Емкостной сенсорный датчик, электрическая схема, печатная плата

Емкостной датчик – это один из типов бесконтактных датчиков, принцип работы которого основан на изменении диэлектрической проницаемости среды между двух обкладок конденсатора. Одной обкладкой служит сенсорный датчик схемы в виде металлической пластины или провода, а второй – электропроводящее вещество, например, металл, вода или тело человека.

При разработке системы автоматического включения подачи воды в унитаз для биде возникла необходимость применения емкостного датчика присутствия и выключателя, обладающих высокой надежностью, устойчивостью к изменению внешней температуры, влажности, пыли и питающему напряжению. Хотелось также исключить необходимость прикосновения человека с органами управления системы. Предъявляемые требования могли обеспечить только схемы сенсорных датчиков, работающих на принципе изменения емкости. Готовой схемы удовлетворяющей необходимым требованиям не нашел, пришлось разработать самостоятельно.

Получился универсальный емкостной сенсорный датчик, который не требует настройки и реагирует на приближающиеся электропроводящие предметы, в том числе и человека, на расстояние до 5 см. Область применения предлагаемого сенсорного датчика не ограничена. Его можно применять, например, для включения освещения, систем охранной сигнализации, определения уровня воды и в многих других случаях.

Электрические принципиальные схемы

Для управления подачей воды в биде унитаза понадобилось два емкостных сенсорных датчика. Один датчик нужно было установить непосредственно на унитазе, он должен был выдавать сигнал логического нуля при присутствии человека, а при отсутствии сигнал логической единицы. Второй емкостной датчик должен был служить включателем воды и находиться в одном из двух логических состояний.

При поднесении к сенсору руки датчик должен был менять логическое состояние на выходе – из исходного единичного состояния переходить в состояние логического нуля, при повторном прикосновении руки из нулевого состояния переходить в состояние логической единицы. И так до бесконечности, пока на сенсорный включатель поступает разрешающий сигнал логического нуля с сенсорного датчика присутствия.

Схема емкостного сенсорного датчика

Основой схемы емкостного сенсорного датчика присутствия является задающий генератор прямоугольных импульсов, выполненный по классической схеме на двух логических элементах микросхемы D1.1 и D1.2. Частота генератора определяется номиналами элементов R1 и C1 и выбрана около 50 кГц. Значение частоты на работу емкостного датчика практически не влияет. Я менял частоту от 20 до 200 кГц и влияния на работу устройства визуально не заметил.

С 4 вывода микросхемы D1.2 сигнал прямоугольной формы через резистор R2 поступает на входы 8, 9 микросхемы D1.3 и через переменный резистор R3 на входы 12,13 D1.4. На вход микросхемы D1.3 сигнал поступает с небольшим изменением наклона фронта импульсов из-за установленного датчика, представляющего собой кусок провода или металлическую пластину. На входе D1.4, из за конденсатора С2, фронт изменяется на время, необходимое для его перезаряда. Благодаря наличию подстроечного резистора R3, есть возможность фронты импульса на входе D1.4, выставить равным фронту импульса на входе D1.3.

Если приблизить к антенне (сенсорному датчику) руку или металлический предмет, то емкость на входе микросхемы DD1.3 увеличится и фронт поступающего импульса задержатся во времени, относительно фронта импульса, поступающего на вход DD1.4. чтобы «уловить» эту задержку про инвертированные импульсы подаются на микросхему DD2.1, представляющую собой D триггер, работающий следующим образом. По положительному фронту импульса, поступающего на вход микросхемы C, на выход триггера передается сигнал, который в тот момент был на входе D. Следовательно, если сигнал на входе D не изменяется, поступающие импульсы на счетный вход C не оказывают влияния на уровень выходного сигнала. Это свойство D триггера и позволило сделать простой емкостной сенсорный датчик.

Когда емкость антенны, из за приближения к ней тела человека, на входе DD1.3 увеличивается, импульс задерживается и это фиксирует D триггер, изменяя свое выходное состояние. Светодиод HL1 служит для индикации наличия питающего напряжения, а HL2 для индикации приближения к сенсорному датчику.

Схема сенсорного включателя

Схему емкостного сенсорного датчика можно использовать и для работы сенсорного включателя, но с небольшой доработкой, так как ему необходимо не только реагировать на приближение тела человека, но и оставаться в установившемся состоянии после удаления руки. Для решения этой задачи пришлось к выходу сенсорного датчика добавить еще один D триггер, DD2.2, включенный по схеме делителя на два.

Схема емкостного датчика была немного доработана. Для исключения ложных срабатываний, так как человек может подносить и удалять руку медленно, из-за наличия помех датчик может выдавать на счетный вход D триггера несколько импульсов, нарушая необходимый алгоритм работы включателя. Поэтому была добавлена RC цепочка из элементов R4 и C5, которая на небольшое время блокировала возможность переключение D триггера.

Триггер DD2.2 работает так же, как и DD2.1, но сигнал на вход D подается не с других элементов, а с инверсного выхода DD2.2. В результате по положительному фронту импульса, приходящего на вход С сигнал на входе D изменяется на противоположный. Например, если в исходном состоянии на выводе 13 был логический ноль, то поднеся руку к сенсору один раз, триггер переключится и на выводе 13 установится логическая единица. При следующем воздействии на сенсор, на выводе 13 опять установится логический ноль.

Для блокировки включателя при отсутствии человека на унитазе, с сенсора на вход R (установка нуля на выходе триггера вне зависимости от сигналов на всех остальных его входах) микросхемы DD2.2 подается логическая единица. На выходе емкостного выключателя устанавливается логический ноль, который по жгуту подается на базу ключевого транзистора включения электромагнитного клапана в Блоке питания и коммутации.

Резистор R6, при отсутствии блокирующего сигнала с емкостного датчика в случае его отказа или обрыва управляющего провода, блокирует триггер по входу R, тем самым исключает возможность самопроизвольной подачи воды в биде. Конденсатор С6 защищает вход R от помех. Светодиод HL3 служит для индикации подачи воды в биде.

Конструкция и детали емкостных сенсорных датчиков

Когда я начал разрабатывать сенсорную систему подачи воды в биде, то наиболее трудной задачей мне казалась разработка емкостного датчика присутствия. Обусловлено это было рядом ограничений по установке и эксплуатации. Не хотелось, чтобы датчик был механически связан с крышкой унитаза, так как ее периодически надо снимать для мойки, и не мешал при санитарной обработке самого унитаза. Поэтому и выбрал в качестве реагирующего элемента емкость.

Сенсорного датчика присутствия

По выше опубликованной схеме сделал опытный образец. Детали емкостного датчика собраны на печатной плате, плата размещена в пластмассовой коробке и закрывается крышкой. Для подключения антенны в корпусе установлен одноштырьковый разъем, для подачи питающего напряжения и сигнала установлен четырех контактный разъем РШ2Н. Соединена печатная плата с разъемами пайкой медными проводниками в фторопластовой изоляции.

Сенсорный емкостной датчик собран на двух микросхемах КР561 серии, ЛЕ5 и ТМ2. Вместо микросхемы КР561ЛЕ5 можно применить КР561ЛА7. Подойдут и микросхемы 176 серии, импортные аналоги. Резисторы, конденсаторы и светодиоды подойдут любого типа. Конденсатор С2, для стабильной работы емкостного датчика при эксплуатации в условиях больших колебаниях температуры окружающей среды нужно брать с малым ТКЕ.

Установлен датчик под площадкой унитаза, на которой установлен сливной бачок в месте, куда в случае протечки из бачка вода попасть не сможет. К унитазу корпус датчика приклеен с помощью двустороннего скотча.

Антенный датчик емкостного сенсора представляет собой отрезок медного многожильного провода длинной 35 см в изоляции из фторопласта, приклеенного с помощью прозрачного скотча к внешней стенке чаши унитаза на сантиметр ниже плоскости очка. На фотографии сенсор хорошо виден.

Для настройки чувствительности сенсорного датчика необходимо после его установки на унитаз, изменяя сопротивление подстроечного резистора R3 добиться, чтобы светодиод HL2 погас. Далее положить руку на крышку унитаза над местом нахождения сенсора, светодиод HL2 должен загораться, если руку убрать, потухнуть. Так как бедро человека по массе больше руки, то при эксплуатации сенсорный датчик, после такой настройки, будет работать гарантировано.

Конструкция и детали емкостного сенсорного включателя

Схема емкостного сенсорного включателя имеет больше деталей и для их размещения понадобился корпус большего размера, да и по эстетическим соображениям, внешний вид корпуса, в котором был размещен сенсорный датчик присутствия не очень подходил для установки на видном месте. Внимание на себя обратила настенная розетка rj-11 для подключения телефона. По размерам она подходила и имела хороший внешний вид. Удалив из розетки все лишнее, разместил в ней печатную плату емкостного сенсорного выключателя.

Для закрепления печатной платы в основании корпуса была установлена короткая стойка и к ней с помощью винта прикручена печатная плата с деталями сенсорного выключателя.

Датчик емкостного сенсора сделал, приклеив ко дну крышки розетки клеем «Момент» лист латуни, предварительно вырезав в них окошко для светодиодов. При закрывании крышки, пружина (взята от кремниевой зажигалки) соприкасается с латунным листом и таким образом обеспечивается электрический контакт между схемой и сенсором.

Крепится емкостной сенсорный включатель на стену с помощью одного самореза. Для этого в корпусе предусмотрено отверстие. Далее устанавливается плата, разъем и закрепляется защелками крышка.

Настройка емкостного вы

ydoma.info

MLab.org.ua — Изготовление высоковольтного емкостного датчика

Высоковольтный емкостной датчик (далее датчик) – устройство для снятия формы вторичного напряжения системы зажигания и последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования.

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Важно!
Экран кабеля датчика обязательно должен быть соединен с землей регистрирующего оборудования. Экран должен представлять собой плотную металлическую оплетку, вязанную крест на крест без просветов. Чем меньше длина участка сигнального провода кабеля без экрана – тем меньше будет электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов.
Снятие формы вторичного напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.

Из чего следует:

1. Сигнал на выходе датчика будет тем больше чем ближе емкостная пластина к токопроводящей жиле ВВ провода.

2. Влияние электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов будет тем меньше чем меньше размер емкостной пластины и чем меньше не экранированный участок сигнального провода.

3. Величина паразитной емкостной связи всегда зависит от ВВ провода (толщины токопроводящей жилы, толщины и диэлектрической проницаемости изоляции) из чего следует, что величина сигнала на выходе датчика будет разной для одного и того же истинного значения вторичного напряжения, т.е. не возможно однозначно установить соответствие 1 В на выходе датчика – 10 КВ во вторичной цепи.

4. Емкостная связь представляет собой дифференцирующую цепочку (ФВЧ) пропускающую высокочастотные колебания (область пробоя), и не пропускающую низкочастотные колебания (область горения), т.е. форма вторичного напряжения на выходе датчика будет искажена.

Сд – емкость между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика
Rвх – входное сопротивление регистрирующего оборудования
Свх – входная емкость не учитывается, так как она фактически в данном случае ни на что не влияет

На графике красного цвета изображен исходный сигнал (меандр 1 КГц, скважность 10%, амплитуда 1 В)
На графике синего цвета изображен сигнал, полученный на выходе дифференцирующей цепочки

Сигнал с выхода датчика без использования компенсационной емкости

Для устранения искажения формы вторичного напряжения на выходе датчика, необходимо использовать дополнительную компенсационную емкость, которая с емкостью датчик-жила образует емкостной делитель:

Без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования, коэффициент передачи емкостного делителя определяется следующим соотношением: Kп = Сд / (Сд + Ск). Как видно из соотношения, чем больше значение емкости Ск тем меньше будет значение напряжения на выходе емкостного делителя. Для идеального емкостного делителя без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования Ск можно взять сколь угодно малое, при этом форма сигнала на выходе делителя в точности будет соответствовать форме сигнала на его входе.

При учете входного сопротивления соотношение для определения коэффициента передачи становится гораздо объемнее, но зависимость Kп от Ск остается той же. Входное сопротивление регистрирующего оборудования на прямую не влияет на Kп, оно определяет “степень вносимого искажения”.

При увеличении входного сопротивления искажения формы вторичного напряжения значительно уменьшаются. В большинстве случаев входное сопротивления практических все осциллографов используемых для автодиагностики находится в диапазоне 1 МОм, за исключением специализированных входов предназначенных исключительно для подключения ВВ датчиков. По этому при непосредственном подключении датчика к входу осциллографа (без специализированного адаптера) Rвх также можно принять за константу, и ограничится варьированием только Ск.

Примечание!
Подключение датчика к входу осциллографа просто через резистор 10 МОм приведет к увеличению входного сопротивления и соответственно уменьшению искажения формы вторичного напряжения, но при этом примерно в десять раз уменьшиться коэффициент передачи входного тракта канала. Для увеличения входного сопротивления без уменьшения коэффициента передачи необходимо использовать промежуточный буфер (повторитель – простейший адаптер) с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.
Для текущих Сд (точно не известно) и Rвх (обычно 1 МОм) значение Ск подбирается исходя из компромисса:
1. Чем меньше Ск тем больше амплитуда напряжения на выходе емкостного делителя
2. Чем больше Ск тем меньше степень искажения формы вторичного напряжения

Практически значение Ск возможно увеличивать до тех пор, пока “амплитуда” напряжения на выходе емкостного делителя будет достаточно выделяться на фоне шума.

Местоположение подключения Ск: в начале кабеля (ближе к емкостной пластине) или в конце кабеля (ближе к входу регистрирующего оборудования) – практически не влияет на форму и амплитуду сигнала с выхода датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной на входе осциллографа, на графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной непосредственно возле емкостной пластины. Как видно форма сигналов практически одинакова, а амплитуда различается в пределах разброса номинала используемых емкостей +/- 20%.

Примеры осциллограмм вторичного напряжения снятого одним и тем же датчиком с емкостной пластиной в виде круга диаметром ~10 мм при разных значениях Ск, на стенде с DIS катушки 2112-3705010 (форма вторичного напряжения несколько отличается от привычной из-за разряда на открытом воздухе).

Ск = 470 пФ. Область горения значительно проседает, но амплитуда пробоя достигает 5 Вольт.

Ск = 1.8 нФ. Область горения также значительно проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 2 Вольт.

Ск = 3.3 нФ. Область горения не много проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 1 Вольта.

Ск = 10 нФ. Область горения практически не проседает, но и амплитуда пробоя уменьшилась до 0.4 Вольт.

Как видно при Ск = 10 нФ форма вторичного напряжения практически не искажена, а шум довольно не значительный.

Для сравнения приведены осциллограммы вторичного напряжения снятые с одного и того же ВВ провода без использования адаптера и с использованием специализированного адаптера зажигания.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 10 нФ) непосредственно подключенного к входу осциллографа. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с адаптера Постоловского, к которому подключен “родной” ВВ датчик Постоловского.

Как видно форма обеих сигналов практически совпадает, но с адаптера содержащего промежуточные усилители, сигнал имеет в 3 раза большую амплитуду.

Примечание!
Все адаптеры, использующие емкостные датчики искажают форму вторичного напряжения, но при высоком входном сопротивлении и достаточной Ск, вносимое искажение крайне не значительно.

В простейшем случае емкостной съемник это любой металлический предмет расположенный рядом с ВВ проводом, т.е. в роли емкостной пластины могут выступать зажим типа “крокодил”, фольга намотаня на ВВ провод, монетка и т.д.

Практически в качестве высоковольтного емкостного датчика рекомендуется использовать конструкцию, которая удовлетворяет следующим требованием:
1. Высокая степень защиты от пробоя
2. Малая подверженность электромагнитным наводкам от соседних ВВ проводов
3. Удобное конструктивное исполнение для быстрого подключения датчика к ВВ проводу

Примеры конструкции ВВ емкостных датчиков:

Жестяная пластинка 20×70 мм, выгибается, так что бы плотно прижиматься к ВВ проводу.

По сути, та же пластина только в изоляции.

ВВ датчик типа “прищепка”.

ВВ датчик аналогичный одной из конструкций Бош (поставляется по цене $7 / шт).

В качестве примера рассмотрим процесс изготовления ВВ датчика на основании выше приведенной конструкции компании Бош.

Для изготовления датчика необходимо:

1. Выше рассмотренная ручка ВВ датчика.

2. Экранированный кабель 1-3 м. Желательно использовать мягкий микрофонный кабель, так как при эксплуатации он намного удобнее жесткого коаксиального кабеля. Волновое сопротивление кабеля 50 или 75 Ом, значения не имеет, так как все исследуемые сигналы находятся в области низких частот.

3. Разъемы для подключения датчика к осциллографу или адаптеру зажигания BNC-FJ / BNCP / FC-022 Переходник гнездо F / BNC под F-ку (разъем один и тот же только у разных производителей / продавцов он по-разному называется).

BNC-M / FC-001 / RG58 / F разъем

Примечание!
При покупке F разъема и кабеля обращайте внимание на соответствие диаметра кабеля к диметру разъема для накрутки на кабель, иначе либо придется срезать часть изоляции кабеля для уменьшения его диаметра, либо наматывать ленту на кабель для увеличения его диаметра.
4. Сальник / гермоввод / кабельный ввод PG-7 с дюймовой резьбой

5. Емкостная пластина “пятачок” диаметром 9-10 мм

“Пятачок” возможно либо вырезать из жести, либо использовать специальный пробойник (лучше всего использовать пробойник на 8 мм, после развальцовки получится “пятачок” диаметром чуть больше 9 мм):

Также в качестве “пяточка” возможно, использовать подходящие по диаметру канцелярские кнопки.

6. Компенсационная емкость – не полярный (лучше керамический) конденсатор номиналом от 2.2 нФ до 10 нФ на напряжение 50 Вольт (если использовать конденсатор на 1 КВ то в случае пробоя ВВ провода он все равно сгорит). Возможно использовать как выводные конденсаторы так и планарные в корпусе 1206 или 0805.

Порядок изготовления:

1. Удалить изоляцию с экранированного кабеля до оплетки, на участке 12-13 мм. Часть оплетки под снятой изоляцией вывернуть наружу и равномерно расположить вдоль кабеля. С сигнального провода снять изоляцию на участке 10-11 мм и залудить его.

2. Накрутить на кабель F разъем, так что бы он плотно держался на кабеле и хорошо контактировал с частью вывернутой оплетки. При этом сигнальный провод должен выступать на достаточную длину из F разъема для надежного контакта с центральным стержнем разъема BNC-FJ.

3. Накрутить разъем BNC-FJ на F разъем. После чего проверить наличие контакта (прозвонить тестером) между сигнальным проводом и центральным стержнем разъема BNC-FJ, между оплеткой кабеля и экраном разъема BNC-FJ и отсутствие контакта между сигнальным проводом и оплеткой кабеля.

4. Если есть сальник PG-7 то предварительно надеть его на кабель открутив с него гайку.

5. Удалить изоляцию и оплетку с противоположного конца кабеля, на участке 3-5 мм. С сигнального провода снять изоляцию на участке 2-3 мм. Припаять к залуженному сигнальному проводу емкостную пластину.

При необходимости припаять компенсационную емкость между сигнальным проводом и оплеткой.

6. Обмотать участок сигнального провода и припаеную компенсационную емкость изолентой, так что бы емкостная пластина не болталась и была поджата краем изоленты. После чего емкостную пластину обильно смазывать солидолом.

Солидол “улучшает” диэлектрическую проницаемость и устраняет скачки области горения.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) без солидола. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) с использованием солидола. Без использования солидола область горения иногда “подскакивает” на 20-30%.

7. Надеть ручку ВВ датчика так, что бы емкостная пластина упиралась в дно колпачка датчика. После чего зажать кабель либо с помощью сальника PG-7 либо закрепить изолентой (при этом с датчиком нужно обращаться крайне осторожно, что бы случайно не вырвать кабель из ручки датчика).

В результате должен получится высоковольтный емкостной датчик, который возможно непосредственно подключать к одному из аналоговых (с наличием Ск) или к логическому (без Ск) входов осциллографа.

Диагностика классической системы зажигания с трамблером с помощью 2-х рассматриваемых датчиков…

www.mlab.org.ua

Простой датчик приближения

Датчики приближения бывают емкостными, ультразвуковыми, оптическими. Автор Instrictables под ником Electro maker придумал простой оптический датчик приближения. Неудобен он лишь тем, что ток через инфракрасный светодиод никак не промодулирован, а фотодиод, соответственно, реагирует и на непрерывное излучение и требует экранировки от других источников света (например, трубкой). Схема прибора показана ниже:

Мастер выбирает компоненты для самоделки. Инфракрасные светодиод и фотодиод:

Постоянные резисторы:

Подстроечный резистор:

Операционный усилитель LM358:

Светодиод видимого свечения:

Панель для микросхемы (необязательна):

Вместо светодиода можно подключить пищалку со встроенным генератором, тогда соответствующий резистор становится ненужным:

Подойдёт и пищалка без встроенного генератора, если собрать внешний генератор звуковой частоты своими руками. На такой макетной плате типа perfboard места хватит:

Если вы обошли несколько Фикс Прайсов, и во всех кончились вечные двигатели, придётся воспользоваться источником питания попроще:

Установив компоненты на плату, мастер соединяет их по схеме пайкой:

Фотодиод и оба светодиода, как и батарейку (или блок питания), необходимо подключить в указанной на схеме полярности, микросхему правильно ориентировать. Разработчику попались прозрачный инфракрасный светодиод и чёрный фотодиод, но бывает и наоборот. Определить, что из них чем является, помогут батарейка, резистор и любой телефон с камерой.

Фотодиод и резистор на 10 кОм образуют делитель напряжения. При освещении фотодиода инфракрасными лучами, отражёнными, например, от руки, напряжение в точке подключения операционного усилителя к делителю возрастает. ОУ включён таким образом, что он работает как компаратор. Он сравнивает напряжение, поступающее с делителя, с напряжением, поступающим с подвижного контакта подстроечного резистора. Таким образом можно регулировать порог срабатывания датчика, с одной стороны, исключив ложные срабатывания, а с другой — обеспечив уверенное обнаружение приближения.

Настроив порог срабатывания, мастер проверяет работу датчика:

Трубки, защищающей фотодиод от боковой засветки, здесь для наглядности нет, без неё схема правильно работает только при неярком окружающем освещении.

Небольшая домашка: что будет если поменять в делителе фотодиод и резистор местами, и одновременно поменять местами входы операционного усилителя?

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Для изготовления емкостного экспресс датчика в домашних условиях

Емкостной экспресс датчик (далее датчик) – устройство для оперативного снятия формы вторичного напряжения, импульсов впрыска форсунки и т.д., последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования. Основное отличие экспресс датчика от “обычного” емкостного датчика заключается в возможности быстро доступа к трудно доступным источникам сигнала, а также в наличии оперативного регулирования чувствительности датчика.

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, компенсационной емкости между сигнальным проводом и экраном, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Снятие формы напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между источником сигнала и емкостной пластиной датчика. Как известно величина емкости (емкостной связи) прямо пропорциональна площади емкостных пластин, т.е. чем больше пластина, тем больше уровень сигнала на выходе, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами, т.е. чем меньше расстояние от источника сигнала до емкостной пластины датчика, тем больше уровень сигнала на выходе. Компенсационная емкость предназначена для коррекции формы сигнала искаженной дифференциальной цепочкой (паразитной емкостной связью). Чем больше величина компенсационной емкости, тем меньше будет искажена форма сигнала, но и тем меньше будет амплитуда сигнала на выходе датчика.

Для изготовления емкостного экспресс датчика в домашних условиях необходимо:
1. Экранированный кабель длинной 2-3м. Для примера взят 2,5м щуп оканчивающийся BNC разъемом и зажимами типа крокодил.
2. Монета 5 копеек используемая как емкостная пластина.
3. Металлическая линейка длинной 30-40 см. Именно металлическая взята с целью экранирования от внешних электромагнитных наводок и лучшей упругости.
4. Компенсационная емкость – выводной керамический конденсатор 33 нФ, 50 Вольт.
5. Изолента для крепления всех элементов и изоляции емкостной пластины от металлической линейки.

Порядок изготовления:
1. Обмотать один и краев линейки изолентой (достаточно 2-3 слоя), так что бы пятачок помещенный поверх изоленты не контачил с линейкой.

2. Соединить пятачок с сигнальной жилой кабеля, линейку с экраном кабеля, а компенсационную емкость установить между сигнальной жилой и экраном кабеля.

3. Закрепить пятачок и кабель на линейке. Поверх пяточка достаточно 2-3 витков.

4. В результате должна получится следующая конструкция. Для примера рядом находится емкостной экспресс датчик компании AceLab.

Для снятия формы сигнала достаточно просто приложить пятачок к соответствующему источнику сигнала (ВВ провод, форсунка и т.д.).

Кроме того, необходимо учитывать, что при наличии металлического экрана между источником сигнала и датчиком (индивидуальные катушки в глубоких шахтах, форсунки в металлическом корпусе) амплитуда сигнала значительно уменьшается, иногда до нескольких милливольт. Для увеличения амплитуды необходимо отключить компенсационный конденсатор, вследствие чего амплитуда возрастет в 20-30 раз, но форма сигнала будет искажена. Для оперативного подключения / отключения компенсационной емкости, возможно, использовать небольшой переключатель, замыкающий соединение конденсатора с пятачком.

Так как конструкция описанного емкостного экспресс датчика на первый взгляд кажется достаточно примитивной, то приведем результаты его сравнения с промышленно выпускаемым емкостным экспресс датчиком компании AceLab. Датчик AceLab изготовлен на основании тоже принципа – паразитная емкостная связь, в качестве емкостной пластины используется полигон на печатной плате, компенсационная емкость опционально подключается с помощью тумблера возле окончания датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с датчика AceLab (Ск = 20 нФ), а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск = 33 нФ). Оба датчика находятся рядом на одном и том же высоковольтном проводе. Как видно, форма обеих сигналов практически идентична.

“5-ти копеечный” емкостной экспресс датчик подключен к USB-приставке «АВТОАС-ЭКСПРЕСС».

На графике красного цвета изображен сигнал с форсунки снятый обычным измерительным щупом, а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск отключена). Как видно, экспресс датчик также позволяет определить длительность импульса открытия форсунки, не производя при этом ни каких длительных подключений, но форма сигнала без использовании Ск значительно искажена.

www.adis-spb.ru

Заметки для мастера — Емкостные реле в быту

          Емкостные реле в быту

 

          Емкостный датчик в качестве противоугонного устройства

   При несанкционированном проникновении злоумышленника в салон автомобиля срабатывает емкостное реле и разрывает контактную цепь, идущую к замку зажигания (Рис.1). Емкостное реле самоблокируется и включает реле времени, находящееся до этого в ждущем режиме. Реле времени начинает отсчет времени, находящийся в пределах 10…60 с, после чего контакты реле времени включают мощную многотональную звуковую сигнализацию. При желании владельца автомобиля контакты реле времени могут включать электрошоковое устройство, тогда угонщик будет подвержен слабому воздействию электрического тока силой 1…6 мА и напряжением 300….3000 В. Дверные замки автомобиля автоматически закрываются и самоблокируются. Может также включаться радиомаяк, расположенный внутри автомобиля. Эти дополнительные устройства могут быть установлены по желанию автовладельца.

Рис.1

Датчиком емкостного реле служит кусок металлической фольги размером 100×50 мм или же фольгированный текстолит аналогичных размеров. Датчик может быть расположен в салоне автомобиля под сидением водителя, или же выполнен в виде какой-либо декоративной панели, привлекающей угонщика, или, наоборот, спрятанной, и тем самым не заметной для глаз злоумышленника, но к которой угонщик обязательно должен прикоснуться.
Датчиков в салоне автомобиля может быть 1… 10 штук.
Приводится противоугонное устройство в действие микровыключателем, расположенным в салоне автомобиля, известным о месте его нахождения только владельцу транспортного средства.На принципиальной схеме устройства микровыключатель не указан.
Сопротивление катушки K1 от 1 кОм до 175 Ом; число витков катушки — 3400; ток срабатывания составляет 36 мA ток отпускания — 8 мА; напряжение питания — 12 В. Катушка колебательного контура L1 намотана на бумажном каркасе диаметром 8… 10 мм и содержит 26 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,3…0,4 мм, намотанных виток к витку в один слой. Отвод сделан от 7-го витка.

А.Гайдук, г. Борисов

 

         Простое емкостное устройство

 

        Устройство, схема которого показана на рис.2, работает на звуковых частотах. Для увеличения чувствительности здесь в контур генератора НЧ введен полевой транзистор, к затвору которого подключается датчик.

 

Рис.2

        Генератор прямоугольных импульсов со звуковой частотой около 1000 Гц собран на элементах DD1.1 и DD1.2. В качестве выходного каскада используется элемент DD1.3 той же микросхемы К155ЛА3, нагрузкой которого служит телефонный капсюль.

        С целью дальнейшего увеличения чувствительности емкостного реле возможно увеличение количества элементов, введенных в RC – цепочку. Однако следует учитывать, что при пяти и больше логических элементах в схеме наладка не усложняется.

        Обычное емкостное реле начинает работать сразу после включения. Требуется только подстроить резистор R1 на пороговую чувствительность.

        При отладке данного реле возможны два варианта его работы: срыв или, наоборот, возникновение генерации при введении емкости. Установка требуемого варианта осуществляется подбором переменного резистора R1. При приближении руки к датчику Е1 подстройкой резистора R1 добиваются, чтобы расстояние, с которого срабатывало бы емкостное реле, было около 10 – 20 см.

        Для подключения исполнительных механизмов к емкостному реле сигнал с элемента DD1.3 следует подать на электронное реле.

 

Крылов А.

Ярославская обл.

 

          Емкостное реле для управления освещением

 

        В часто посещаемых помещениях для экономии электроэнергии удобно применить емкостное реле для управления освещением. При входе в помещение, если необходимо включить свет, проходят вблизи емкостного датчика, который подает сигнал в емкостное реле, и лампа включается. Выходя из помещения, если нужно выключить свет, проходят вблизи емкостного датчика на выключение, и реле выключает лампу. В ждущем режиме устройство потребляет ток около 2 мА.

        Принципиальная схема емкостного реле изображена на рис.3

 

Рис.3

        Устройство по схеме подобно реле времени, у которого времязадающий узел заменен триггером на логических элементах DD1.1, DD1.2. При включении тумблера S1 через лампу HL1 будет протекать ток, если на базу транзистора VT1 с выхода элемента DD1.1 поступает напряжение высокого уровня. Транзистор VT1 при этом открыт, и тиристор VD6 открывается в начале каждого полупериода напряжения. Триггер переключается от емкостного тока утечки, при приближении человека на некоторое расстояние к одному из емкостных датчиков, если до этого он переключился от приближения к другому. При смене напряжения высокого уровня на базе транзистора VT1 на напряжение низкого уровня тиристор VD6 закроется, и лампа погаснет.

        Емкостные датчики Е1 и Е2 представляют собой отрезки коаксиального кабеля (например, РК-100, ИКМ-2), со свободного конца которых на длину около 0.5 м снят экран. Изоляцию с центрального провода снимать не нужно. Край экрана необходимо изолировать. Датчики можно прикрепить к дверной раме. Длину неэкранированной части датчиков и сопротивление резисторов R5. R6 подбирают при налаживании устройства так, чтобы триггер надежно переключался при прохождении человека на расстоянии 5…10 см от датчика.

        При налаживании устройства необходимо соблюдать меры предосторожности, так как элементы устройства находятся под напряжением сети.

 

С. Лобкович, г. Минск

 

          Схема емкостного реле на микросхеме

 

        Что такое емкостное реле? Это электронное реле, срабатывающее при изменении емкости между его датчиком и общим проводом. Чувствительным узлом большинства емкостных реле является генератор электрических колебаний довольно высокой частоты (сотни килогерц и выше). Когда параллельно контуру такого генератора подключается дополнительная емкость, то либо изменяется в определенных пределах частота генератора, либо его колебания срываются вовсе. В любом случае срабатывает пороговое устройство, соединенное с генератором, — оно включает звуковой или световой сигнализатор.

        Емкостное реле нередко используют для охраны различных объектов. При приближении к объекту человека реле извещает об этом охрану. Кроме того, оно находит применение в устройствах автоматики.

        Схема емкостного реле приведена на рис.4

 

 

Рис.4

        Устройство собрано на одной интегральной цифровой микросхеме и не содержит намоточных деталей, без которых не обойтись при изготовлении устройств с высокочастотным генератором.

        Работает емкостное реле так. Пока емкость между датчиком, подключаемым к гнезду XS1, относительно общего провода (минус источника питания) мала, на резисторе R2, а значит, на соединенном с ним входе элемента DD1.3 формируются короткие импульсы положительной полярности, а на выходе элемента (вывод 4) – такие же импульсы отрицательной полярности. Иначе говоря, напряжение на выходе элемента большую часть времени имеет уровень логической 1, а в течении очень короткого промежутка – уровень логического 0. Конденсатор С5 медленно заряжается через резистор R3, когда на выходе элемента уровень логической 1, и быстро разряжается через диод VD1 при появлении уровня логического 0. Поскольку разрядный ток значительно превышает зарядный, напряжение на конденсаторе С5 имеет уровень логического 0, и элемент DD1.4 закрыт для сигнала звуковой частоты.

        При приближении к датчику руки его емкость относительно общего провода увеличится, амплитуда импульсов на резисторе R2 уменьшится и станет меньше порога включения элемента DD1.3. На выходе элемента DD1.3 будет постоянно уровень логической 1, до этого уровня зарядится конденсатор С5. Элемент DD1.4 начнет пропускать сигнал звуковой частоты, и в капсюле BF1 раздастся звук.

        Чувствительность емкостного реле можно изменять подстроечным конденсатором С3.

        Датчик представляет собой металлическую сетку (или пластину) размерами примерно 200 х 200 мм, чтобы обеспечить сравнительно высокую чувствительность реле.

        Проверяют и настраивают реле в такой последовательности. Одной рукой берутся за неизолированный конец «земляного» провода и, поворачивая ротор подстроечного конденсатора, устанавливают его в положение, при котором звукового сигнала нет. Теперь при приближение другой руки к датчику в капсюле должен раздаваться звуковой сигнал. Если его нет, можно увеличить емкость конденсатора С3. Если же сигнал вообще не исчезает, следует уменьшить емкость конденсатора С2 или вовсе изъять его из конструкции. Более точным подбором емкости подстроечного конденсатора можно добится срабатывания реле при поднесении руки к датчику на расстоянии более десяти сантиметров.

        Если емкостное реле захотите использовать для включения мощной нагрузки, соберите схему на рис.5.

 

Рис.5

        Теперь к элементу DD1.4 подключен транзистор VT1, коллекторная цепь которого соединена с управляющим электродом тиристора VS1. Тиристор, а значит, и его нагрузка могут питаться либо постоянным, либо переменным током. В первом случае после «срабатывания» реле и последующего его «отпускания» (когда от датчика уберут руку) выключить тиристор удастся лишь кратковременным отключением питания его анодной цепи. Во втором варианте тиристор будет выключатся при закрывании транзистора.

 

Нечаев.И.

г. Курск 

 

          Емкостное реле на транзисторах

 

        На рис.6 показана схема простого транзисторного емкостного реле.

 

Рис.6

        Транзисторы VT1 – VT3 формируют усилитель электрического сигнала, возникшего в результате наводки от человеческого тела. Конденсатор С1, диоды D2 и D3 защищают реле от ложного срабатывания.

        Сенсор представляет собой пластину из алюминия или меди размером примерно 10 см х 10 см. Транзисторы VT1, VT3 возможно заменить на КТ3102, КТ815.

        При наладке данной схемы, следует соблюдать меры электробезопасности, так как все элементы конструкции находятся под напряжением электросети.

 

        

kopilkasovetov.ucoz.ru

MLab.org.ua — Изготовление емкостного экспресс датчика

Емкостной экспресс датчик (далее датчик) – устройство для оперативного снятия формы вторичного напряжения, импульсов впрыска форсунки и т.д., последующей передачи его на один из входов регистрирующего оборудования. Основное отличие экспресс датчика от “обычного” емкостного датчика заключается в возможности быстро доступа к трудно доступным источникам сигнала, а также в наличии оперативного регулирования чувствительности датчика. Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, компенсационной емкости между сигнальным проводом и экраном, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования. Снятие формы напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между источником сигнала и емкостной пластиной датчика. Как известно величина емкости (емкостной связи) прямо пропорциональна площади емкостных пластин, т.е. чем больше пластина, тем больше уровень сигнала на выходе, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами, т.е. чем меньше расстояние от источника сигнала до емкостной пластины датчика, тем больше уровень сигнала на выходе. Компенсационная емкость предназначена для коррекции формы сигнала искаженной дифференциальной цепочкой (паразитной емкостной связью). Чем больше величина компенсационной емкости, тем меньше будет искажена форма сигнала, но и тем меньше будет амплитуда сигнала на выходе датчика. Для изготовления емкостного экспресс датчика в домашних условиях необходимо: 1. Экранированный кабель длинной 2-3м. Для примера взят 2,5м щуп оканчивающийся BNC разъемом и зажимами типа крокодил. 2. Монета 5 копеек используемая как емкостная пластина. 3. Металлическая линейка длинной 30-40 см. Именно металлическая взята с целью экранирования от внешних электромагнитных наводок и лучшей упругости. 4. Компенсационная емкость – выводной керамический конденсатор 33 нФ, 50 Вольт. 5. Изолента для крепления всех элементов и изоляции емкостной пластины от металлической линейки. Порядок изготовления: 1. Обмотать один и краев линейки изолентой (достаточно 2-3 слоя), так что бы пятачок помещенный поверх изоленты не контачил с линейкой. 2. Соединить пятачок с сигнальной жилой кабеля, линейку с экраном кабеля, а компенсационную емкость установить между сигнальной жилой и экраном кабеля. 3. Закрепить пятачок и кабель на линейке. Поверх пяточка достаточно 2-3 витков. 4. В результате должна получится следующая конструкция. Для примера рядом находится емкостной экспресс датчик компании AceLab. Для снятия формы сигнала достаточно просто приложить пятачок к соответствующему источнику сигнала (ВВ провод, форсунка и т.д.). Кроме того, необходимо учитывать, что при наличии металлического экрана между источником сигнала и датчиком (индивидуальные катушки в глубоких шахтах, форсунки в металлическом корпусе) амплитуда сигнала значительно уменьшается, иногда до нескольких милливольт. Для увеличения амплитуды необходимо отключить компенсационный конденсатор, вследствие чего амплитуда возрастет в 20-30 раз, но форма сигнала будет искажена. Для оперативного подключения / отключения компенсационной емкости, возможно, использовать небольшой переключатель, замыкающий соединение конденсатора с пятачком. Так как конструкция описанного емкостного экспресс датчика на первый взгляд кажется достаточно примитивной, то приведем результаты его сравнения с промышленно выпускаемым емкостным экспресс датчиком компании AceLab. Датчик AceLab изготовлен на основании тоже принципа – паразитная емкостная связь, в качестве емкостной пластины используется полигон на печатной плате, компенсационная емкость опционально подключается с помощью тумблера возле окончания датчика. На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с датчика AceLab (Ск = 20 нФ), а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск = 33 нФ). Оба датчика находятся рядом на одном и том же высоковольтном проводе. Как видно, форма обеих сигналов практически идентична. “5-ти копеечный” емкостной экспресс датчик подключен к USB-приставке «АВТОАС-ЭКСПРЕСС». На графике красного цвета изображен сигнал с форсунки снятый обычным измерительным щупом, а на графике синего цвета изображен сигнал, полученный “5-ти копеечным” емкостным экспресс датчиком (Ск отключена). Как видно, экспресс датчик также позволяет определить длительность импульса открытия форсунки, не производя при этом ни каких длительных подключений, но форма сигнала без использовании Ск значительно искажена.

www.mlab.org.ua

РадиоКот :: Емкостное реле.

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Бытовая техника >

Емкостное реле.

Вот представьте себе — входите вы в сортир, а там хоп! — и свет сам зажегся. Ну, вы недоуменно поозирались, попудрили, стало быть, нос, и вышли оттуда. А свет-то — хрясь! — и сам выключился. Красота. Сплошная автоматизация и экономия электричества. Существует множество способов достичь вышеописанного эффекта, однако самый эффективный из них — это емкостное реле. У него меньше всего недостатков, простая схемотехника, оно несложно в изготовлении. Правда, немножко придется повозиться с настройкой, ну да что уж там — не каждый день — один раз настроил и готово.
Итак, смотрим схему:

Как можно убедиться, единственные неприятные в изготовлении элементы схемы — это две катушки, но что делать — надо.
Как же все это работает? Все просто.
В исходном состоянии, то есть если не подходить и не касаться датчика, генератор на транзисторе VT1 работает с частотой около 100 кГц. А контур L2С3 настроен на ту же самую частоту, то есть — в резонанс и связан с генератором через резистор R2. В результате, на инвертирующем входе компаратора DA1 присутствует напряжение около 5 вольт. А поскольку на другом входе компаратора тоже есть некое, специально подобранное напряжение, то на выходе микросхемы почти ноль.
Теперь давайте подойдем к датчику. Что происходит?
Емкость датчика возрастает, частота колебаний генератора резко падает. Контура здорово расстраиваются относительно друг друга — никаким резонансом уже и не пахнет. В результате напряжение на входе компаратора падает и на выходе появляется напряжение 7-8 вольт, которое можно использовать по своему усмотрению.

О деталях.
Транзистор — любой из серии КП303, ОУ — К140УД7, УД8. Тип резисторов и конденсаторов не критичен. Обе катушки намотаны на одинаковых кольцах из феррита 2000НМ внешним диаметром 20 мм и содержат по 100 витков провода ПЭВ-2 0,2 мм. Намотка выполняется виток к витку. У катушки L1 отвод делается от 20-го витка, считая от нижнего по схеме конца, у L2 — от середины. Расстояние между началом и концом должно быть не меньше 3-4 мм.

Настройка.
После сборки делается предварительная настройка реле. Окончательная производится после того, как вы определитесь с тем, где будет стоять это устройство, и чем оно будет заниматься. Короче — опиливание по месту. Итак, для предварительной настройки в качестве датчика берем два куска провода диаметром около 1 мм и длиной 1-1,5 м. Располагаем их параллельно друг другу на расстоянии 15-20 см. Подключаем вольтметр к конденсатору C5 и вращая подстроечный конденсатор C4 добиваемся максимальных показаний вольтметра. Если при этом емкость C4 окажется наибольшей, то параллельно ему подключаем постоянный конденсатор емкостью 10-15пФ и повторяем настройку. Напряжение должно быть в пределах 2,5-5 вольт. Если оно меньше подбираем резистор R1 в сторону уменьшения, однако его сопротивление не может быть меньше 500 кОм. После этого можно настроить порог срабатывания устройства. Для этого к выходу ОУ можно подключить светодиод через резистор 1 кОм. Движок резистора R3 устанавливаем в нижнее по схеме положение, а R2 — в среднее. Светодиод должен гореть. Теперь, вращаем движок R3 и добиваемся погасания светодиода. Подносим руку к датчику или касаемся его — светодиод должен загореться. Ура — предварительную настройку считаем законченной. Дальнейшая настройка, как уже отмечалось выше осуществляется на месте работы реле. В качестве датчика можно использовать, например, полоски фольги длиной 30-40 см и шириной 3-4см. Или что-то аналогичное.
Ну вот, пока все.

Вопросы как обычно — тут.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru