Емкостные бесконтактные выключатели

 

Широкое применение емкостные выключатели нашли в качестве надежных и дешевых датчиков контроля максимального или минимального уровня жидких или сыпучих материалов. Монтаж и обслуживание производится вне резервуаров или бункеров. Емкостной выключатель (рис.6.27) срабатывает и от материала, находящегося за каким-либо диэлектриком, например, он будет чувствовать муку через пластину из стеклотекстолита (рис.6.28). Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический. Различают емкостные датчики, действие которых основано на изменении зазора между пластинами или площади их взаимного перекрытия, деформации диэлектрика, изменении его положения, состава или диэлектрической проницаемости.

При приближении к активной поверхности емкостного бесконтактного датчика объект попадает в электрическое поле и изменяет емкость обратной связи. Генератор начинает вырабатывать колебания, амплитуда которых возрастает по мере приближения объекта. Амплитуда оценивается последующей схемой обработки, формирующей выходной сигнал. Емкостные бесконтактные датчики срабатывают как от электропроводящих объектов, так и от диэлектриков. При воздействии объектов из электропроводящих материалов реальное расстояние срабатывания Sr максимально, а при воздействии объектов из диэлектрических материалов расстояние Sr уменьшается в зависимости от диэлектрической проницаемости материала.

 

Рис. 6.27. Емкостной бесконтактный выключатель

Наибольший эффект достигается при использовании в системах:

- контроля уровня наполнения резервуаров, емкостей, контейнеров сыпучими и жидкими материалами;

- контроля уровня содержимого в упаковке, в таре;

- сигнализации разрыва лент;

- счета и позиционирования объектов любого рода.

 

 

Рис. 6.28. Примеры применения емкостного бесконтактного выключателя

Ниже приведены примеры использования емкостных бесконтактных выключателей (рис. 6.29-6.32).

Рис. 6.29. Контроль уровня сыпучих веществ емкостными датчиками

 

Рис. 6.30. Контроль содержимого упаковки и счет тары емкостными датчиками

 

Рис. 6.31. Контроль разрыва ленты емкостными датчиками

 

Рис. 6.32. Контроль позиционирования объекта емкостными датчиками

Технические характеристики емкостного бесконтактного выключателя

Диапазон номинальных напряжений питания – 12-24 В

Диапазон рабочих напряжений питания – 10-30 В

Номинальный ток – 200 мА

Защита коммутационного элемента – есть

Индикация срабатывания – есть

Температура окружающей среды: -25…+80°С

Расстояние срабатывания: 20 мм

Материал корпуса – полиамид

Масса – 0.2 кг

Производитель: «Сенсор», Екатеринбург.

Ультразвуковой бесконтактный выключатель

 

Ультразвуковой бесконтактный выключатель состоит из двух функциональных узлов, излучателя и приемника (рис. 6.33).

 

Рис. 6.33. Ультразвуковой бесконтактный выключатель

Излучатель посылает ультразвуковые импульсы, улавливаемые приемником. При прерывании звукового потока объектом, именяется состояние выхода приемника.

Ультразвуковые бескотактные выключатели способны распознавать объекты любой структуры: жидкости, металлы, порошкообразные материалы, прозрачные объекты из стекла и пластика (рис. 6.34-6.38).

 

Рис. 6.34. Измерение уровня заполнения ультразвуковым

бесконтактным выключателем

Рис. 6.35. Контроль разрыва тросов и проводов

Рис. 6.36. Измерение диаметра рулона с помощью

ультразвукового бесконтактного выключателя

Рис. 6.37. Контроль петли

Рис. 6.38. Подсчет объектов и контроль промежутков

 

Ультразвуковые бесконтактные выключатели выполняют свои функции в условиях запыленности, задымленности, тумана. Они не чувствительны, в отличие от других бесконтактных выключателей, к постороннему свету и звуку.

6.5.6. Пироэлектрические датчики

 

В датчиках этого типа чувствительным элементом служит ферроэлектрический поглотитель падающего потока теплового излучения объекта. Ферроэлектрические материалы обладают постоянным внутренним дипольным моментом. Это означает, что атомные диполи вещества имеют предпочтительное направление электрической поляризации даже в отсутствие внешнего приложенного к материалу электрического поля [23].

При любой температуре ниже точки Кюри внутренняя поляризация ферроэлектрика никак себя не проявляет на поверхности, поскольку ее влияние компенсируется свободными носителями зарядов внутри или вне материала, мигрирующими к поверхностям. Изменения температуры вызывают соответствующие изменения поляризации, порождающие подлежащие измерению вариации поверхностного заряда. В сочетании с подходящей электронной схемой такой чувствительный элемент образует пироэлектрический датчик, выходной величиной которого являются электрический ток или напряжение, пропорциональные скорости изменения температуры [23].

Ферроэлектрические поглотители для наиболее чувствительных пироэлектрических датчиков изготавливаются из нецентросимметричных диэлектриков (например, триглицинсульфата ­– ТГС, ниобата или танталата лития). Кроме того, нередко используются керамика PZT или пластмассовые пленки из поливинилиденфторида. И этот тип датчиков относится к группе генераторных.

В результате обработки полученной последовательности импульсов микроконтроллер вырабатывает управляющий сигнал, приводящий в действие исполнительный механизм или узел подачи тревоги. Для увеличения пространственной зоны чувствительности датчика перед его оптическим окном обычно устанавливают линзу, фокусирующую ИК-лучи на пластине пироэлектрика. Чтобы получить вероподобную форму чувствительного сектора обзора, применяют зонированную линзу Френеля. Она состоит из множества отдельных фокусирующих участков, каждый из которых формирует свой чувствительный луч, приходящий с определенного направления. В результате при перемещении движущегося объекта из одного луча в другой датчик генерирует переменное напряжение. Подобная верность лучей образуется и в вертикальной плоскости (рис. 6.39). Применяя линзы Френеля специальной структуры, можно варьировать форму лепестков с тем, чтобы получить наилучшие условия для обнаружения объекта в заданном секторе обзора [23].

 

Рис. 6.39.