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.
КлассификацияПо исполнению датчики делятся на:
- Одноемкостные.
- Двухъемкостные.
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 датчикиНеэлектрические 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:
- С изменяемой площадью электродов.
- С изменяемым промежутком между обкладками.
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.
ИнклинометрыДругими 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 давленияКонструкция 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 работа1 — 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 конструкцииЧаще 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:
- Переменным расстоянием между пластинами.
- Площадью перекрытия пластин.
- Изменяемой диэлектрической проницаемости материала.
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:
- Форма датчика легко совмещается с разными конструкциями и поставленными задачами.
- Не требуется больших усилий для передвижения чувствительного компонента.
- Длительная эксплуатация.
- Отсутствие подвижных контактов.
- Повышенная чувствительность.
- Малый расход электроэнергии.
- Небольшие габаритные размеры и масса.
- Технологичность при изготовлении, применение дешевых материалов и веществ.
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- Работа на высокой частоте.
- Повышенные требования к экранированию элементов.
- Малый коэффициент преобразования.
При использовании емкостных датчиков необходимо обеспечивать защиту от ложных сработок. Они возникают из-за случайного касания работника, атмосферными осадками, различными жидкостями.
ПрименениеЕмкостные 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:
- Подсчет штучного товара.
- Регулировка натяжения конвейера.
- Сигнализация обрыва проводника при намотке.
- Контроль наполнения упаковки.
- Сигнализация при заполнении стеклянных и пластиковых сосудов.
Похожие темы:
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 (εводы=80).
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 | 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 1,55 ном являются некритичными для работы датчика.
Примечание: При настройке Sr⩾Sном может значительно возрасти гистерезис датчика.
Схема подключения емкостных датчиков
Полезные ссылки
Емкостные датчики
Емкостной датчик – применение, назначение, устройство
Емкостной датчик – это активное техническое устройство, которое способно обнаруживать жидкости, пластмассу, бумагу, сыпучие материалы.
Внутри емкостного датчика находится высокочастотный генератор, к которому подключена пластина – обкладка конденсатора (отсюда и название). При помещении объекта в электрическое поле датчика перед обкладкой изменяется емкость конденсатора и, соответственно, параметры ВЧ колебаний генератора, что обрабатывается внутренней схемой. В емкостном бесконтактном выключателе при приближении объекта к чувствительной поверхности происходит срабатывание датчика, и выходное состояние изменяется скачком. В качестве коммутирующего элемента применяют полупроводники, что способствует надежному срабатыванию и исключает “дребезг”. Различают датчики на включение (NO) и выключение (NC) нагрузки.
Электрическая часть датчика помещена в металлический цилиндрический корпус с наружной резьбой и залита для герметичности компаундом. Цилиндрический емкостной датчик крепится в отверстии в монтажной панели или вворачивается в основание. Выпускаются датчики монтируемые заподлицо (утопленного исполнения) и не заподлицо (неутопленного исполнения). Все емкостные датчики Impuls имеют подсоединенный гибкий кабель для подключения питания и нагрузки. Материалы на которые реагирует датчик могут иметь различную диэлектрическую проницаемость, для компенсации изменений имеется регулятор чувствительности.
Свойства емкостных выключателей:
- герметичность
- надежность и долговечность, т.к. рабочая поверхность выключателя не контактирует с объектом
- компактность и небольшая масса
- бесконтактные выключатели не оказывают на объекты обратного воздействия
- светодиодная индикация срабатывания
- высокая степень защиты
В нашем интернет-магазине имеются все виды бесконтактных выключателей, которые перечислены на этой странице. При необходимости поможем вам определиться с моделью и подберем устройство. Вся продукция имеется на собственном складе.
Прайс-листы
Емкостные датчики приближения | SICK
Емкостные датчики приближения | SICKОбнаружение металлических и неметаллических предметов
Иногда нужно узнать, что скрывается внутри.
Filter
Фильтровать по:
Расстояние срабатывания от … до– 0,5 … 6 мм (1) 0 … 8 mm (3) 8 … 12 mm (2) 12 … 16 mm (1) 16 … 25 mm (2)
Применить фильтр
Результаты 1 – 4 из 4
Вид: Галерея СписокНадежные емкостные датчики в корпусе прямоугольной формы
- Корпус прямоугольной формы
- Распознает порошок, гранулы, жидкости и твердые вещества
- Высокая устойчивость к электромагнитным помехам
- Электрическое исполнение: пост. ток, 4-проводное
- Напряжение питания: 10…36 В пост. тока
- Защита от короткого замыкания (импульсная)
ток, 4-проводноеНадёжное измерение уровня заполнения жидкостей на водной основе
- Компактный, прочный корпус, класс защиты: IP67, IP68, IP69K
- Выходной сигнал: 100 мА, тип выхода и функция по выбору: PNP/NPN, нормально открытый/нормально закрытый
- Два светодиода для подачи сигнала от источникa напряжения и выходного сигнала
- Кабель и кабель со штекером M8
- Прилагаемый монтажный кронштейн
- Допуск cULus
- Сертификат Ecolab
Датчики в корпусе из PTFE c цилиндрической резьбой предназначены для применения в агрессивных условиях окружающей среды
- М18: корпус с цилиндрической резьбой
- Распознает порошок, гранулы, жидкости и твердые вещества
- Высокая устойчивость к электромагнитным помехам
- Электрическое исполнение: пост. ток, 4-проводное
- Напряжение питания: 10…36 В пост. тока
- Защита от короткого замыкания (импульсная)
- Материал корпуса: PTFE
- Класс защиты IP 67
Проверенные временем датчики для обнаружения объектов и определения уровня заполнения
- Цилиндрический корпус в моделях M12, M18 и M30
- Распознает порошок, гранулы, жидкости и твердые вещества
- Высокая электромагнитная совместимость
- Электрическое исполнение: пост. ток, 2- и 4-проводное
- Напряжение питания: от 10 до 36 В пост. тока
- Визуальное вспомогательное настроечное устройство
- Расстояние срабатывания до 25 мм
- Степень защиты: IP 65, IP 68, IP 69K
Результаты 1 – 4 из 4
НаверхПожалуйста, подождите…
Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.
Датчики емкостные ВИКО отечественного производства, Россия
ВИКО-Е-101-М30 |
ПРИМЕНЕНИЕ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА
Возможно применение емкостных датчиков в пищевой и в химической отраслях промышленности. При этом для исключения непосредственного контакта активной поверхности выключателя с пищевыми продуктами или с химически агрессивными средами, можно рекомендовать использовать защитную диэлектрическую перегородку, изготовленную из соответствующих материалов.
Обнаружение сыпучих материалов | Обнаружение конвейерной продукции |
Контроль положения объекта | Обнаружение обрыва бумажной ленты |
Минимальная рабочая зона от 0мм
Не требует точной фокусировки
Обнаружение неметаллических объектов
Защита от переполюсовки питающего напряжения
Применяется с жидкостями, сыпучими материалами, вязкими веществами, при конденсате, запылённости
Защиты выхода от индуктивных выбросов (при работе на индуктивную нагрузку)
НАЗНАЧЕНИЕ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА
Бесконтактный ёмкостной датчик ВИКО-Е представляет электронное устройство, которое обнаруживает как металлические, так и диэлектрические объекты попадающие в зону действия датчика. Датчики применяются в системах контроля уровня жидкости, обнаружения пустых упаковок, подсчёта готовой продукции на автоматических линиях и т.д. Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя.
РАБОТА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА
Активная поверхность ёмкостного выключателя образована двумя металлическими электродами, которые являются обкладками конденсатора. Электроды включены в цепь высокочастотного автогенератора который настроен таким образом, что он не генерирует при отсутствии объекта в рабочей зоне активной поверхности датчика. При попадании объекта в рабочую зону датчика ёмкость между пластинами возрастает, при этом амплитуда колебаний генератора резко возрастает. Амплитуда колебаний определённого уровня регистрируется оценочной схемой датчика и преобразуется в выходной сигнал.
Ёмкостные датчики обнаруживают металлические объекты и объекты из диэлектриков. Объекты из металлов из-за их высокой проводимости оказывают наиболее сильное воздействие. Объекты из неметаллов действуют на активную поверхность датчика аналогичным образом, при этом ёмкость связи между электродами генератора повышается. При работе с органическими материалами (древесина, зерно и т.д.) следует учитывать влажность материала, наличие воды существенно влияет на расстояние срабатывания.
Определения:
Sn – номинальное (условное) расстояние срабатывания. Не учитывает отклонения обусловленные колебаниями напряжения питания, температуры, допуски изготовления, условия применения на конкретном объекте.
Sr – расстояние срабатывания конкретного бесконтактного датчика при номинальном напряжении питания определённой температуре и условиях монтажа.
Sa – гарантированный интервал срабатывания. Интервал начинающийся от активной поверхности до объекта, внутри которого гарантируется работа датчика в нормальных условиях эксплуатации.
Соотношения между величинами полученные по отношению к стандартному заземлённому объекту воздействия.
Sr = (110 – 90)% Sn; Sa = (70 – 80)% Sn.
Стандартный объект воздействия – квадратная пластина из стали Ст3 толщиной 1мм и стороной равной 3Sn.
Параметр | Ед.изм. | ВИКО-Е-101-М30 |
Номинальное расстояние срабатывания(Sn) | мм | 10 |
Гарантированное расстояние срабатывания (Sа) | мм | 7,2 |
Расстояние срабатывания (Sr) | мм | 9,0-11,0 |
Частота срабатывания | Гц | 50 |
Тип выхода |
| NPN NO+NC |
Индикация в рабочем режиме |
| Красный СД |
Регулировка чувствительности |
| есть |
Диапазон рабочих напряжений питания | В | DC10-30 |
Максимальный ток нагрузки | мА | 200 |
Ток потребления | мА | DC12В-8, DC24В-15 |
Сопротивление изоляции | МОм | 50 |
Диапазон рабочих температур | 0C | -25…+70 |
Степень защиты |
| IP54 |
Влажность окружающего воздуха | % | <90 при +200C |
Способ подключения, кабель |
| 4×0,2мм2-2м |
Материал корпуса |
| Металл/АВС |
Масса, не более | кг | 0,2 |
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ
ВИКО-Е-051-М18, ВИКО-Е-081-М18, ВИКО-Е-101-М30, ВИКО-Е-151-М30 | |
ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ
ВИКО-Е | М | А | Б | В | Г | Д | Е |
ВИКО-Е-051-М18 | 18х1 | 70 | 55 | – | 3,5 | 15 | 22 |
ВИКО-Е-081-М18 | 18х1 | 50 | 30 | 10 | 3,5 | 20 | 22 |
ВИКО-Е-101-М30 | 30х1,5 | 60 | 42 | – | 3,5 | 18 | 36 |
ВИКО-Е-151-М30 | 30х1,5 | 60 | 42 | 8 | 3,5 | 18 | 36 |
ТУ 4218-004-31928807-2014
Форум и обсуждения – здесьНаименование | Заказной код (артикул) | Файл для скачивания (паспорт) | Дата файла |
ВИКО-Е-101-М30 | 4640016933105 | V18. |
05.2018
Емкостные датчики
Аналогично индуктивным датчикам ёмкостные датчики работают без физического контакта с объектом обнаружения.
Ёмкостные датчики могут определять как проводящие (например, металлы), так и непроводящие материалы (неметаллы), однако наиболее часто используются для обнаружения пластмассовых, жидких, порошкообразных и гранулированных материалов. Чувствительность ёмкостных бесконтактных переключателей зависит от свойств материала объекта. Свойства материала, будь то металл, пластмасса или жидкость, влияют на дальность действия и точку переключения ёмкостного датчика. Pepperl+Fuchs предлагает различные модели с регулируемой чувствительностью, которые учитывают разнообразие свойств материалов и расширяют возможности применения этих датчиков в вашей задаче.
Ёмкостные датчики могут стать прекрасной альтернативой для тех отраслей, в которых невозможно использовать индуктивные датчики.
EGE KGK M12
Расстояние срабатывания 2 мм
Исполнение M12
Пластиковая резьба
Выход: реле
Кабель / Разъем M12
Материал: PPO
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGM DC
Расстояние срабатывания 5…8 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение M18
Металлическая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: Br-Ni / PPO
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGK M18
Расстояние срабатывания 8 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение M18
Пластиковая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: PPO
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGM DC
Расстояние срабатывания 10.
..15 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение M30
Металлическая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: Br-Ni / PPO
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGM AC
Расстояние срабатывания 10…15 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение M30
Металлическая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: Br-Ni / PPO
Защита от короткого замыкания
LED индикация
EGE KGK M30 DC/AC
Расстояние срабатывания 15 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение M30
Пластиковая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: PPO
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KNK/KNKU
Расстояние срабатывания 10 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение Ø20 мм
Пластиковый гладкий корпус
Выход: реле
Кабель/Разъем M12
Материал: PBT
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KNK/KNKU
Расстояние срабатывания 20 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение Ø34 мм
Пластиковый гладкий корпус
Выход: реле
Кабель/Разъем M12
Материал: PBT
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KNK AC
Расстояние срабатывания 10…20 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение Ø20 / Ø34 мм
Пластиковый гладкий корпус
Выход: реле
Кабель
Материал: PBT
Защита от короткого замыкания
LED индикация
EGE KD
Расстояние срабатывания 55 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение Ø80 мм
Пластиковый корпус
Выход: реле
Кабель
Материал: PBT
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KNK
Расстояние срабатывания 70 мм
Настраиваемый диапазон
Исполнение Ø100 мм
Пластиковый корпус
Выход: реле
Кабель
Материал: PBT
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGFW DC
Для пищевой промышленности
Химически устойчивые
Расстояние срабатывания 10.
..14 мм
Исполнение M30
Пластиковая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: PTFE / PVDF
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGFW AC
Для пищевой промышленности
Химически устойчивые
Расстояние срабатывания 10…14 мм
Исполнение M30
Пластиковая резьба
Выход: реле
Кабель
Материал: PTFE / PVDF
LED индикация
EGE KNFW
Расстояние срабатывания 20 мм
Исполнение M30
Гладкий пластиковый корпус
Выход: реле
Кабель
Материал: PTFE / PVDF
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки
LED индикация
EGE KGMT
Высокотемпературные (200°C)
Расстояние срабатывания 5…10 мм
Определение уровня
Исполнение M18 • M30
Кабель
Материал: нержавеющая сталь / PTFE
Защита от сухого хода
EGE KGA/KDA
Расстояние срабатывания 0…80 мм
Исполнение M30 • Ø 80 мм
Аналоговый выход
Кабель
Материал: Br-Ni / PBT
LED индикация
EGE KK/KU
Усилитель для емкостных датчиков
(до 230°C)
Выход: реле
Разъем M12/Кабель
Материал: нержавеющая сталь/ алюминий
LED индикация
надежный емкостной датчик относительной влажности
13 августа 2019
Датчик относительной влажности HPP801A031 (HS1101LF) производства TE Connectivity предназначен для индустриальных и потребительских применений и отличается высокой надежностью и долговременной стабильностью.
HPP801A031 представляет собой аналоговый емкостной датчик 0…100% RH, имеющий номинальную емкость 180 pF (@55%RH), которая изменяется в зависимости от влажности с коэффициентом 0,31 pF/%RH. На основе HPP801A031 легко строить преобразователи типа влажность-частота с выходным диапазоном частот от 5 до 300 кГц. Максимальное рабочее напряжение датчика составляет 10 В, предельный диапазон рабочих температур от -60 до 140°C.
Схема включения HPP801A031 в схеме преобразователя влажность-частота с помощью таймера 555-й серии
Выпускаемый в защитном корпусе датчик HPP801A031 устойчив ко многим химическим веществам, связанным с бытовой техникой или автомобильным применением. Датчик построен на основе запатентованной технологии, где используется твердая полимерная структура, обеспечивающая быстрое время отклика (3 сек) и очень низкий температурный коэффициент (-0,01 pF/°C). Область применения датчиков относительной влажности – офисная автоматизация, климат-контроль на транспортных средствах, бытовая техника и промышленное оборудование.
Параметры надежности HPP801A031:
- Возможность пайки как волной, так и оплавлением (260°C) + очистки водой при температуре 45°C
- Соответствие JESD-22-B104-A (Механический удар)
- Устойчивость к вибрации по JESD-22-B103-A (частота от 20 до 2000 Гц)
- Индивидуальная несмываемая маркировка
- Защита от ESD – воздушный разряд ±15 кВ (IEC 1000)
- Защита от солевой атмосферы по JESD22-A107-A
- Способность выдерживать температурный цикл -40…125°C
- Работоспособность при 93%RH/60°C в течение 1000 часов
- Срок хранения при низкой влажности RH <10%/23°C в течение 1000 часов
- Устойчивость к погружению в воду при температуре окружающей среды 80°C
- Хранение при высокой температуре 140°C в течение 168 часов
•••
Наши информационные каналы
О компании TE Connectivity
Продукция TE Connectivity, широко известная на российском рынке под брендом Tyco Electronics, насчитывает более полумиллиона наименований, включающих не только электрические соединители и терминалы, но также реле, изделия для ВОЛС, устройства защиты электрических и сигнальных цепей, сенсорные экраны.
Изделия компании используются в производстве потребительской электроники, в электроэнергетике, в медицинской, автомобильной и аэрокосмической электронике, в телекоммуникационной индустрии.
На сег …читать далее
Что такое емкостный датчик?
Емкостные датчики приближения – это бесконтактные устройства, которые могут обнаруживать присутствие или отсутствие практически любого объекта независимо от материала. Они используют электрическое свойство емкости и изменение емкости на основе изменения электрического поля вокруг активной поверхности датчика.
Емкостная сенсорная технология часто используется в других сенсорных технологиях, таких как:
- поток
- давление
- уровень жидкости
- шаг
- толщина
- Обнаружение льда
- Угол вала или линейное положение
- диммерные переключатели
- клавишные переключатели
- x-y планшет
- акселерометры
Принцип действия
Емкостной датчик действует как простой конденсатор.Металлическая пластина на чувствительной поверхности датчика электрически подключена к цепи внутреннего генератора, а обнаруживаемая цель действует как вторая пластина конденсатора. В отличие от индуктивного датчика, который создает электромагнитное поле, емкостной датчик создает электростатическое поле.
Внешняя емкость между целью и внутренней пластиной датчика составляет часть емкости обратной связи в цепи генератора. По мере приближения к цели датчики сталкиваются с увеличением колебаний, пока не достигнут порогового уровня и не активируют выход.
Емкостные датчики имеют возможность регулировать чувствительность или пороговый уровень генератора. Регулировку чувствительности можно выполнить с помощью потенциометра, с помощью встроенной кнопки обучения или дистанционно с помощью обучающего провода. Если у датчика нет метода настройки, тогда датчик необходимо физически переместить для правильного обнаружения цели.
Повышение чувствительности приводит к увеличению рабочего расстояния до цели. Значительное повышение чувствительности может привести к тому, что датчик будет подвержен влиянию температуры, влажности и грязи.
Есть две категории целей, которые емкостные датчики могут обнаруживать: первая является проводящей, а вторая – непроводящей. Проводящие цели включают металл, воду, кровь, кислоты, основания и соленую воду. Эти мишени имеют большую емкость, и их диэлектрическая прочность не имеет значения. В отличие от индуктивного датчика приближения, коэффициенты уменьшения для различных металлов не влияют на расстояние срабатывания датчиков.
Непроводящая целевая категория действует как изолятор для электрода датчика.Диэлектрическая постоянная цели, также иногда называемая диэлектрической постоянной, является мерой изоляционных свойств, используемых для определения коэффициента уменьшения расстояния срабатывания. Твердые и жидкие вещества имеют диэлектрическую постоянную больше, чем вакуум (1.00000) или воздух (1.00059). Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью будут иметь большее расстояние срабатывания. Поэтому материалы с высоким содержанием воды, например дерево, зерно, грязь и бумага, будут влиять на расстояние срабатывания.
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
Прочие факторы, минимально влияющие на расстояние срабатывания
- Температура
- Скорость целевого объекта
Дальность срабатывания
Максимальное опубликованное расстояние срабатывания емкостного датчика основано на стандартной цели, которая представляет собой заземленную квадратную металлическую пластину (Fe 360) толщиной 1 мм.
Стандартная цель должна иметь длину стороны, которая равна диаметру зарегистрированного круга чувствительной поверхности или в три раза больше номинального расстояния обнаружения, если расстояние обнаружения больше диаметра. Обнаруживаемые объекты, не являющиеся металлическими, будут иметь коэффициент уменьшения, основанный на диэлектрической проницаемости материала этого объекта. Этот коэффициент уменьшения необходимо измерить, чтобы определить фактическое расстояние срабатывания, однако есть несколько таблиц, в которых приведено приблизительное значение коэффициента уменьшения.
Номинальное или номинальное расстояние срабатывания S n – это теоретическое значение, которое не учитывает производственные допуски, рабочие температуры и напряжения питания. Обычно это расстояние срабатывания, указанное в каталогах различных производителей и рекламных материалах.
Эффективное расстояние срабатывания S r – это расстояние срабатывания датчика, измеренное при заданных условиях, таких как скрытый монтаж, номинальное рабочее напряжение U e , температура T a = 23 ° C +/- 5 ° C.Эффективный диапазон срабатывания емкостных датчиков можно регулировать с помощью потенциометра, кнопки обучения или провода дистанционного обучения.
Гистерезис
Гистерезис – это разница в расстоянии между включением, когда цель приближается к чувствительной поверхности, и точкой выключения, когда цель удаляется от чувствительной поверхности. Гистерезис разработан в датчиках для предотвращения дребезга выхода, если цель была расположена в точке переключения.
Гистерезис указан в% от номинального расстояния срабатывания.Например, датчик с номинальным расстоянием срабатывания 20 мм может иметь максимальный гистерезис 15% или 3 мм. Гистерезис – это независимый параметр, который не является постоянным и будет варьироваться от датчика к датчику. Есть несколько факторов, которые могут повлиять на гистерезис, в том числе:
- Датчик температуры окружающей среды и тепла, выделяемого датчиком, на который подается питание
- Атмосферное давление
- Относительная влажность
- Механические нагрузки на корпус датчика
- Электронные компоненты, используемые на печатной плате в датчике
- В зависимости от чувствительности – более высокая чувствительность связана с более высоким номинальным расстоянием срабатывания и большим гистерезисом
Как определить чувствительность емкостного датчика
Емкостные датчики имеют потенциометр или какой-либо метод для установки чувствительности датчика для конкретного приложения.
В случае потенциометра количество оборотов не дает точного индикатора настройки датчиков по нескольким важным причинам. Во-первых, у большинства потенциометров нет жестких упоров, вместо этого у них есть муфты, чтобы не повредить горшок при установке на полную минимальную или максимальную настройку. Во-вторых, горшки не имеют постоянной линейности.
Для определения чувствительности емкостного датчика расстояние срабатывания измеряется от заземленной металлической пластины с помощью микрометра.Пластина заземлена на минус источника питания, а цель перемещается в осевом направлении к лицевой стороне датчика. Переместите цель за пределы диапазона обнаружения, а затем переместите ее к лицевой стороне датчика. Прекратите продвижение цели, как только активируется выход. Это расстояние – это расстояние срабатывания датчика. Перемещение цели и наблюдение за отключением выхода обеспечит гистерезис датчика.
Чтобы узнать больше о технологии емкостных датчиков, посетите сайт www.balluff.com.
Нравится:
Нравится Загрузка …
Джек Моэрмонд
Джек Моэрмонд имеет более чем 41-летний опыт работы в сфере производства и автоматизации. В его обязанности входили инженер по контролю, системный специалист, менеджер системного отдела и менеджер по продукции. Его опыт работы с продуктами охватывает датчики, ПЛК и приводы, сталелитейную и бумажную промышленность, упаковку, производство продуктов питания и напитков, полупродукцию и науки о жизни. Помимо работы в различных поставщиках средств автоматизации, Джек преподавал программирование ПЛК и различные другие учебные курсы по устройствам автоматизации.
Как работают емкостные датчики сенсорной платы? – неизолированный провод
В нашей сенсорной плате, крышке для Pi и световой панели используются уникально гибкие датчики, идеально подходящие для электрокрасочных покрытий.
Развитие смартфонов сделало емкостное зондирование повсеместным и предоставило эту технологию практически каждому человеку.
Хотя большинство людей этого не знает, на сенсорном экране смартфонов используются емкостные датчики. Емкостные датчики используют конденсатор, обычный элемент в электрической цепи, который бывает нескольких различных типов.В Bare Conductive мы используем емкостное зондирование в нашем оборудовании, таком как Touch Board, Pi Cap и Light Up Board. В этих платах каждый электрод действует как емкостной датчик.
В электрической цепи часто встречаются резистор и конденсатор, резистор является пассивным элементом в цепи, а конденсатор – активным. Конденсатор в его обычной форме состоит из двух параллельных пластин, разделенных диэлектрическим материалом, например пластиком, стеклом или фарфором. Когда на пластины подается напряжение, на каждой пластине накапливается заряд, создавая электрическое поле на пластинах.Количество заряда, которое может хранить конденсатор, известное как емкость, зависит от размера пластин, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости материала между ними. Конденсаторы могут использоваться для сглаживания выходного напряжения источника питания или для фильтрации при обработке сигналов.
Емкостной датчик использует характеристики конденсатора и его электрического поля для формирования датчика. Емкостные датчики работают, обнаруживая любое изменение в электрическом поле, которое датчик может регистрировать касание или приближение, смещение, а также определение уровня влажности и жидкостей.
Существует два распространенных способа измерения емкости: взаимная емкость и собственная емкость. Во взаимной емкости имеется массив из одной пластины конденсаторов, которые все образуют между собой электрические поля. Это тип настройки сенсора, который вы найдете в сенсорном экране. Когда пользователь касается экрана, он или она изменяет емкость, которая определяется как изменение и интерпретируется как событие касания.
В собственной емкости, которую мы используем в нашей технологии, электрод образует конденсатор с заземляющим слоем, которым является земля.
Поэтому, когда вы включаете одно из наших устройств, оно выполняет некоторую калибровку и формирует электрическое поле с землей. Когда пользователь приближается к сенсорному электроду пальцем или рукой, часть его тела берет верх над землей и формирует вторую пластину конденсатора. Опять же, это изменение электрического поля изменяет емкость датчика и регистрируется как событие касания или приближения.
Емкостная сенсорная технология в нашем оборудовании может использоваться либо как емкостной датчик приближения, либо как емкостной сенсорный датчик, и может быть дополнена проводящим материалом, таким как наша электрическая краска.Емкость датчика может быть изменена организмом или жидкостями, поэтому эти датчики также могут использоваться для обнаружения влажности или жидкости и могут обнаруживать изменения через слой сыпучего материала, поэтому вы можете создать дискретный датчик в своей среде. Расстояние срабатывания датчика приближения зависит от размера датчика, конструкции зоны обнаружения, чувствительности устройства и размера цели. Чтобы дать вам представление, наши датчики могут обнаруживать руку с датчиком шириной 20 см с расстояния примерно 5 см.
Есть и другие датчики, например, емкостной датчик перемещения или датчик положения. Эти типы датчиков чаще используются в производстве, где изменение емкости используется для определения положения и смещения в сборке.
Если вы хотите исследовать емкостные датчики в своих собственных приложениях, наши комплекты для разработки и оборудование обеспечивают легкую отправную точку для создания прототипов и тестирования того, как емкостные датчики могут работать в различных приложениях, с разными материалами и в разных масштабах.Для компаний, которые хотят интегрировать емкостные датчики непосредственно в свои решения, материалы или продукты, мы всегда ищем интересные партнерские отношения, в которых наши технологии могут повысить ценность.
Мы считаем, что наша технология обещает по-настоящему интегрировать Интернет вещей в нашу жизнь безупречным и ненавязчивым способом с помощью печатной электроники на интеллектуальных поверхностях, и мы работаем с ведущими отраслевыми партнерами над созданием емкостных датчиков непосредственно в окружающей среде.
делая пространство и поверхности вокруг нас умнее, здоровее и необычнее.
Чтобы изучить наши комплекты для разработки и материалы, посетите наш интернет-магазин.
Для получения дополнительной информации о том, как мы работаем с промышленностью для разработки решений для умных поверхностей, перейдите на нашу страницу о технологиях.
Оставайтесь на связи с Bare Conductive. Подписывайтесь, ставьте лайки и комментируйте Facebook, Twitter и Instagram.
Емкостный датчик– Знакомство с емкостным датчиком
– ВведениеЧто 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, видя сквозь изоляционные материалы
например, дерево или пластик. На практике различия заключаются в
значительный; По сравнению с радаром,
емкостные датчики:
- Они 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 малую дальность действия.
Что он может обнаружить?
Из-за ненаправленного характера 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.
Для емкостных датчиков расширенный спектр имеет три основных преимущества:
- Существенная невосприимчивость к узкополосным мешающим сигналам.Любой
Узкополосный сигнал ослабляется на коэффициент усиления 96 дБ.
В
узкополосный датчик, узкополосный источник помех, который попадает в
полоса пропускания вообще не ослабляется.
- Автоматическое разделение полосы пропускания между несколькими пользователями, без
координация, необходимая для распределения каналов. В частности,
датчик с расширенным спектром может работать при наличии
другие аналогичные датчики с расширенным спектром без необходимости настройки на
различные частоты.
- Очень узкие и четкие эффективные полосы пропускания могут быть легко достигается с помощью только низкочастотного фильтра нижних частот на выходе демодулятор.Это улучшает технологичность, поскольку узкополосный RF фильтры не требуются. Вся схема могла быть изготовлены на единой микросхеме. (Это преимущество синхронного демодуляция или обработка основной полосы частот, а не расширенный спектр как таковая)
Моя домашняя страница | Вверх | Следующий | email
| Товар | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
| ||||||
Индуктивные датчики и емкостные датчики
Индуктивные датчики приближения – серия XS
Наши индуктивные датчики приближения (ранее известные как OsiSense XS) предназначены исключительно для обнаружения металлических предметов размером до 60 мм.В основном они состоят из генератора, обмотки которого составляют чувствительную поверхность. Перед этими обмотками создается переменное магнитное поле.
Когда металлический объект помещается в магнитное поле, создаваемое датчиком, возникающие в результате индуцированные токи образуют дополнительную нагрузку, и колебания прекращаются. Это приводит к срабатыванию драйвера вывода и, в зависимости от типа датчика, вырабатывается нормально открытый (NO) или нормально закрытый (NC) выходной сигнал.
Наши индуктивные датчики бывают в версиях для скрытой и не скрытой установки (экранированный / неэкранированный), версиях с коротким и длинным корпусом, версиях PNP и NPN для совместимости со всеми ПЛК и контроллерами по всему миру.2-проводные версии постоянного, переменного или переменного / постоянного тока также доступны для установки в вашем приложении в качестве концевого выключателя.
Емкостные датчики приближения – серия XT
Наши емкостные датчики (ранее известные как OsiSense XT) предназначены для бесконтактного измерения любого материала толщиной до 20 мм, независимо от материала или проводимости (металлы, минералы, дерево, пластик, стекло, картон, кожа, керамика, жидкости и т. Д.) .
Емкостные датчики приближения обнаруживают обнаруживаемые цели благодаря способности этой цели быть электрически заряженной.Емкостные датчики подают напряжение на область и обнаруживают объекты, измеряя изменения в электрическом свойстве, называемом емкостью, то есть способностью чего-либо удерживать электрический заряд. Поскольку даже непроводники могут удерживать заряды, это означает, что с помощью этого типа датчика можно обнаружить практически любой объект.
Подробнее о предложении
Индуктивные датчики общего назначения
Один из самых полных каталогов на рынке с:
- Стандартные цилиндрические формы: короткие и длинные корпуса M8, M12, M18, M30
- Стандартные кубические, прямоугольные и плоские формы
- Соответствует международным стандартам, CE, UL, CSA, CCC; RCM, TÜV
- С высшим международным качеством IP69K
- Со всеми электрическими стандартами, включая источник питания переменного / постоянного тока
- Доступен в стандартном и увеличенном ассортименте
Аппликативные индуктивные и емкостные датчики
- Кубическая и прямоугольная 40×40 SIL2 с сертификатами TÜV для более безопасных применений
- Контроль вращения, фактор 1, дискриминация черных / цветных металлов и т. Д.
- Датчики в пластиковом корпусе для двойной изоляции и соответствия химической среде
- Миниатюрный цилиндрический формат Обычный 4 и 6,5 мм или M5 для сборки и т. Д.
- Полностью нержавеющая сталь и пластик для пищевых продуктов и напитков
- Кубический цилиндрический корпус из нержавеющей стали для автомобилей, включая сварочные работы
Основные приложения
- Железная дорога
- Мобильное оборудование
- Лифты и эскалаторы
- Подъемник
- Погрузочно-разгрузочные работы / Транспортировка / Логистика
- Обработка материалов / Станки
- Упаковка
- Продукты питания и напитки
- Робототехника
Вы не можете связаться с ним, но все равно нужно его обнаружить? Обратитесь к мировым экспертам, работающим в области детектирования более 90 лет!
Просто просто!
Датчики емкостидля интерфейса человека с электронным оборудованием
Q: Что такое датчик емкости?
A: Датчики емкости обнаруживают изменение емкости, когда что-то или кто-то приближается к датчику или касается его.Этот метод уже много лет используется в промышленности для измерения уровня жидкости, влажности и состава материала. Новое приложение, получившее широкое распространение, связано с интерфейсами человек-машина. Механические кнопки, переключатели и поворотные колеса долгое время использовались в качестве интерфейса между пользователем и машиной. Однако из-за множества недостатков дизайнеры интерфейсов все чаще ищут более надежные решения. Емкостные датчики можно использовать так же, как кнопки, но они также могут работать с большей универсальностью, например, при использовании полосы прокрутки на 128 позиций.
Интегральные схемы, специально разработанные для измерения емкости в приложениях интерфейса человек-машина, теперь доступны от Analog Devices. Например, AD7142 и AD7143 могут стимулировать до 14 и до восьми емкостных датчиков и реагировать на них соответственно. Они обеспечивают возбуждение емкостного датчика, определяют изменения емкости, вызванные приближением пользователя, и выдают цифровой выходной сигнал.
Q : Как работает измерение емкости?
A : Базовый датчик включает приемник и передатчик, каждый из которых состоит из металлических дорожек, сформированных на слоях печатной платы (PCB).Как показано на рисунке 1, AD714x имеет встроенный источник возбуждения, который подключен к дорожке передатчика сенсора. Между приемником и следом передатчика образуется электрическое поле. Большая часть поля сосредоточена между двумя слоями печатной платы датчика. Однако граничное электрическое поле распространяется от передатчика за пределы печатной платы и возвращается обратно в приемник. Напряженность поля в приемнике измеряется встроенным сигма-дельта-емкостным преобразователем емкости в цифровой.Электрическая среда изменяется, когда человеческая рука вторгается в периферийное поле, при этом часть электрического поля шунтируется на землю, а не заканчивается на приемнике. Результирующее уменьшение емкости – порядка фемтофарад по сравнению с пикофарадами для основной части электрического поля – регистрируется преобразователем.
Рисунок 1. Чувствительная емкость.В общем, решение для измерения емкости состоит из трех частей, все из которых могут быть предоставлены Analog Devices.
- ИС драйвера, обеспечивающая возбуждение, преобразователь емкости в цифровой и схему компенсации для обеспечения точных результатов в любых условиях.
- Датчик – печатная плата с рисунком следов, например кнопок, полос прокрутки, колесика прокрутки или некоторой их комбинации. Следы могут быть медными, углеродными или серебряными, а печатная плата может быть FR4, гибкой, ПЭТ или ITO.
- Программное обеспечение на главном микроконтроллере для реализации последовательного интерфейса и настройки устройства, а также процедуры обслуживания прерываний. Для датчиков с высоким разрешением, таких как полосы прокрутки и колеса, хост запускает программный алгоритм для достижения вывода с высоким разрешением. Для кнопок не требуется никакого программного обеспечения.
Q : Каковы преимущества емкостного измерения?
A : Датчики емкости более надежны, чем механические датчики, по ряду причин. В нем нет движущихся частей, поэтому датчик не изнашивается, он защищен покровным материалом, например пластиковой крышкой MP3-плеера. Люди никогда не контактируют напрямую с датчиком, поэтому его можно изолировать от грязи или утечек.Это делает емкостные датчики особенно подходящими для устройств, которые необходимо регулярно чистить, поскольку датчик не будет поврежден агрессивными абразивными чистящими средствами, а также для портативных устройств, где вероятность случайного разлива (например, кофе) немалая.
Q : Расскажите подробнее о том, как работают микросхемы AD714x.
A : Эти преобразователи емкости в цифровую форму разработаны специально для измерения емкости в приложениях с интерфейсом пользователя.Ядром устройств является 16-битный сигма-дельта-емкостной преобразователь емкости в цифровой (CDC), который преобразует емкостные входные сигналы (маршрутизируемые коммутационной матрицей) в цифровые значения. Результат преобразования сохраняется во встроенных регистрах. Источником возбуждения на кристалле является прямоугольный сигнал частотой 250 кГц.
Хост считывает результаты через последовательный интерфейс. AD7142, доступный с интерфейсами, совместимыми с SPI ® или I 2 C ® , имеет 14 входных контактов емкости.AD7143 с интерфейсом I 2 C имеет восемь входных контактов емкости. Последовательный интерфейс, наряду с выходом прерывания, позволяет устройствам легко подключаться к главному микроконтроллеру в любой системе.
Рисунок 3. Блок-схема AD7142.Эти устройства взаимодействуют с 14 внешними датчиками емкости, расположенными в виде кнопок, полос, колесиков или комбинации типов датчиков. Внешние датчики состоят из электродов на двух- или четырехслойной печатной плате, которая напрямую взаимодействует с ИС.
Устройства можно настроить для взаимодействия с любым набором входных датчиков путем программирования регистров на кристалле. Регистры также можно запрограммировать для управления такими функциями, как усреднение и регулировка смещения для каждого из внешних датчиков. Встроенный секвенсор управляет тем, как опрашивается каждый из емкостных входов.
AD714x также включает встроенную цифровую логику и 528 слов ОЗУ, которые используются для компенсации воздействия окружающей среды. Влажность, температура и другие факторы окружающей среды могут влиять на работу емкостных датчиков; Таким образом, прозрачно для пользователя, устройства выполняют непрерывную калибровку, чтобы компенсировать эти эффекты, всегда давая безошибочные результаты.
Одной из ключевых функций AD714x является регулировка чувствительности, при которой каждому датчику присваиваются разные настройки чувствительности, определяющие, насколько мягким или жестким должно быть прикосновение пользователя для активации датчика. Эти независимые настройки для порогов активации , которые определяют, когда датчик активен, жизненно важны при рассмотрении работы датчиков разного размера. Возьмем, к примеру, приложение, в котором есть большая кнопка диаметром 10 мм и маленькая кнопка диаметром 5 мм.Пользователь ожидает, что оба активируются при одинаковом давлении касания, но емкость зависит от площади сенсора, поэтому для сенсора меньшего размера требуется более сильное прикосновение, чтобы активировать его. Конечному пользователю не нужно нажимать одну кнопку сильнее, чем другую для того же эффекта, поэтому наличие независимых настроек чувствительности для каждого датчика решает эту проблему.
Q : Как учитывается окружающая среда?
A : AD714x непрерывно измеряет уровень емкости датчика.Когда датчик не активен, измеренное значение емкости сохраняется как значение окружающей среды . Когда пользователь приближается к датчику емкости или касается его, измеренная емкость уменьшается или увеличивается. Уровни пороговой емкости хранятся во встроенных регистрах. Когда измеренное значение емкости превышает верхний или нижний пороговые пределы, датчик считается активным, как показано на рисунке 4, и выдается сигнал прерывания.
Рисунок 4. Активация датчика.На рис. 4 показана идеальная ситуация, когда значение емкости окружающей среды не меняется.На самом деле емкость окружающей среды постоянно и непредсказуемо изменяется из-за изменений температуры и влажности. Если значение емкости окружающей среды изменится в достаточной степени, это может повлиять на активацию датчика. На рисунке 5 значение емкости окружающей среды увеличивается; Датчик 1 активируется правильно, но когда пользователь пытается активировать датчик 2, возникает ошибка. Окружающее значение увеличилось, поэтому изменение емкости, измеренной датчиком 2, недостаточно велико, чтобы снизить значение ниже нижнего порога.Датчик 2 теперь не может быть активирован, независимо от того, что делает пользователь, поскольку его емкость не может упасть ниже нижнего порога в этих обстоятельствах. Хуже всего то, что уровень внешней емкости продолжает увеличиваться до тех пор, пока не превысит верхний порог. В этом случае датчик 1 станет активным, даже если пользователь не активировал его, и он будет оставаться активным – датчик будет «зависать» – до тех пор, пока окружающая емкость не упадет.
Рисунок 5. Активация датчика при изменении окружающей емкости.Встроенные логические схемыработают с эффектами изменения уровней внешней емкости. Как показано на рисунке 6, пороговые уровни непостоянны; они отслеживают любые изменения уровня внешней емкости, сохраняя фиксированное расстояние от уровня окружающей среды, чтобы гарантировать, что изменение емкости из-за активации пользователя всегда будет достаточным для превышения пороговых уровней. Пороговые уровни автоматически адаптируются встроенной логикой и сохраняются во встроенном ОЗУ. Никаких действий со стороны пользователя или хост-процессора не требуется.
Рисунок 6. Активация датчика с автоподстройкой пороговых значений.Q : Как применяется измерение емкости?
A : Как отмечалось ранее, сенсорные следы могут иметь любое количество различных форм и размеров. Кнопки, колеса, полоса прокрутки, джойстик и тачпад можно расположить в виде дорожек на печатной плате датчика. На рис. 7 показаны некоторые схемы расположения емкостных датчиков.
Датчик
Рисунок 7.Подбор емкостных датчиков.
Разработчику доступно множество вариантов реализации пользовательского интерфейса, от простой замены механических кнопок емкостными кнопочными датчиками до исключения кнопок с помощью джойстика с восемью выходными положениями или колеса прокрутки, обеспечивающего 128 выходных позиций.
Количество датчиков, которые могут быть реализованы с использованием одного устройства, зависит от типа требуемых датчиков. AD7142 имеет 14 входных контактов емкости и 12 каналов преобразования.AD7143 имеет восемь емкостных входов и восемь каналов преобразования. В таблице ниже показано количество входных контактов и ступеней преобразования, необходимых для каждого типа датчика. Можно комбинировать любое количество датчиков до предела, установленного количеством доступных входов и каналов.
| Тип датчика | Количество требуемых входов C IN | Количество необходимых каналов преобразования |
| Кнопка | 1 | 1 (0.5 для дифференциального режима) |
| 8-позиционный переключатель | 4 – сверху, снизу, слева и справа | 3 |
| Слайдер | 8–1 на сегмент | 8–1 на сегмент |
| Колесо | 8–1 на сегмент | 8–1 на сегмент |
Клавиатура Тачпад | 1 на строку, 1 на столбец | 1 на строку, 1 на столбец |
Измерения выполняются на всех подключенных датчиках последовательно – в «циклическом» режиме.Тем не менее, все датчики могут быть измерены в течение 36 мс, что позволяет практически одновременно определять состояние каждого датчика, поскольку пользователю потребуется очень быстро активировать или деактивировать датчик в течение 40 мс.
Q : Какую помощь в дизайне вы можете предложить начинающим пользователям?
A : Компания Analog Devices предлагает ряд ресурсов для разработчиков емкостных датчиков. Первый шаг в процессе проектирования – решить, какие типы датчиков необходимы в приложении.Потребуется ли пользователю быстро просматривать длинные списки, такие как контакты на телефоне или песни на MP3-плеере? Если да, то подумайте об использовании полосы прокрутки или колеса прокрутки, чтобы пользователь мог быстро и эффективно просматривать эти списки. Потребуется ли пользователю управлять курсором, перемещающимся по экрану? Джойстик X-Y подойдет для этого приложения. После определения типа, количества и размеров требуемых датчиков можно приступать к проектированию печатной платы датчика.
Как часть ресурсов проектирования, доступных для измерения емкости, библиотека компоновки Mentor Graphics PADs доступна в Интернете.В этой библиотеке доступно множество различных типов и размеров датчиков в виде компонентов, которые можно перетаскивать непосредственно в компоновку печатной платы. Библиотека доступна как интерактивная часть блок-схемы системы сенсорного контроллера. Также доступна инструкция по применению AN-854, в которой содержатся подробные сведения, советы и рекомендации о том, как использовать библиотеку датчиков для быстрого размещения требуемых датчиков.
При разработке печатной платы разместите AD7142 или AD7143 на той же плате, что и датчики, чтобы минимизировать вероятность системных ошибок из-за перемещения разъемов и изменения емкости.Другие компоненты, светодиоды, разъемы и другие микросхемы, например, могут находиться на той же печатной плате, что и емкостные датчики, но печатная плата датчика должна быть приклеена или приклеена к покрывающему материалу для предотвращения воздушных зазоров над датчиками, поэтому размещение любые другие компоненты на печатной плате должны учитывать это.
Для приложений, в которых возникает проблема радиочастотного шума, можно использовать RC-фильтр, чтобы минимизировать любые помехи для датчиков. Использование заземляющего покрытия вокруг датчиков также минимизирует любые помехи.
Печатная плата может состоять из двух или четырех слоев. Если за пределами активных областей датчика нет места для прокладки маршрута между ИС и датчиками, необходимо использовать 4-слойную конструкцию, но можно использовать 2-слойную конструкцию, если места для прокладки достаточно. Максимально допустимое расстояние между дорожками датчика и контактом емкостного входа составляет 10 см, но один датчик может располагаться на расстоянии 10 см от контактов в одном направлении, а другой – на 10 см от контактов в противоположном направлении, что позволяет разделять датчики на 20 см.
Q : Моя печатная плата датчика готова, что теперь?
A : Емкость, как известно, сложно смоделировать, поэтому отклик датчика в каждом приложении необходимо охарактеризовать, чтобы обеспечить оптимальную настройку AD7142 / AD7143 для этого приложения. Этот процесс определения характеристик должен выполняться только один раз для каждого приложения, с одинаковыми значениями настройки, которые затем используются для каждого отдельного продукта.
Датчики охарактеризованы в приложении.Это означает, что любой покрывающий материал должен быть на месте поверх датчика, а любые другие печатные платы или компоненты, которые могут влиять на работу датчика, должны быть размещены вокруг датчика.
Для каждого канала конверсии нам нужно настроить:
- Внутреннее соединение входного контакта C IN устройства с преобразователем. Это гарантирует, что каждый датчик подключен к преобразователю через один канал преобразования.
- Значение смещения датчика, для смещения для C BULK .Это емкость, связанная с электрическим полем, которое ограничено внутри печатной платы между электродами передатчика и приемника. Это значение не изменяется, когда датчик активен, а вместо этого обеспечивает постоянное смещение для значения емкости полосы измерения.
- Начальные значения для верхнего и нижнего регистров смещения. Эти значения используются внутренней логикой для определения порога активации для каждого датчика.
Самый простой способ выполнить определение характеристик – это подключить печатную плату датчика к оценочной плате AD7142 / AD7143, которую можно приобрести в компании Analog Devices.Микроконтроллер и программное обеспечение, включенные в оценочную плату, можно использовать для определения характеристик отклика датчика и сохранения значений настройки.
Q : Какой ответ я могу ожидать?
A : Практический отклик датчика определяется изменением выхода преобразователя, когда датчик переходит из неактивного состояния в активное. Это изменение будет зависеть от площади датчика – чем больше площадь датчика, тем больше изменение, когда датчик активен.Отклик сенсора также будет зависеть от толщины укрывающего материала – если он очень толстый (4 мм и более), отклик сенсора будет минимальным. Причина в том, что электрическое поле не проникает через очень толстый покрывающий материал, поэтому пользователь не сможет шунтировать достаточное количество поля на землю, чтобы вызвать большой отклик. На рис. 8 показан типичный отклик кнопочного сенсора. В этом случае он показывает изменение примерно на 250 младших битов между активным и неактивным датчиком.
Рисунок 8. Типичный отклик кнопочного сенсора.Q : Вы упомянули программное обеспечение?
A : Взаимодействие между хост-процессором и AD7142 / AD7143 осуществляется по прерыванию. Хост реализует последовательный интерфейс: SPI или I 2 C. AD7142 / AD7143 прерывает работу хоста при прикосновении к датчику. Затем хост может считывать данные из регистров на кристалле. Если датчики являются кнопками или другими датчиками простого включения / выключения, хост просто считывает данные из регистров состояния на кристалле; активная кнопка вызывает установку бита в регистре состояния.Однако, если датчики имеют выход с высоким разрешением, программный алгоритм должен работать в программе обработки прерывания хоста для обработки данных AD7142 / AD7143.
Код предоставляется бесплатно или в виде отчислений клиентам, подписавшим лицензионное соглашение с Analog Devices. Для полосы прокрутки код обычно занимает 500 байт памяти данных и 8 Кбайт памяти кода. Для колеса прокрутки код обычно занимает 600 байт памяти данных и 10 Кбайт памяти кода.
Analog Devices предоставляет образцы драйверов, написанных на C-коде, для базовой конфигурации, датчиков кнопок и 8-позиционных переключателей, использующих интерфейсы, совместимые с SPI и I 2 C.Образцы драйверов для колес прокрутки и полос прокрутки доступны после подписания лицензии на программное обеспечение.
Q : Идеи по сборке моего готового продукта?
A : Не допускается наличие воздушного зазора между печатной платой датчика и материалом покрытия или корпусом продукта, поскольку его наличие приведет к тому, что меньшее электрическое поле будет распространяться над пластиком, уменьшая реакцию датчика. Кроме того, пластик или другой покрывающий материал может изгибаться при контакте, заставляя пользователя взаимодействовать с переменным электрическим полем и приводя к нелинейному отклику датчика.Таким образом, печатная плата датчика должна быть приклеена к покрывающему материалу, чтобы предотвратить образование воздушных зазоров.
Кроме того, вокруг датчиков не должно быть плавающего металла. Требуется расстояние 5 см « Keep Out ». Металл ближе к датчикам, чем на 5 см, должен быть заземлен, но не может быть металла ближе к датчикам, чем на 0,2 мм.
Наконец, толщина пластика, закрывающего активные области датчика, должна составлять около 2 мм. Сенсор большего размера следует использовать с более толстым пластиком; и пластика толщиной до 4 мм.
Заключение
Датчики емкости – это новая технология для интерфейса человек-машина, которая быстро становится предпочтительной технологией для целого ряда различных продуктов и устройств. Датчики емкости обеспечивают инновационные, но простые в использовании интерфейсы для широкого спектра портативных и потребительских товаров. Простые в конструкции, они используют стандартные технологии изготовления печатных плат и более надежны, чем механические переключатели. Они дают промышленному дизайнеру свободу сосредоточиться на дизайне, зная, что можно положиться на емкостные датчики, чтобы получить высокопроизводительный интерфейс, соответствующий дизайну.Разработчик может извлечь выгоду из портфеля технологий и продуктов ИС компании Analog Devices, а также получить опыт, а также доступные аппаратные и программные инструменты, которые сделают проектирование датчиков емкости максимально простым и быстрым.
Емкостный датчик– обзор
6.6 Принципы работы переносных датчиков
Работа датчиков зависит от различных методов, таких как электрический, оптический, электрохимический и пьезоэлектрический эффект.Датчики импеданса и электрохимические датчики являются важными классами носимых датчиков для мониторинга измерения физиологических параметров. Электрохимические датчики также подразделяются на амперометрические, потенциометрические и проводящие датчики, которые используют емкостную и резистивную методологию для изготовления различных датчиков. Конденсаторы – это строительные блоки электронного мира. Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется емкостью. Прикосновение – это жизненно важный сенсорный канал человека, и технология, которая используется для реагирования на физическое прикосновение, часто называется емкостным ощущением.Емкостный датчик обеспечивает низкую температурную зависимость, высокую чувствительность, низкое энергопотребление, с возможностью измерения различных химических и физических параметров. Различные типы емкостных датчиков: коаксиальный цилиндрический, с параллельными пластинами, окаймляющим полем и цилиндрическим перекрестным конденсатором [9]. Емкостные датчики подходят как для инвазивного, так и для неинвазивного измерения параметров. Окрашивающее поле конденсатора способно определять текстуру, расположение и прочность образцов [10].Электрохимические датчики очень портативны, чувствительны и недороги, их можно использовать во многих портативных анализаторах, в основе которых лежат электролиты и метаболиты. Работа датчиков начинается со сбора входных данных от целевых устройств, и входы классифицируются по трем различным категориям: целевой вход, который является фактическим входным сигналом, измеренным датчиком, мешающий вход относится к чувствительному входу и изменяющий вход, который вызывает изменение отношения входа-выхода датчика к цели и мешающим входам.По характеристикам носимые датчики делятся на статические, например датчики температуры тела и динамические. Статические датчики обладают такими характеристиками, как точность, чувствительность, порог, разрешение, допуск, диапазон, линейность, краткосрочный и долгосрочный дрейф, гистерезис, время отклика, взаимозаменяемость, перекрестная чувствительность, время восстановления и коэффициент текучести [11] . Динамические характеристики управляют рабочими характеристиками входных сигналов датчиков, такими как линейное изменение, синусоидальный шаг и линейное изменение.Выходной отклик для ступенчатого входа является переходным, который достигает устойчивого состояния, а затем возвращается к исходному значению во время восстановления. Входной сигнал линейного изменения дает линейный выходной отклик. Полиномиальное математическое уравнение n -го порядка связывает электрический выходной сигнал датчика с входным параметром.
