемента и, соответственно, с ростом габаритов датчика.

Согласно ГОСТ Р 50030.5.2-99 индуктивный датчик должен срабатывать в гарантированном интервале срабатывания, а именно в диапазоне от 0 (то есть от поверхности чувствительной головки датчика) до 81% от заявляемого Sn для стандартизированного стального объекта воздействия.

Интервал срабатывания датчиков объективно зависит от температуры окружающей среды.

Как правило, датчик устанавливается так, чтобы объект воздействия (подвижный элемент конструкции) двигался параллельно чувствительной поверхности устройства.

3.Рабочий зазор

Рабочий зазор — это любое расстояние, обеспечивающее надежную работу бесконтактного выключателя в допустимых пределах температуры и напряжения.

4.Поправочный коэффициент рабочего зазора

Поправочный коэффициент дает возможность определить рабочий зазор, который зависит от металла, из которого изготовлен объект воздействия.

Материал

Коэффициент

Сталь 40

1,00

Чугун

0,93…1,05

Нержавеющая сталь

0,60…1,00

Алюминий

0,30…0,45

Латунь

0,35…0,50

Медь

0,25…0,45

Различаются датчики утапливаемого исполнения (допускающие установку заподлицо в металл) и неутапливаемого. Во втором случае датчики имеют большее расстояние срабатывания.

На рисунке отображена зависимость выходного сигнала от расстояния до диска.

Рис.2.7. Поперечный датчик приближения зависимость выходного сигнала от расстояния.

2.1.2. Емкостные датчики.

Емкocтный дaтчик, измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механические усилия, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости. Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический.

Принцип действия емкостных бесконтактных выключателей

Емкостные датчики имеют чувствительный элемент в виде вынесенных к активной поверхности пластин конденсатора.

Принцип действия емкостных сенсоров основывается либо на изменении геометрии конденсатора (т.е. на изменении расстояния между пластинами), либо на изменении емкости за счет размещения между пластинами различных материалов: электропроводных или диэлектрических. Изменения емкости, как правило, преобразуются в переменный электрический сигнал.

Принцип действия основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

С = e0eS/d

где e0 — диэлектрическая постоянная; e — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S — активная площадь обкладок; d — расстояние между обкладками конденсатора.

Зависимости C(S) и C(d) используют для преобразования механических перемещений в изменение емкости.

Приближение объекта из любого материала к активной поверхности ведет к изменению емкости конденсатора, параметров генератора и в конечном итоге к переключению коммутационного элемента.

Устройство и принципы работы емкостного датчика

Рис. 2.8. Устройство емкостного датчика

Емкocтный бecконтактный датчик функционирует следующим образом:1. Генератор обеспечивает электрическое поле взаимодействия с объектом.2. Демодулятор преобразует изменение амплитуды высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения.3. Триггер обеспечивает необходимую крутизну фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.4. Усилитель увеличивает выходной сигнал до необходимого значения.5. Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает работоспособности, оперативность настройки.6. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.7. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями.Активная поверхность емкостного бесконтактного датчика образована двумя металлическими электродами, которые можно представить как обкладки «развернутого» конденсатора (см. рис.). Электроды включены в цепь обратной связи высокочастотного автогенератора, настроенного таким образом, что при отсутствии объекта вблизи активной поверхности он не генерирует. При приближении к активной поверхности емкостного бесконтактного датчика объект попадает в электрическое поле и изменяет емкость обратной связи. Генератор начинает вырабатывать колебания, амплитуда которых возрастает по мере приближения объекта. Амплитуда оценивается последующей схемой обработки, формирующей выходной сигнал. Емкостные бесконтактные датчики срабатывают как от электропроводящих объектов, так и от диэлектриков. При воздействии объектов из электропроводящих материалов реальное расстояние срабатывания Sr максимально, а при воздействии объектов из диэлектрических материалов расстояние Sr уменьшается в зависимости от диэлектрической проницаемости материала er (см. график зависимости Sr от er и таблицу диэлектрической проницаемости материалов). При работе с объектами из различных материалов, с разной диэлектрической проницаемостью, необходимо пользоваться графиком зависимости Sr от er. Номинальное расстояние срабатывания (Sn) и гарантированный интервал воздействия (Sa), указанные в технических характеристиках выключателей, относятся к заземленному металлическому объекту воздействия (Sr=100%). Соотношение для определения реального расстояния срабатывания (Sr): 0,9 Sn

Рис 2.9.Зависимость реального расстояния срабатывания Sr от диэлектрической проницаемости материала объекта erДиэлектрическая проницаемость некоторых материалов: Материал — erБумага…………………………………..2,3Бумага промасленная…………4,0Вода………………………………………80Воздух……………………………………1,0Древесина…………………………….2-7Керосин…………………………………2,2Мрамор………………………………….8,0Нефть…………………………………….2,2Спирт этиловый……………………25,8Стекло…………………………………..5,0Фторопласт (тефлон)…………..2,0Фарфор………………………………….4,4

Фанера………………………………….4,0

Емкостные датчики могут быть однополярными (в их состав входит только один конденсатор), дифференциальными (в их состав входят два конденсатора) или мостовыми (здесь уже используются четыре конденсатора). В случае дифференциальных или мостовых сенсоров, один или два конденсатора являются либо постоянными, либо переменными, включенными навстречу друг другу.

На практике при измерении перемещения электропроводного объекта, его поверхность часто играет роль пластины конденсатора. На рис.3 отображена принципиальная схема однополярного емкостного датчика, в котором одна из пластин конденсатора соединена с центральным проводником коаксиального кабеля, а другой пластиной является сам объект. Отметим, что собственная пластина датчика окружается заземленным экраном, что позволяет улучшать линейность и уменьшать краевые эффекты. Типовой емкостной датчик работает на частотах 3-МГц диапазона и может детектировать перемещения быстро двигающихся объектов. Частотные характеристики такого датчика со встроенным электронным интерфейсом лежат в диапазоне 40 кГц.

Емкостные датчики приближения

Среди большого разнообразия емкостных конструкций порой бывает непросто выбрать наиболее подходящий для данного конкретного случая вариант емкостного датчика. Во многих публикациях на тему емкостных устройств область применения и отличительные особенности предлагаемых конструкций описываются весьма кратко и радиолюбитель зачастую не может сориентироваться – какую-же схему емкостного устройства следует предпочесть для повторения.

В данной статье приведено описание различных типов емкостных датчиков, даны их сравнительные характеристики и рекомендации по наиболее рациональному практическому использованию каждого конкретно взятого типа емкостных конструкций.

Как известно, емкостные датчики способны реагировать на любые предметы и, при этом, их расстояние срабатывания не зависит от таких свойств поверхности приближающегося объекта, как, например, тёплый он или холодный (в отличие от инфракрасных датчиков), а так-же — твёрдый или мягкий (в отличие от ультразвуковых датчиков движения). Кроме того, емкостные датчики могут обнаруживать объекты сквозь различные непрозрачные «преграды», например – стены строений, массивные заборы, двери и т.п. Использоваться подобные датчики могут как для охранных целей, так и для бытовых, например – для включения освещения при входе в помещение; для автоматического открывания дверей; в сигнализаторах уровня жидкости и т.п.Существуют несколько типов емкостных датчиков.

1. Датчики на конденсаторах.В датчиках этого типа сигнал срабатывания формируется с помощью конденсаторных схем и подобные конструкции можно разделить на несколько групп.

Наиболее простые из них — схемы на емкостных делителях.

В подобных устройствах, например , антенна-датчик подключается к выходу рабочего генератора через разделительный конденсатор малой ёмкости, при этом, в точке соединения антенны и вышеуказанного конденсатора, образуется рабочий потенциал, уровень которого зависит от ёмкости антенны, при этом, антенна-датчик и разделительный конденсатор образуют емкостной делитель и при приближении какого-либо объекта к антенне, потенциал в точке её соединения с разделительным конденсатором – понижается, что является сигналом к срабатыванию устройства.

Существуют так-же схемы на RC-генераторах. В данных конструкциях, например , для формирования сигнала срабатывания используется RC-генератор, частотозадающим элементом которого является антенна-датчик, ёмкость которой изменяется (возрастает) при приближении к ней какого-либо объекта. Задаваемый ёмкостью антенны-датчика сигнал, сравнивается затем с образцовым сигналом, поступающим с выхода второго (эталонного) генератора.

Датчики на развёрнутых конденсаторах. В подобных устройствах, например , в качестве антенны-датчика используются две плоские металлические пластины, размещённые в одной плоскости. Данные пластины являются обкладками развёрнутого конденсатора и при приближении каких-либо объектов, изменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками и, соответственно, увеличивается ёмкость вышеуказанного конденсатора, что является сигналом к срабатыванию датчика.Известны так-же устройства, например , в которых используется способ сравнения ёмкости антенны с ёмкостью образцового (эталонного) конденсатора ().

При этом, характерной особенностью емкостных датчиков на конденсаторах является их невысокая помехоустойчивость – на входах подобных устройств не содержится элементов, способных эффективно подавлять посторонние воздействия. Принимаемые антенной различные наводки и радиопомехи образуют на входе устройства большое количество шумов и помех, делая подобные конструкции нечувствительными к слабым сигналам. По этой причине, дальность обнаружения объектов у датчиков на конденсаторах невелика, например, приближение человека они обнаруживают с расстояния не превышающего 10 — 15 см.Вместе с тем, подобные устройства могут быть весьма простыми по своей конструкции, ( например ) и в них нет необходимости использовать намоточные детали — катушки, контура и т.п., благодаря чему, данные конструкции довольно удобны и технологичны в изготовлении.

Область применения емкостных датчиков на конденсаторах.Данные устройства могут применяться там, где высокая чувствительность и помехоустойчивость не требуются, например в сигнализаторах прикосновения к металлич. предметам, датчиках уровня жидкости и т.п., а так-же, — для начинающих радиолюбителей, знакомящихся с емкостной техникой.

2. Емкостные датчики на частотозадающем LC-контуре.Устройства данного типа менее подвержены воздействиям радиопомех и наводок по сравнению с датчиками на конденсаторах.

Антенна-датчик (обычно металлическая пластина) присоединяется (либо напрямую, либо через конденсатор ёмкостью в несколько десятков пФ) к частотозадающему LC-контуру ВЧ-генератора. При приближении какого-либо объекта — изменяется (увеличивается) ёмкость антенны и, соответственно, — ёмкость LС-контура. В результате — изменяется (понижается) частота генератора и происходит срабатывание.

Особенности емкостных датчиков данного типа.1) LС-контур с присоединённой к нему антенной-датчиком является частью генератора, вследствие чего, воздействующие на антенну наводки и радиопомехи оказывают влияние и на его работу: через элементы положительной обратной связи помеховые сигналы (особенно импульсные) просачиваются на вход активного элемента генератора и усиливаются в нём, образуя на выходе устройства посторонние шумы, понижающие чувствительность конструкции к слабым сигналам и создающие опасность ложных срабатываний.2) LС-контур, работающий в качестве частотозадающего элемента генератора, сильно нагружен и имеет пониженную добротность, в результате чего, снижаются избирательные свойства контура и ухудшается его способность изменять свою настройку при изменении ёмкости антенны, что дополнительно понижает чувствительность конструкции.

Вышеуказанные особенности датчиков на частотозадающем LС-контуре ограничивают их помехоустойчивость и дальность обнаружения объектов, к примеру, расстояние обнаружения человека датчиками этого типа составляет обычно 20 — 30 см.

Имеется несколько разновидностей и модификаций емкостных датчиков с частотозадающим LС-контуром.

1) Датчики с кварцевым резонатором.В подобных устройствах, например , с целью повышения чувствительности и стабильности частоты генератора, введены: кварцевый резонатор и дифференциальный ВЧ-трансформатор, первичная обмотка которого является элементом частотозадающего контура генератора, а две его вторичных (идентичных) обмотки являются элементами измерительного моста, к которому подключается антенна-датчик, последовательно соединённая с кварцевым резонатором, и при приближении к антенне какого-либо объекта формируется сигнал срабатывания.

Чувствительность у подобных конструкций выше по сравнению с обычными датчиками на частотозадающем LС-контуре, однако для них требуется изготовление дифференциального ВЧ-трансформатора (в вышеуказанной конструкции его обмотки размещаются на кольце типоразмера К10 × 6 × 2 из феррита М3000НМ, при этом, для повышения добротности, в кольце прорезается зазор шириной 0,9…1,1 мм.

2) Датчики с отсасывающим LС-контуром.Данные конструкции, например , — представляют собой емкостные устройства, в которые с целью повышения чувствительности введён дополнительный (получивший название отсасывающего) LС-контур, индуктивно связанный с частотозадающим контуром генератора и настроенный в резонанс с этим контуром.Антенна-датчик, при этом, подключается не к частотозадающему контуру, а к вышеуказанному отсасывающему LС-контуру, включающему в себя конденсатор малой ёмкости и соленоид, индуктивность которого, соответственно, — увеличена. Т.к.е. контурного конденсатора, при этом, должен быть небольшим – на уровне М33 – М75.

Благодаря малой ёмкости данного контура, ёмкость антенны-датчика становится с ней сравнима, благодаря чему, изменения ёмкости антенны оказывают значительное воздействие на настройку вышеуказанного отсасывающего LС-контура, при этом, от настройки данного контура в значительной мере зависит амплитуда колебаний на частотозадающем контуре генератора и, соответственно, — уровень ВЧ-сигнала на его выходе.

Можно отметить и то, что в подобных конструкциях связь между антенной и частотозадающим контуром генератора не прямая, а индуктивная, благодаря чему, погодно-климатические воздействия на антенну не могут оказывать прямого влияния на работу активного элемента генератора (транзистора или ОУ), что является положительным свойством подобных конструкций.Как и в случае с датчиками на кварцевом резонаторе, повышение чувствительности у емкостных устройств с отсасывающим LС-контуром достигнуто за счёт некоторого усложнения конструкции – в данном случае требуется изготовление дополнительного LС-контура, включающего в себя катушку индуктивности с количеством витков — вдвое большим (в — 100 витков) по сравнению с катушкой частотозадающего LС-контура.

3) В некоторых емкостных датчиках для повышения дальности обнаружения используется такой способ, как увеличение размеров антенны-датчика. При этом, у таких конструкций возрастает и восприимчивость к электромагнитным наводкам и радиопомехам; по этой причине, а так-же в силу громоздкости подобных устройств (например, в в качестве антенны используется металлическая сетка размером 0,5 × 0,5 М.) данные конструкции целесообразно использовать за?городом, — в местах со слабым электромагнитным фоном и, желательно — за пределами жилых помещений – что-бы не возникали наводки от сетевых проводов.Устройства с большими размерами датчиков лучше всего использовать в сельской местности для охраны садовых участков и полевых объектов.Область применения датчиков с частотозадающим LС-контуром.Подобные устройства могут использоваться для различных бытовых целей (включение освещения и т.п.), а так-же для обнаружения каких-либо объектов в местах со спокойной электромагнитной обстановкой, например — в подвальных помещениях (находящихся ниже уровня земли), а так-же за?городом (в сельской местности — при отсутствии радиопомех — датчики этого типа могут обнаруживать, к примеру, приближение человека на расстоянии до нескольких десятков см).

В городских-же условиях данные конструкции целесообразно использовать либо как датчики прикосновения к металлическим предметам, либо в составе тех устройств сигнализации, которые в случае ложных срабатываний не причиняют больших неудобств окружающим, например, — в устройствах, включающих отпугивающий световой поток и негромкий звуковой сигнал.

3. Дифференциальные емкостные датчики (устройства на дифференциальных трансформаторах).Подобные датчики, например , отличаются от вышеописанных конструкций тем, что имеют не одну, а две антенны-датчика, что позволяет обеспечить подавление (взаимокомпенсацию) погодно-климатических воздействий (температура, влажность, снег, иней, дождь и т.п.).

При этом, для обнаружения приближения объектов к какой-либо из антенн емкостного устройства, используется симметричный измерительный LC-мост, реагирующий на изменение ёмкости между общим проводом и антенной.

Работают данные устройства следующим образом.Чувствительные элементы датчика – антенны подключаются к измерительным входам LC-моста, а ВЧ-напряжение, необходимое для питания моста, формируется в дифференциальном трансформаторе, на первичную обмотку которого, подаётся питающий ВЧ-сигнал с выхода ВЧ-генератора ( в — в целях упрощения, — катушка частотозадающего контура генератора одновременно является первичной обмоткой дифференциального трансформатора).Трансформатор дифференциальных конструкций содержит две идентичных вторичных обмотки, на противоположных концах которых, образуется противофазное переменное ВЧ-напряжение, для питания LС-моста.При этом, на выходе моста, ВЧ-напряжение отсутствует т.к ВЧ-сигналы на его выходе будут одинаковы по амплитуде и противоположны по знаку, в силу чего, будет происходить их взаимокомпенсация и подавление (в измерительном LС-мосте рабочие токи идут навстречу друг другу и взаимокомпенсируются на выходе).

В своём исходном состоянии на выходе измерительного LС-моста сигнал отсутствует, в случае-же приближения объекта к какой-либо из антенн, увеличивается ёмкость того или иного плеча измерительного моста, вызывая нарушение его балансировки, в результате чего, взаимокомпенсация ВЧ-сигналов генератора становится неполной и на выходе LС-моста появляется сигнал к срабатыванию устройства.

При этом, если ёмкость возрастает (или понижается) сразу у обоих антенн, то срабатывания не происходит т.к. в этом случае балансировка LС-моста не нарушается и ВЧ-сигналы, протекающие в цепи LС-моста, по-прежнему сохраняют одинаковую амплитуду и противоположные знаки.

Благодаря вышеуказанному свойству, устройства на дифференциальных трансформаторах, также, как и описанные выше, дифференциальные конденсаторные датчики, устойчивы к погодно-климатическим колебаниям т.к. те воздействуют на обе антенны одинаково и затем взаимокомпенсируются и подавляются. Наводки и радиопомехи, при этом, не подавляются, устраняются лишь погодно-климатические воздействия, поэтому у дифференциальных датчиков, как и у датчиков на частотозадающем LС-контуре, периодически случаются ложные срабатывания. Располагаться-же антенны должны так, что-бы при приближении объекта, воздействие на одну из них было-бы больше, чем на другую.

Особенности дифференциальных датчиков.Дальность обнаружения у этих устройств несколько выше по сравнению с датчиками на частотозадающем LС-контуре, но при этом дифференциальные датчики сложнее по конструкции и имеют повышенный потребляемый ток из-за потерь в трансформаторе, имеющего ограниченный к.п.д. Кроме того, подобные устройства имеют зону пониженной чувствительности между антеннами.

Область применения.Датчики на дифференциальном трансформаторе предназначены для использования в уличных условиях. Данные устройства могут применяться там-же, где и датчики на частотозадающем LС-контуре, с той лишь разницей, что для установки дифференциального датчика необходимо место для второй антенны.

4. Резонансные емкостные датчики (патент РФ № 2419159; ).Высокочувствительные емкостные устройства — сигнал срабатывания в данных конструкциях формируется во входном LС-контуре, находящемся в частично расстроенном состоянии по отношению к сигналу с рабочего ВЧ-генератора, с которым контур соединён через конденсатор малой ёмкости (необходимый элемент сопротивления в цепи).

Принцип действия подобных конструкций имеет две составляющие: первая — это настроенный соответствующим образом LС-контур, и вторая — это элемент сопротивления, через который LС-контур подключается к выходу генератора.

Благодаря тому, что LС-контур находится в состоянии частичного резонанса (на скате характеристики), его сопротивление в цепи ВЧ-сигнала сильно зависит от ёмкости — как своей, так и ёмкости присоединённой к нему антенны-датчика. В результате — при приближении какого-либо объекта к антенне, ВЧ-напряжение на LС-контуре значительно меняет свою амплитуду, что является сигналом к срабатыванию устройства.

LC-контур при этом, не теряет своих избирательных свойств и эффективно подавляет (шунтирует на корпус) приходящие с антенны-датчика посторонние воздействия — наводки и радиопомехи, обеспечивая высокий уровень помехоустойчивости конструкции.

В резонансных емкостных датчиках рабочий сигнал с выхода ВЧ-генератора должен подаваться на LС-контур через некоторое сопротивление, величина которого должна быть сравнима с сопротивлением LС-контура на рабочей частоте, в противном случае, при приближении объектов к антенне-датчику, рабочее напряжение на LС-контуре будет очень слабо реагировать на изменения сопротивления LС-контура в цепи (ВЧ-напряжение контура будет просто повторять выходное напряжение генератора).

Может показаться, что LС-контур, находящийся в состоянии частичного резонанса, будет работать нестабильно и чрезмерно зависеть от температурных изменений. В действительности-же, — при условии использования контурного конденсатора с малым значением т.к.е. (М33 – М75) — контур достаточно стабилен, в том числе — и при работе емкостного устройства в уличных условиях. Например, при изменении температуры от +25 до -12 град. ВЧ-напряжение на LС-контуре изменяется не более чем на 6 %.

Кроме того, в резонансных емкостных конструкциях антенна соединена с LС-контуром через конденсатор малой ёмкости (использовать сильную связь в подобных устройствах нет необходимости), благодаря чему, погодные воздействия на антенну-датчик не нарушают работу LС-контура и его рабочее ВЧ-напряжение остаётся практически неизменным даже во время дождя.По своей дальности действия резонансные емкостные датчики — значительно (иногда в разы) превосходят устройства на частотозадающих LС-контурах и на дифференциальных трансформаторах, обнаруживая приближение человека на расстоянии, значительно превышающем 1 метр.

При всём этом, высокочувствительные конструкции с использованием резонансного принципа действия появились лишь недавно — первой публикацией на данную тему является статья «Емкостное реле» (журн. «Радио» 2010 / 5, стр. 38, 39); кроме того, дополнительная информация о резонансных емкостных устройствах и их модификациях имеется так-же на интернет-странице автора вышеуказанной статьи: http://sv6502.narod.ru/index.html .

Особенности резонансных емкостных датчиков.1) При изготовлении резонансного датчика, предназначенного для работы в уличных условиях, требуется обязательная проверка входного узла на термостабильность, для чего производится измерение потенциала на выходе детектора при различных температурах (для этого можно использовать морозилку холодильника), детектор при этом, должен быть термостабильным (на полевом транзисторе).

2) В резонансных емкостных датчиках связь между антенной и ВЧ-генератором слабая и поэтому излучение радиопомех в эфир у подобных конструкций очень незначительное, — в несколько раз меньшее по сравнению с другими типами емкостных устройств.

Область применения.Резонансные емкостные датчики можно эффективно использовать не только в сельских и полевых, но и в городских условиях, воздерживаясь при этом, от размещения датчиков вблизи мощных источников радиосигналов (радиостанции, телецентры и т.п.), иначе и у резонансных емкостных устройств будут наблюдаться ложные срабатывания.

Устанавливать резонансные датчики можно в том числе и в непосредственной близости от других электронных устройств, — благодаря малому уровню излучения радиосигнала и высокой помехоустойчивости, резонансные емкостные конструкции имеют повышенную электромагнитную совместимость с другими устройствами.

Ссылки

Нечаев И. «Емкостное реле», журн. «Радио» 1988 /1, стр.33. Ершов М. «Емкостной датчик», журн. «Радио» 2004 / 3, стр. 41, 42. Москвин А. «Бесконтактные емкостные датчики», журн. «Радио» 2002 / 10,стр. 38, 39. Галков А., Хомутов О., Якунин А. «Емкостная адаптивная охранная система» патент РФ № 2297671 (С2), с приоритетом от 23. 06. 2005 г. – Бюллетень «Изобретения. Полезные модели», 2007, № 11. Савченко В, Грибова Л. «Бесконтактный емкостный датчик с кварцевымрезонатором», журн. «Радио» 2010 / 11, стр. 27, 28. «Емкостное реле» — журн. «Радио» 1967 / 9, стр. 61 (раздел зарубежныхконструкций). Рубцов В. «Устройство охранной сигнализации», журн. «Радиолюбитель» 1992 / 8, стр. 26. Глузман И. «Реле присутствия», журн. «Моделист-конструктор» 1981 / 1,

стр. 41, 42).

Соломеин Владислав Петрович, г. Екатеринбург, 620016, А/Я № 97. E-mail: [email protected]

Емкостные датчики. Виды и устройство. Работа и применение

Емкостные датчики – преобразователи параметров. Их работа заключается в изменении емкостного сопротивления путем изменения измеряемого параметра. Емкостный датчик преобразовывает такие величины, как влажность, давление, сила механического воздействия, уровень жидкости в изменение электрической емкости.

Классификация
По исполнению датчики делятся на:

Одноемкостнй датчик имеет простое устройство и выполнена в виде конденсатора с изменяемой емкостью. Его недостатком является большое влияние внешних воздействий. К ним относятся температура и влажность. Чтобы компенсировать такие неточности, применяют дифференциальные двухъемкостные модели.

В отличие от одноемкостных датчиков, минусом дифференциальных моделей является то, что требуется минимум три соединительных экранированных проводника между измерительным устройством и датчиком, для погашения паразитных емкостей. Однако это компенсируется стабильностью, значительным увеличением точности и расширением сферы использования таких датчиков.

Иногда трудно спроектировать дифференциальный датчик емкостного типа из соображений его устройства. Особенно, если это датчик с изменяемым зазором. Но при расположении образцового конденсатора вместе с рабочим, и выполнении их конструкции одинаковыми, включая все материалы, то будет создана намного меньшая чувствительность устройства к наружному воздействию различных факторов. В этих случаях идет речь о полудифференциальной модели, относящейся к 2-х емкостным приборам.

Специфическая особенность параметра выхода двухъемкостных датчиков, представленная в виде безразмерного соотношения 2-х емкостей, позволяет назвать такие устройства датчиками отношения.

Линейные датчики

Неэлектрические параметры, которые требуется измерять на практике, очень разнообразны и многочисленны. На базе конденсатора, у которого равномерно распределено электрическое поле в рабочем промежутке, создаются устройства емкостных датчиков перемещения следующих видов:

Датчики с переменной площадью удобнее для контроля значительных перемещений, а датчики с изменяемым промежутком удобнее для контроля незначительных перемещений.

Датчики угловых перемещений имеют принцип работы, аналогичный линейным датчикам. При этом эти датчики также рекомендуются для малых интервалов перемещений угла. Для таких целей часто используют в эксплуатации многосекционные модели с изменяемой площадью пластин.

Подобные датчики имеют крепление одного электрода на валу контролируемого объекта. При угловом смещении вала изменяется площадь пластин конденсатора, что приводит к изменению емкости. Это изменение обрабатывается электронной схемой.

Инклинометры

Другими словами такое устройство называют датчиком крена. Они получили название инклинометров, выполнены в виде дифференциального емкостного датчика наклона. Эта конструкция имеет чувствительный компонент в виде капсулы.

Чувствительная капсула включает в себя подложку с планарными электродами (1), которые покрыты диэлектрическим слоем, а также корпус (2), герметично зафиксированный на подложке. Частично внутренняя часть корпуса заполнена токопроводящей жидкостью (3). Она является общим выводом чувствительного компонента.

Общий электрод создает с электродами своеобразный дифференциальный конденсатор. Сигнал выхода датчика прямо зависит от размера емкости, которая зависит от расположения корпуса.

Инклинометр сконструирован с линейной зависимостью сигнала выхода от угла наклона в рабочей плоскости и не меняет значения в нерабочей плоскости. В этом случае сигнал имеет незначительную зависимость от изменения температуры. Чтобы определить расположение плоскости применяется два инклинометра, находящихся между собой под прямым углом.

Инклинометры небольшого размера с сигналом, зависящим от угла наклона датчика, нашли применение совсем недавно. Они имеют высокую точность, малые габариты, у них нет движущихся деталей. Стоимость их также невысока. Все эти достоинства позволяют рекомендовать их для применения датчиками наклона, а также для замены угловых датчиков, в том числе и на движущихся объектах.

Датчики уровня токонепроводящих веществ, находящихся в жидком состоянии, представляют собой схему из двух соединенных параллельно емкостей. Они стали популярными в различных отраслях, системах проверки, при работе с сыпучими и вязкими материалами, в условиях конденсата.

Датчики давления

Конструкция таких датчиков отличается устройством преобразователя. Он выполнен в виде воздушного конденсатора. Одна его пластина является неподвижной, а вторая передвигается под воздействием упругого преобразователя.

Устройство и работа

1 — Корпус датчика обеспечивает возможность установки выключателя, защиту от внешних воздействий различных факторов. Материалом корпуса обычно является полиамид или латунь. В комплект входят крепежные изделия. 2 — Компаунд, состоящей из специальной смолы, создает защиту элементов датчика от попадания влаги и других посторонних веществ.

3 — Триггер создает необходимую крутизну сигнала коммутации и величину гистерезиса.

4 — Подстроечный элемент. 5 — Светодиод обеспечивает оперативность настройки, показывает положение выключателя. 6 — Усилитель повышает сигнал выхода до требуемой величины. 7 — Демодулятор модифицирует изменение колебаний высокой частоты в изменение напряжения. 8 — Генератор создает электрическое поле для воздействия на объект.

9 — Электроды.

Рабочая поверхность датчика выполнена в виде двух металлических электродов. Они играют роль обкладок конденсатора, которые подключены в цепь обратной связи автогенератора высокой частоты. Генератор настроен на приближение объекта к активной поверхности.

При приближении контрольного объекта он меняет емкость, вследствие чего генератор вступает в работу и образует колебания с увеличивающейся амплитудой по приближению к объекту. Повышение амплитуды обрабатывается электронной схемой, которая создает сигнал выхода.

Емкостные датчики приводятся в действие от электропроводных объектов и диэлектриков. При приближении токопроводящих объектов расстояние срабатывания Sr значительно больше, чем при воздействии диэлектриков. Расстояние срабатывания снижается, и зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика Er.

Особенности конструкции

Чаще всего емкостные датчики выполняются в виде цилиндрического или плоского конденсатора. Подвергаемое контролю перемещение испытывает одна обкладка. При этом она создает изменение емкости, которая выражается:

где ε является диэлектрической проницаемостью материала, d – зазор, S – площадь пластин.

Емкостные датчики способны работать при замере разных параметров по трем направлениям, зависящим от связи контролируемой величины с параметрами:

В случае с диэлектрической проницаемостью входным параметром будет состав, который заполняет объем между обкладками. Такие емкостные датчики стали популярными при контроле размеров малых объектов, влажности тел.

ДостоинстваЕмкостные датчики имеют множество преимуществ в отличие от других видов. К ним можно отнести:

Емкостные датчики славятся своей простой конструкцией, что дает возможность создания надежных и прочных устройств. Свойства конденсатора зависят всего лишь от геометрических параметров, и не имеют зависимости от свойств применяемых материалов, при условии их правильного подбора. Поэтому при проектировании пренебрегают влиянием температуры на площадь поверхности и размера между пластинами, при правильном выборе изоляции и металла.

Недостатки

При использовании емкостных датчиков необходимо обеспечивать защиту от ложных сработок. Они возникают из-за случайного касания работника, атмосферными осадками, различными жидкостями.

Применение

Емкостные датчики используются в разных сферах производства и деятельности человека. Они применяются в управлении технологическими процессами и системах регулировки во всех промышленных производствах. Сегодня наиболее популярными датчиками стали датчики присутствия, которые являются надежными конструкциями. Они имеют невысокую цену, и широкий спектр направлений по использованию.

Основными областями применения датчиков стали:Похожие темы:

"РОМБ-5"

Прибор предназначен для охраны различных путей проникновения на территорию объекта (оконных и дверных проемов), отдельных предметов (шкафов, сейфов и т.д.), различных поверхностей (стены, полы, потолки и т.д. площадью до 50 м2), в отапливаемых и неотапливаемых помещениях.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ РїСЂРё достижении заданного значения измеряемой величины дают световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнал.  [1]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ РїСЂРё достижении измеряемой величиной заданных значений подают световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнал.  [2]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ имеют специальные приспособления для включения Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ или световой сигнализации, РєРѕРіРґР° измеряемая величина достигает определенного заданного значения.  [3]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ предназначаются для передачи светового или Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ сигнала дежурному РїРѕ котельной. Для наблюдения Рё контроля Р·Р° правильным ведением технологического процесса РІ котельной устанавливается оперативный тепловой щит, РЅР° котором монтируются РІСЃРµ необходимые РїСЂРёР±РѕСЂС‹ теплового контроля.  [5]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ ( сигнализаторы) делятся РЅР° РґРІРµ РіСЂСѓРїРїС‹. РћРґРЅРё сигнализаторы передают водителю информацию Рѕ критическом ( предельном) значении измеряемого параметра. Часто такие сигнализаторы дублируют работу указывающих РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ. Другие сигнализаторы, передают водителю информацию Рѕ функциональном состоянии ( включен, или выключен, открыто или закрыто) механизмов автомобиля. Сигнализаторы передают информацию РѕР± объекте наблюдения световым или звуковым сигналом.  [6]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ предназначены для подачи светового или Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ сигнала дежурному персоналу либо для включения или выключения агрегата РІ цепях автоматической блокировки РїСЂРё достижении определенных заданных значений измеряемого параметра.  [7]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ имеют специальные приспособления для включения световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнализации РїСЂРё достижении измеряемой величиной заранее заданного значения.  [8]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ предназначаются для подачи светового или Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ сигнала дежурному персоналу РїСЂРё достижении измеряемой величиной заданных предельных значений.  [9]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ имеют специальные приспособления для включения световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнализации РїСЂРё достижении измеряемой величиной заранее заданного значения.  [10]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ служат для подачи светового или Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ сигнала персоналу электростанции РїСЂРё достижении заданных значений измеряемой величины.  [11]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ РїСЂРё достижении измеряемой величиной заданных значений подают световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнал.  [12]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ предназначены для подачи светового или Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ сигнала дежурному персоналу либо для включения или выключения агрегата РІ цепях автоматической блокировки РїСЂРё достижении определенных заданных значений измеряемого параметра.  [13]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ РїСЂРё достижении измеряемой величиной заданных значений подают световой или Р·РІСѓРєРѕРІРѕР№ сигнал.  [14]

Сигнализирующие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ ( сигнализаторы) реагируют только РЅР° РѕРґРЅРѕ, как правило, аварийное значение измеряемого параметра, информируют РѕР± этом световым или звуковым сигналом.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Емкостные сигнализаторы уровня сыпучих материалов

Емкостные сигнализаторы уровня сыпучих продуктов предназначены для сигнализации предельного уровня, измеряемого с помощью емкостного датчика сигнализатора.

Модельный ряд емкостных сигнализаторов для сыпучих материалов

Для работы в различных промышленных условиях предусмотрен большой выбор различных вариантов исполнения емкостных сигнализаторов для сыпучих продуктов. Все модели отличаются техническими характеристиками и особенностями подключения.

Область применения сигнализаторов уровня емкостного типа для сыпучих продуктов

Технические особенности емкостных сигнализаторов позволяют использовать их для контроля сухих сыпучих продуктов в разных отраслях:

Назначение емкостных сигнализаторов уровня для сыпучих продуктов

Емкостные сигнализаторы для измерения уровня сыпучих продуктов используются для решения различных задач:

Преимущества выбора емкостных сигнализаторов уровня для сухих сыпучих материалов

Использование в промышленности для работы с сыпучими продуктами сигнализаторов уровня емкостного типа обеспечивает ряд преимуществ перед другими способами измерения:

Возможные ограничения емкостных сигнализаторов уровня сыпучих продуктов

Главным недостатком работы с емкостными сигнализаторами уровня для сыпучих материалов является необходимость индивидуальной настройки прибора в зависимости от вида продукта, его температуры и других свойств, размеров резервуара, давления в резервуаре и других параметров. Это связано с особенностями функционирования емкостных сигнализаторов. Соответственно при использовании одного сигнализатора для нескольких емкостей или разных продуктов необходимо перенастраивать прибор.

Отдельные виды емкостных сигнализаторов не подходят для измерения уровня с сыпучими продуктами, имеющими достаточно большой размер зерна. В этом случае необходимо использовать другие виды уровнемеров и устройств для контроля уровня.

Принцип работы емкостного сигнализатора уровня сыпучих продуктов

Емкостный сигнализатор уровня сыпучих сухих веществ фиксирует изменения уровня на базе измерения текущей емкости конденсатора, образованного электродом зонда сигнализатора и стенками резервуара для продукта. В стандартном состоянии сигнализатор настроен на диэлектрическую проницаемость воздуха.

При заполнении резервуара сыпучим веществом емкостный сигнализатор уровня фиксирует изменение диэлектрической проницаемости, влияющей на емкость конденсатора. По уровню заполнения резервуара емкость конденсатора изменяется сильнее. Соответственно любые изменения емкости фиксируются датчиком сигнализатора, сообщая уровень продукта в емкости. Результат измерения передается на подключенное устройство или выводится на встроенный индикатор.

Емкостные сигнализаторы уровня

Емкостные сигнализаторы уровня предназначены для измерения уровня в резервуаре или трубе емкостными датчиками и сигнализации полученного результата.

Сигнализатор представляет собой конструкцию из вторичного преобразователя с зондом в виде стержня или троса. Зонд включает в себя один или несколько изолированных электродов, необходимых для измерения диэлектрической проницаемости среды в резервуаре. Если в зонд входит один электрод, в качестве второй составляющей датчика емкостного сигнализатора используются непосредственно стенки резервуара.

При изменении уровня изменяется диэлектрическая проницаемость пространства между электродами, что влияет на текущую емкость датчика. Результат преобразуется в значение уровня продукта и выводится в виде выходного сигнала устройства.

Область применения емкостных сигнализаторов уровня

Технические параметры и особенности разработки позволяют применять емкостные сигнализаторы для контроля уровня практически во всех современных отраслях промышленности:

Емкостные сигнализаторы помимо измерения и сигнализации уровня необходимы для решения различных промышленных задач:

Виды сигнализаторов уровня емкостного типа

Емкостные сигнализаторы уровня имеют два основных вида по типу назначения для работы с конкретным видом продукта.

  1. Емкостный сигнализатор уровня жидкости предназначен для контроля уровня различных жидких продуктов. Сигнализатор способен работать с жидкостями, имеющими разные физические свойства: температуру, плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость и т.д. При этом емкостный сигнализатор благодаря особенностям работы подойдет также и для опасных и агрессивных видов жидкостей.
  2. Емкостный сигнализатор уровня сыпучих продуктов отличается возможностью работы с гранулированными, порошкообразными и другими видами сыпучих продуктов. Сигнализаторы одинаково хорошо подходят для сыпучих продуктов с различным размером зерна.

Многие емкостные сигнализатор уровня применяются для работы с жидкими и сыпучими продуктами одновременно.

Модификации емкостных сигнализаторов отличаются техническими параметрами, подходящими для разных применений. Современные модели предполагают также возможность специализированной разработки, например, для высоких температур, взрывобезопасных вариантов и т.д.


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.