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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE capteur capacitif. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Indicateurs, détecteurs La version proposée du capteur de proximité capacitif est économique, fonctionne dans une large gamme de valeurs de tension d'alimentation et présente une grande stabilité du seuil de réponse lorsque la température change. Au cours des 20 dernières années, de nombreuses descriptions de conceptions de capteurs de proximité ont été publiées dans des livres et des magazines pour radioamateurs, différant par le principe de fonctionnement, la sensibilité, la complexité et la base d'éléments utilisée. Cependant, nombre d'entre eux ne conviennent à un fonctionnement que dans des conditions proches de celles du laboratoire, à température ambiante et tension d'alimentation pratiquement constantes. Par exemple, le capteur décrit dans [1] est réalisé sur un microcircuit numérique et est très économique, mais son seuil de réponse dépend fortement de la tension d'alimentation. La stabilité de son fonctionnement à forte humidité due à la résistance élevée de la résistance R2 est nettement insuffisante et dépend fortement de la longueur des fils reliant l'ensemble électronique à l'élément sensible. Les capteurs proposés dans [2] consomment du courant jusqu'à plusieurs milliampères, ce qui limite la possibilité de leur utilisation dans des systèmes auto-alimentés. En raison de la dépendance des caractéristiques de seuil de l'amplificateur opérationnel à la température et à la tension d'alimentation, il est possible qu'un tel capteur soit constamment à l'état déclenché ou cesse complètement de fonctionner. Le capteur proposé est légèrement plus compliqué que ceux mentionnés ci-dessus, mais en diffère par l'absence d'éléments d'enroulement, une bonne répétabilité et fonctionne à une tension d'alimentation de 3 ... 15 V, consommant environ 40 μA (à une tension de 5 V). Il se caractérise par l'indépendance du seuil de réponse par rapport à la température ambiante et à la tension d'alimentation, une faible sensibilité aux interférences électromagnétiques et aux interférences. Il est possible de calculer avec précision le seuil de réponse en fonction des cotes des éléments utilisés, ou de calculer ces cotes pour obtenir le seuil de réponse requis. Le circuit du capteur est illustré à la fig. 1. Sur le déclencheur DD1.1, un générateur d'impulsions est créé. Leur durée (environ 0,2 ms) est fixée par le circuit R1C1, et la période de répétition (environ 1,5 ms) par le circuit R2C2. Le détecteur de sous-tension DA1 pendant un certain temps après la mise sous tension de l'appareil maintient la tension à l'entrée S du déclencheur DD1.1 à un niveau logique bas, excluant ainsi l'état de niveau haut interdit aux deux entrées de réglage (R et S) du déclencheur. Sinon, dans le cas d'une augmentation de la tension d'alimentation à un rythme inférieur à 2 ... 3 V / ms, le générateur ne s'auto-excitera pas.
Les impulsions du générateur déclenchent simultanément deux vibrateurs simples. Le premier (sur le déclencheur DD2.1) génère des impulsions d'une durée exemplaire, en fonction des calibres des éléments R4, R5, C4. La durée d'impulsion du deuxième vibreur unique (sur la gâchette DD2.2) dépend de la valeur de la résistance R3 et de la capacité du condensateur formé par les plaques métalliques E1 et E2. Le condensateur d'isolement C5 empêche tout contact accidentel avec la tension continue de l'entrée de déclenchement DD2.2. Le fonctionnement du capteur est basé sur une comparaison de la durée des impulsions générées par deux vibrateurs simples. Si l'impulsion du deuxième vibreur simple (de mesure) est plus courte que l'impulsion du premier (exemple), au moment d'une chute de tension positive à la sortie inverse du déclencheur DD2.1 (au point 1, voir Fig. 1 ), le niveau de tension à la sortie du déclencheur DD2.2 (au point 2) sera faible. Le déclencheur de comparaison DD1.2, déclenché par un différentiel positif à l'entrée C, passera à l'état logique bas en sortie. Sinon (l'impulsion de mesure est plus longue que celle de référence), le niveau au point 2 et à la sortie du trigger DD1.2 sera haut. Lorsque la capacité entre les plaques E1 et E2 augmente à l'approche d'un corps étranger, le niveau bas à la broche 2 du connecteur X1 est remplacé par un niveau haut. La valeur seuil de la capacité, au-dessus de laquelle cela se produit, est déterminée par la formule
où R4BB est la résistance d'entrée de la résistance d'accord R4 ; Svh ≈ 6 pF - capacité d'entrée R du déclencheur. Avec la valeur de la résistance R5 indiquée sur le schéma, à l'aide de R4, vous pouvez modifier le seuil de capacité de 6 à 32 pF. Les éléments actifs des multivibrateurs étant situés à l'intérieur du même microcircuit DD2, lorsque la température ou la tension d'alimentation change, leurs caractéristiques et la durée des impulsions générées changent de la même manière. Cela garantit la stabilité du seuil de réponse du capteur sur une large plage de variations de température et de tension d'alimentation. Dans le capteur, vous pouvez utiliser des résistances fixes S2-Z3n, MLT, S2-23 ou similaire avec une puissance de 0,125 ou 0,25 W avec une tolérance d'au moins ± 5 %. En tant que R4, il est souhaitable d'utiliser une résistance d'ajustement avec un petit TKS (par exemple, SPZ-19a, SPZ-196). Pour cette raison, l'utilisation généralisée des résistances SDR-38a n'est pas recommandée. Condensateurs C1 - C4 - toute céramique de petite taille (KM-5, KM-6, K10-17 ou similaires importées). Le condensateur de séparation C5 doit être à haute tension (par exemple, K15-5), évalué pour une tension d'au moins 500 V. Sa capacité peut être comprise entre 1000 et 4700 pF. Diode VD1 - n'importe laquelle des séries KD103, KD503, KD521, KD522. Les puces K561TM2 peuvent être remplacées par 564TM2 ou leurs homologues importés. Le détecteur de sous-tension (DA1) doit être sélectionné avec une tension de seuil évidemment inférieure à la tension minimale d'alimentation du capteur. Par exemple, lorsqu'ils sont alimentés avec une tension de 5 V, les détecteurs KR1171SP42, KR1171SP47 conviennent, à 9 V - également KR1171SP53, KR1171SP64, KR1171SP73. L'unité électronique du capteur est assemblée sur une carte en feuille de fibre de verre de 1,5 mm d'épaisseur. Un dessin des conducteurs imprimés et l'emplacement des pièces sont illustrés à la fig. 2. Il est recommandé de concevoir l'élément de détection (plaques E1 et E2) sous la forme d'un condensateur "non enveloppé" [2], en le connectant à l'unité électronique avec des fils ne dépassant pas 50 mm.
La mise en place du capteur revient à régler le seuil avec les résistances R4 et R5. Le fonctionnement peut être contrôlé à l'aide d'un circuit d'une LED (anode à la broche 2 du connecteur X1) et d'une résistance d'une valeur nominale de 2,2 ... 4,7 kOhm (entre la cathode LED et la broche 3 du connecteur). Après avoir mis sous tension, en faisant tourner le moteur de la résistance de réglage R4, réalisez l'allumage de la LED, puis tournez le moteur un peu vers la droite (selon le schéma) - il s'éteindra. Le réglage correct sera indiqué par l'allumage de la LED lorsqu'un objet s'approche de l'élément de détection. Si la LED ne s'allume pas même dans la position extrême gauche du curseur R4 de la résistance, vous devez installer un cavalier à la place de R5 et répéter le réglage. Le dispositif peut être utilisé comme capteur tactile humain sur la plaque E2, et tout objet métallique, par exemple une poignée de porte, peut jouer son rôle. Dans ce cas, la plaque E1 peut être complètement abandonnée et les résistances R4 et R5 peuvent être remplacées par une résistance d'une valeur nominale de 330 kOhm. L'une des variantes du capteur, réalisée par l'auteur, comportait un élément sensible sous la forme d'un condensateur plat avec une surface de plaque de 100 cm2 et une distance entre eux de 5 mm. Cela a fonctionné en toute confiance lorsque l'espace entre les plaques était rempli d'huile de machine à 70% dans la plage de température de -30. ..+85 °С. Les opérations causées par la condensation de l'eau, l'approche des mains et d'autres facteurs d'interférence n'ont pas été enregistrées. Avec une telle utilisation et application en tant qu'élément sensible d'un condensateur plat ou cylindrique, il est recommandé d'estimer d'abord la valeur requise de la résistance d'entrée de la résistance d'accord R4 selon la formule
où Cnp est la capacité des fils de connexion ; Ck est la capacité de l'élément sensible, calculée selon les formules connues de capacité d'un condensateur plan ou cylindrique. Si la valeur calculée s'avère négative, la résistance R5 doit être exclue du circuit et si elle est supérieure à 200 kOhm, la valeur de R5 doit être augmentée de sorte que la résistance R4BB se situe entre 100 ... 150 kOhm. Enfin, le capteur est ajusté de la manière décrite ci-dessus. littérature
Auteur : M. Ershov, Tula
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