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電容式接近開關(guān)及其應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2012-01-26

中心議題: 解決方案:
  • 利用電容式接近開關(guān)的感應(yīng)靈敏度
  • 選用優(yōu)質(zhì)器件

1 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,現(xiàn)代城市人口的增加、城市范圍的擴(kuò)大,能源緊張問(wèn)題越來(lái)越突出了。特別是水資源,它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民的生活息息相關(guān),由于一些地區(qū)以前無(wú)計(jì)劃性地亂的開采,出現(xiàn)了缺水的現(xiàn)象。如何有效地管理和節(jié)約用水是當(dāng)務(wù)之急。本文利用電容式接近開關(guān)和其它器件設(shè)計(jì)了一種控制水龍頭開與關(guān)的系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有控制靈敏、使用方便、工作壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

2 電容式接近開關(guān)介紹


電容式接近開關(guān)屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器,它的測(cè)量頭通常構(gòu)成電容器的一個(gè)極板,而另一個(gè)極板是物體的本身,當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí),物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)ε發(fā)生變化,使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化,由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。被這種接近開關(guān)的檢測(cè)物體,并不限于金屬導(dǎo)體,也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí),可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器(位于開關(guān)后部)來(lái)增加感應(yīng)靈敏度,一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn(Sn為電容式接近開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離)的位置動(dòng)作。這里選用的是浙江省洞頭縣光電開關(guān)廠生產(chǎn)的CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的開關(guān)。它的外型圖與尺寸標(biāo)示圖分別如圖1與圖2所示。

圖1 CLG型M18×70電容式接近開關(guān)外型圖

圖2 CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)開關(guān)外部尺寸圖

操作參數(shù)如表1所示。
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部分常用材料介電常數(shù)如表2所示。
3 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)過(guò)程

系統(tǒng)組成框圖如圖3所示,從框圖可以看出控制信號(hào)的流程:當(dāng)人或其它物體接近電容式接近開關(guān)時(shí),等效電容的容量值會(huì)發(fā)生變化,從而改變LC振蕩器的振蕩頻率,F(xiàn)/V電路將LC振蕩器輸出的頻率量轉(zhuǎn)化成電壓量后,交給信號(hào)處理電路,該部分將電壓信號(hào)進(jìn)行一系列的處理(包括:放大、整形等)后傳給開關(guān)量變換電路,開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路實(shí)際上是A/D轉(zhuǎn)換器,它將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,水龍頭控制電路由開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路的輸出量控制,它產(chǎn)生控制信號(hào)控制水龍頭的開與關(guān)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成當(dāng)人接近水龍頭一定距離時(shí),水龍頭自動(dòng)開啟,離開一定距離后水龍頭自動(dòng)關(guān)閉。

圖3  控制系統(tǒng)組成框圖

3.1部分關(guān)鍵電路介紹振蕩電路與F/V變換電路及信號(hào)處理部分


連線圖如圖4所示,由555定時(shí)器組成的振蕩器,它的振蕩頻率為:f=1/0.69*(R1+2*R2)*(C//CT),C就是電容式接近開關(guān)的等效電容值,CT為頻率調(diào)節(jié)電容,通過(guò)C的變化從而使振蕩頻率變化,將此種變化傳給F/V電路,引起F/V電路的輸出電壓變化。由鎖相環(huán)CD4046組成的F/V變換電路將頻率值變成電壓值后,經(jīng)精密運(yùn)放OP-07線性放大后輸入到開關(guān)量轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)的輸入端。

圖4  振蕩電路與F/V部分及信號(hào)處理電路連線圖

A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后,輸入到水龍頭控制電路的輸入端,由水龍水控制電路控制水龍頭的開與關(guān),這些電路簡(jiǎn)單,這里限于篇幅,不作介紹。

3.2  系統(tǒng)安裝要求

安裝要求示意圖如圖5所示,圖中S1表示檢測(cè)面與支架的間距,要求≥1Sn,S2表示檢測(cè)面與背景的間距,要求≥3Sn,S3表示并列安裝間距,要求≥5Sn,S4表示檢測(cè)面與側(cè)壁的間距,要求≥3Sn。(Sn為電容式接近開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離)

圖5系統(tǒng)安裝尺寸圖

4 結(jié) 束 語(yǔ)

由于本系統(tǒng)可利用電容式接近開關(guān)的感應(yīng)靈敏度可以調(diào)節(jié)的特點(diǎn),所以可以方便地選人控制水龍頭開與關(guān)的距離。它的實(shí)用性、可操作性很強(qiáng)。由于選用的都是優(yōu)質(zhì)器件,它的性能價(jià)格比高,并且具有通用性(只要改變被控制對(duì)象,再作必要的設(shè)置,就能變?yōu)槠渌墓δ茈娐罚K罕蛔龀闪水a(chǎn)品,正在批量生產(chǎn)。從目前使用的情況看,效果良好,性能穩(wěn)定。當(dāng)然,由于開發(fā)時(shí)間倉(cāng)促,系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有不少需要完善的地方。不管怎樣,它被推廣使用的價(jià)值很高。
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