Индуктивный бесконтактный датчик сделать своими руками. Практические схемы включения датчиков. Функции и принцип действия

Датчики для автоматических устройств радиоэлектронной аппаратуры являются важнейшими элементами в электрических схемах. Датчики, широко известные радиолюбителям, применяются повсеместно в профессиональной промышленной и непрофессиональной аппаратуре, изготовленной самими радиолюбителями. Например, датчик удара в автомобильных сигнализациях, или датчик шума в акустических устройствах, или датчик ИК излучения в устройствах дистанционного контроля параметров. Вариантов конструкций датчиков бесконечно много. Например, датчик качки (или удара) в автомобильной сигнализации с одинаковой эффективностью может быть изготовлен несколькими разными способами. Сами по себе датчики являются только частью электронной схемы, поэтому не будем забывать, что и от схемы управления зависит надежная работа всего устройства. Что же такое датчик?

Определений его множество, но самое простое - это прибор, изменяющий свое состояние в зависимости от внешних воздействий. Ниже мы рассмотрим несколько вариантов датчиков, которые можно без больших временных и финансовых затрат изготовить в домашних условиях своими руками. Эти датчики посылают однократные импульсы или пачки импульсов (дребезг контактов) на электронное устройство контроля в зависимости от воздействия на них.

В настоящее время радиоэлектронная промышленность предлагает радиолюбителям промышленные варианты датчиков казалось бы на все случаи жизни - даже счетчики Гейгера, регистрирующие радиацию, стали доступны. Следующий материал актуален по причине большой розничной стоимости большинства промышленных датчиков и направлен на поощрение творчества радиолюбителя в бытовых и «полевых» условиях, когда возможно изготовить датчики самостоятельно, без потери их качества.

Механические датчики

На рис. 3.28 изображен вариант изготовления плоского механического датчика. Монтируя один или несколько таких датчиков под ковролином, линолеумом, или под обоями, удается внешне незаметно управлять освещением, например, прихожей.

При нажатии ногой на плоскость датчика (или нажатии рукой на определенное место на стене квартиры, офиса) фольгированные контакты замыкаются, и импульс по соединительным проводам уходит на схему управления. Чувствительность датчика высокая - он реагирует даже на небольшую нагрузку.

Рис. 3.28. Конструкция механического датчика

Как видно из рисунка, на плотную фольгу накладывается картон с прорезанным внутри отверстием, а на него накладывается еще один слой фольги. К токопроводящей фольге (вполне подходит плотная фольга на бумажной основе) аккуратно припаиваются тонкие гибкие проводники. Весь получившийся «бутерброд» затем ламинируют. В качестве материала для ламинирования используют полиэтиленовую папку-карман для бумаг или школьных принадлежностей - ее нужно разрезать по размеру датчика, вложить фольгу и картон внутрь и через тряпочку прогладить утюгом. Можно просто обклеить датчик скотчем. Если в схеме управления используются помехоустойчивые элементы (полевые МОП-транзисторы или микросхемы) - длина соединительных проводов от датчиков до схемы может составлять несколько метров. Если требуется большее удаление, то применяются шинные усилители и преобразователи уровня на микросхемах (например, на элементах К561ПУЗ, К561ПУ4, К561ЛП1, К561ЛН2 и других). Если изготовить датчик в несколько слоев, чередуя проводник и диэлектрик, то получившийся «толстый бутерброд» можно использовать как датчик силы воздействия (нажима) - то есть как датчик для взвешивания. Вариантов применения такого датчика много, его особенностью является возможность легкой маскировки. Плоский датчик надежен, долговечен и описан автором подробно в нескольких разработках автоматических бытовых устройств.

Акустические датчики

На рис. 3.29 и 3.30 представлены две чувствительные схемы, осуществляющие функции акустического датчика, вырабатывающего серии (пачки) импульсов при звуковом воздействии, отличном от спокойного акустического фона. Схема на операционном усилителе (рис. 3.29) использует в качестве датчика воздействия пьезоэлемент.

Рис. 3.29. Акустический датчик, построенный на ОУ

Такой вариант неоднократно публиковался в сочетании с другими типами ОУ и поэтому он не претендует на оригинальность. В качестве пьезоэлемента использован капсюль ЗП-22 и из-за относительной чувствительности - реагирует только на удары - он не очень эффективен, однако с успехом может применяться в охранных устройствах, например, для охраны окон. Для этого капсюль нужно надежно приклеить к стеклу и датчик будет выдавать одиночные импульсы при ударах по стеклу. Чем больше площадь стекла (охраняемой зоны) - тем более чувствителен датчик. Он может применяться для охраны со стороны внешних стекол и витрин в магазинах. Чем больше сопротивление резисторов R4 и R2 на входе компаратора - тем чувствительнее схема. С выхода компаратора (вывод 6) импульс поступает на ключевую или формирующую схему. Конденсатор С1 (К50-24) фильтрует помехи по питанию.

На рис. 3.30 показан более чувствительный, хотя и более старомодный вариант. В качестве ВМ1 используется любой угольный микрофон от старых телефонных аппаратов (МК-10 и аналогичные). Транзисторный усилитель собран по схеме последовательного усиления таким образом, что коэффициент усиления второго каскада вдвое больше первого и т.д. На рисунке мы видим трехкаскадный усилитель, позволяющий использовать эту схему как сверхчувствительную, однако, если такая чувствительность не является столь необходимой - можно обойтись и только одним каскадом на составном транзисторе. Усилитель работоспособен в широких пределах напряжения питания схемы. С коллектора последнего транзистора пачки импульсов поступают на ключевую или формирующую последовательность импульсов схему (например, одновибратор). Усиление эффективно регулируется резистором R1 (чем больше его сопротивление - тем чувствительнее схема) и в незначительных пределах резистором R6. Как известно, в таких микрофонах находится угольный порошок, очень чувствительный к сотрясениям и звуковым волнам, он изменяет сопротивление микрофона по постоянному току. Эти импульсы и улавливает усилитель на транзисторах VT1-VT4. Отрицательной особенностью схемы является ее инерционность, обусловленная свойствами угольных микрофонов. Но для многих радиолюбительских разработок такая чувствительная схема практически незаменима по своей простоте и эффективности. Положительные качества - простота в изготовлении, некритичность к обратному включению и перепадам напряжения питания, надежность. Проводники от микрофона к электрической схеме должны иметь минимальную длину. Транзисторы допустимо применять любые из серий КТ3107, КТ361. В практике автора устройство, показанное на рис. 3.30, успешно и стабильно применяется в качестве звукового датчика для подачи рыбам в аквариум воздуха. Микрофон вместе со схемой датчика устанавливается в пластмассовом компактном корпусе, который надежно крепится к стенке аквариума так, чтобы обеспечить плотное прилегание рабочей поверхности угольного микрофона к стеклу. Практика показала, что любое движение за стенкой аквариума даже небольшой рыбки вблизи микрофона-датчика, а тем более всплывание рыбы к верхнему краю воды за воздухом улавливается датчиком и он выдает пачку импульсов. Угольный микрофон изменяет свое сопротивление в зависимости от внешних акустических воздействий. Это изменение затем воспринимается усилительной схемой на транзисторах. Количество импульсов в пачке пропорционально силе воздействия звуковой волны на микрофон. Импульсы преобразуются схемой управления, и автоматически включается компрессор на 1…2 часа (время, обусловленное дополнительным таймером).

Этот датчик может найти и другое применение, например, как акустический датчик, реагирующий на разговор в помещении, и включающий подсветку. Если корпус устройства вместе с микрофоном монтировать на полу - схема будет оповещать о приближении человека задолго до его подхода к датчику. Так как шаги человека по полу, как показывает практика в городских квартирах, воздействуют на его поверхность и передаются на большое расстояние. Таким образом, вариантов применения такого датчика очень много.

Индуктивный датчик

На рис. 3.31 показан простой датчик, реагирующий на магнитную индукцию. Когда вблизи обмотки катушки И появляется небольшой ток (например, в проводах линии связи), он наводится в катушке и передается на усилительный каскад на составном транзисторе. Усилитель для этой схемы может быть любой конфигурации, с большим коэффициентом усиления. С положительной обкладки конденсатора С2 снимается переменное напряжение, наведенное в катушке И. Если в качестве катушки применить магнитную антенну, можно получить прибор, реагирующий на

Рис. 3.31. Усилитель для индукционного датчика

радиоволны определенной длины, то есть контролировать радиоэфир. Чувствительность схемы регулируется резистором R1, задающим смещение на составной транзистор.

Чем больше сопротивление переменного резистора - тем чувствительнее схема. Для оптимального режима усиления (т.к. напряжение питания схемы может существенно изменяться) подбирается номинал резистора R2 так, чтобы ток, потребляемый этим узлом от источника питания, был в пределах 2 мА. На практике датчик улавливает переменный ток от 50 мА в проводах на расстоянии до 5 см. Длина проводов от катушки L1 до входного каскада схемы для исключения помех должна стремиться к минимуму.

Катушка наматывается проводом ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1…0,15 мм внавал и содержит 2500 витков на любом подходящем картонном, деревянном или пластмассовом каркасе диаметром 8 мм. Внутрь каркаса вставляется сердечник из феррита марки 600 - 2000НН. Длина каркаса соответствует длине сердечника и находится в пределах 25…40 мм.

Датчик тока

Конструкция устройства показана на рисунке 3.32.

Датчик представляет собой геркон с намотанным по длине его стеклянного корпуса проводом диаметром 0,08…0,1 мм. Намотка внавал (300-400 витков) - в зависимости от назначения датчика. Когда по обмотке такого датчика протекает электрический ток, геркон под воздействием магнитной индукции замыкает (размыкает) свои контакты, коммутируя периферийную цепь. На основе этого датчика радиолюбитель может самостоятельно изготовить «токовое реле», соединив один из контактов геркона с концом обмотки, как показано на рис. 3.33.

Сразу после включения протекающий через нагрузку ток создает падение напряжения на обмотке L1. Падение напряжения на обмотке прямо пропорционально силе тока в цепи. Наведенное напряжение создаст небольшое электромагнитное поле, которое будет достаточным для воздействия на контакты геркона, которые заблокируют электрическую цепь. Когда нагрузка обесточит – ся (или ток в ее цепи уменьшится, что может произойти в силу очень разных причин), падение напряжения на L1 уменьшится, уменьшится магнитное поле, и контакты геркона разомкнуться. Чувствительность такого датчика зависит от количества витков L1 и силы тока в цепи. Токовое реле, как и электромагнитный датчик, имеет много вариантов применения в радиотехнических конструкциях.

Датчик малого тока

Рис. 3.36. Оптический датчик

параллельно передатчику и под углом к нему расположены фотоприемники (блок 2), также обращенные в пространство. При отсутствии отражающего объекта энергия, излучаемая свето- диодом, рассеивается, не попадая на чувствительную поверхность фотоприемников. При появлении объекта в пределах действия активного излучения световой отраженный луч улавливается одним или несколькими датчиками-приемниками, вследствие этого от фотоприемника на управляющую схему поступает импульс. Расстояние от излучателя сигнала до приемника (датчика) в плоскости излучения не должно превышать 4…5 сантиметров. Однако, если в качестве объекта-отражателя использовать зеркальную поверхность (даже без фокусирующей линзы) с радиусом кривизны 50…80 мм, то устройство может эффективно срабатывать на расстоянии до отражающего объекта до 25 см.

По этому принципу был создан специальный датчик, который испытывался в системе обеспечения жизнедеятельности аквариумов и в качестве датчика дождя для автомобилей. Рассмотрим работу узла (принципиальная схема показана на рис. 3.36, б) на примере аквариума. Датчик (оптрон АОРС113А - оптопара с открытым оптическим каналом, в данной схеме его излучающие светодиоды и принимающие фоторезисторы включены параллельно) монтируется с внешней стороны на одну из стенок аквариума и рабочей поверхностью обращен внутрь аквариума. Аноды излучающих диодов внутри корпуса оптрона объединены и имеют общий вывод 8. Корпус АОР113А и АОРС113А - металлический, с шестнадцатью выводами, на основе керамической подложки, типа «планар», со стеклянным окном. Это позволяет упростить монтаж к ровной контролируемой поверхности.

Отличие АОР113А от АОРС113А в том, что в составе АОРС113А находятся два идентичных приемо-передатчика (подобные одному в АОР113А). Оптрон АОРС113А позволяет контролировать соответственно две координаты и включать дифференциальные фотоприемники последовательно либо параллельно.

В больших аквариумах (объемом более 60 литров) имеются определенные трудности с заменой воды. Поэтому там устанавливаются компрессоры для фильтрации, очистки воды и постоянного снабжения воздухом акватории. Воду в больших аквариумах заменяют частично, а полностью очень редко, в случае крайней необходимости. В результате на дне и на стенках аквариума скапливаются различные органические отложения, загрязняющие воду. В некоторых случаях внутри акватории начинает цвести трава и вода совсем теряет прозрачность. Для ответственных хозяев это недопустимо. Рассматриваемый здесь оригинальный датчик практически не отражает излучение в случае чистых стенок аквариума и прозрачной воды, и начинает отражать луч, если есть загрязнение. Импульс от датчиков поступает на схему контроля параметров (реализованную на составном транзисторе), тогда при подаче питания на нагрузку (устройство сигнализации) последняя звуком сигнализирует о загрязнении аквариума. В схеме управления должна быть предусмотрена задержка подачи сигнала тревоги (таймер на несколько минут) для того, чтобы исключить ложные срабатывания системы сигнализации в случае появления в пределах активной зоны датчиков рыбы или, например, проползания улиток. Практикой доказано, что живым организмам в аквариуме не вредит небольшое излучение датчика. Скорее, можно констатировать обратный факт - рыбы часто появляются в рабочей зоне датчиков и живо интересуются происходящим.

Принцип действия датчика дождя для автомобиля аналогичен приведенному выше. Сами датчики (излучатели и приемники) соединены со схемой управления экранированными проводниками наименьшей длины. Исполнительное устройство датчика дождя призвано замыкать цепь автомобильной электроники - контакты выключателя стеклоочистителей. В автомобиле не нужна задержка на включение устройств нагрузки. Ночью, в темноте прибор ведет себя стабильно. Чувствительность устройства регулируется только один раз при установке на стекло автомобиля для исключения ложных срабатываний от солнечного спектра излучения в ясную погоду. Питание схемы - стабилизированное, может быть в пределах 10…18 В. Если точность срабатывания схемы не принципиальна, то в качестве нагрузки можно использовать любое автомобильное реле на напряжение 12 В.

Разница с предыдущим вариантом состоит в креплении корпуса с устройством к лобовому стеклу автомобиля (изнутри). В ясную погоду постоянное излучение свободно проходит через чистое стекло и рассеивается в пространстве. Во время дождя стекло с внешней стороны загрязняется дождевыми каплями, которые незначительно отражают лучи. Отраженный сигнал, соответственно, изменяет сопротивление фоторезисторов в корпусе оптрона с открытым оптическим каналом. Это приводит к изменению режима составного транзистора и появлению импульса тока на выходе. Так же как и в первом случае, фотоприемники (фоторезисторы) подключаются параллельно (их общее сопротивление при световом воздействии уменьшается быстрее - происходит увеличение чувствительности узла). Когда отражающего сигнала нет - суммарное сопротивление фоторезисторов оптрона высокое, порядка сотни кОм. На выходе схемы напряжение стремится к нулю относительно отрицательного полюса источника питания. Отраженное световое излучение уменьшит суммарное сопротивление фоторезисторов и откроет VT1, VT2. На выходе схемы появится напряжение высокого уровня, почти равное напряжению питания. Регулировка чувствительности схемы осуществляется переменным резистором R1, который следует выбрать с линейной характеристикой. С выхода схемы управляющий сигнал можно подавать на компаратор, сравнивающий базовое напряжение с входным (собранный по любой стандартной схеме, например на К521САЗ). Компаратор на своем выходе выдаст постоянный положительный сигнал при изменении напряжения на его входе. Сигнал с выхода компаратора через любой транзисторный ключ включит исполнительное реле, которое своими контактами замкнет цепь сигнализации (нагрузки).

Пара слов о монтаже к аквариумной стенке. Прозрачное окно корпуса оптрона моментальным клеем монтируется к стеклу, при этом следует следить, чтобы клей не попал на рабочую поверхность оптрона. Вместо АОРС113А можно применить два прибора АОР113А (на рис. 3.36, в, показана цоколевка и различие между данными оптронами). Они имеют аналогичные электрические параметры. Применение только одного элемента из пары не замедлит сказаться на работе всей схемы в сторону уменьшения чувствительности.

При использовании схемы в качестве датчика дождя для автомобиля необходимо учитывать следующий факт. Устройство хорошо работает в температурном диапазоне 0…50°С, поэтому зимой, если автомобиль не ставится в теплый гараж при отрицательной температуре воздуха, в первые моменты начала движения автомобиля, пока температура в салоне не поднимется до нуля градусов, датчик дождя может некорректно реагировать на внешние факторы.

Датчик возгорания

В радиолюбительской практике популярны простые и надежные устройства - датчики, реагирующие на изменение каких-либо параметров на входе. Одним из таких устройств является приведенная на рис. 3.51 схема, реагирующая на повышение…….

Фотодатчики и реализованные на их основе электронные устройства, управляющие различными бытовыми приборами, давно популярны среди радиолюбителей. Казалось бы, невозможно уже найти что-либо новое в схемном решении для таких устройств. Тем…….

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света. Монокристаллический фоторезистор Рис. 2.2. Монокристаллический фоторезистор Пленочный фоторезистор Рис. 2.3. Пленочный фоторезистор Рис. 2.4. Включение фоторезистора в цепь постоянного…….

Для обеспечения нормальной работы двигателя используется множество механизмов и контроллеров, предназначенных для выполнения разных функций. Одним из таких девайсов является индуктивный датчик. Что это за контроллер, каков его принцип работы, какие бывают виды устройств? Об этом мы поговорим ниже.

[ Скрыть ]

Характеристика индуктивных преобразователей

Индуктивный датчик или представляет собой бесконтактное устройство, предназначенное для контроля положения того или иного объекта, выполненного из металла. Это важно, поскольку девайс может проявлять чувствительность только к металлу.

Функции и принцип действия

Принцип действия девайса основан на изменении амплитуды колебаний генераторного устройства, встроенного в контроллер, при внесении в активную зону определенного металлического объекта. Соответственно, применение девайса возможно только с такими типами объектов. При подаче напряжения на конечный выключатель, который находится в зоне чувствительности, появляется магнитное поле. Это поле способствует образованию вихревых токов, влияние которых отражается на изменении амплитуды колебаний генераторного устройства.

В итоге такие преобразования способствуют появлению аналогового выходного импульса, значение которого может быть разным в зависимости от расстояния между контроллером и объектом. Индуктивный датчик перемещения играет очень важную роль для узлов, которые используются для отслеживания изменения места расположения металлических объектов. Благодаря контроллеру определяется, правильно ли расположен тот или иной объект или нет. В том случае, если предмет находится не там, где нужно, система управления должна будет предпринять все необходимые действия для того, чтобы обеспечить нормальную работу устройства.

Что касается устройства контроллера, то девайс состоит из следующих элементов:

1. Генераторный узел, предназначенный для образования электромагнитного поля, которое, в свою очередь, используется для создания зоны активности с объектом.
2. Усилительное устройство. Используется для повышения значения амплитуды импульса, чтобы сигнал мог достигнуть нужного параметра.
3. Триггер Шмитта. Этот элемент предназначен для обеспечения гистертезиса при переключении девайса.
4. Диодный элемент, который свидетельствует о состоянии контроллера. Также светодиод позволяет обеспечить наиболее оптимальный контроль функционирования девайса и указать на оперативность настройки.
5. Следующий элемент — компаунд. Его предназначение заключается в обеспечении защиты девайса от попадания влаги внутрь корпуса, а также грязи и пыли, что может привести к его поломке.
6. Сам корпус. Корпус контроллера предназначен для обеспечения установки девайса, а также его защиты от всевозможных механических повреждений. Как правило, корпус выполняется из латуни либо полиамида, а также он оснащается всеми необходимыми фиксаторами для крепления (автор видео — канал Lty D).

Типы контроллеров

Системы с индуктивным датчиком могут использовать разные устройства, которые отличаются между собой по следующим параметрам:

1. Конструкция девайса, а также тип корпуса, который может быть прямоугольным либо цилиндрическим. Что касается материала, из которого выполняется сам корпус, то он может быть либо металлическим, либо пластмассовым.
2. Если речь идет о цилиндрических деталях, то они могут иметь разные размеры корпуса. Как правило, диаметры корпуса составляют 12 и 18 мм, но можно найти и другие девайсы- 4, 8, 22 мм и т.д.
3. Следующий параметр — рабочий люфт девайса, составляющий расстояние до стальной пластины контроллера. Для небольших по размерам контроллеров этот показатель составляет от 0 до 2 мм, для контроллеров, диаметр которых составляет 12 и 18 мм, рабочий зазор должен быть 4 и 8 мм соответственно.
4. Число проводов для подключения к бортовой сети. Двухпроводные устройства более удобны в плане установки, однако они чувствительно относятся к нагрузке — при слишком высоком или низком сопротивлении их работа может быть нарушена. Трехпроводные детали на сегодняшний день считаются самыми распространенными, в данном случае два контакта используется для питания, а еще один — для нагрузки. Есть также пяти- и четырехпроводные регуляторы, в которых пятый контакт используется для выбора режима функционирования.
5. Еще один параметр, по которым устройства могут отличаться, заключается в различии полярности. Релейные датчики позволяют коммутировать нужное значение напряжения или один из контактов питания. В транзисторных датчиках типа PNP на выходе устанавливается специальный транзисторный элемент, позволяющий коммутировать плюсовой выход. Что касается минуса, то в данном случае он подключен постоянно. Также есть транзисторные устройства NPN, в данном случае постоянно запитан плюс, а мину коммутируется транзисторным элементом.

Фотогалерея «Схемы подключения»

Достоинства и недостатки

Индуктивный датчик вращающихся оборотов (к примеру, ДПКВ) или другого типа, как и любое устройство, может иметь свои достоинства и недостатки. Предлагаем с ними ознакомиться.

Начнем с преимуществ:

1. Во-первых, такие регуляторы характеризуются достаточно простой конструкцией, что позволяет обеспечить высокую надежность их работы. Конструктивно в элементе отсутствуют скользящие контакты, благодаря чему обеспечивается надежная работа датчика, так как контакты не изнашиваются и не выходят из строя.
2. При необходимости такой регулятор можно своими руками подключить к электрической сети с промышленной частотой.
3. Повышенная чувствительность регулятора, что позволяет обеспечить его наиболее эффективную и бесперебойную работу.
4. При необходимости такие приборы могут работать в условиях высоких выходных мощностей.

Что касается недостатков:

1. Нелинейные значения могут привести к появлению погрешностей, что связано с использованием принципа индуктивного преобразования.
2. Правильная работа детали возможна при определенной температуре. Если температура не будет соответствовать нормированному диапазону, это может привести к появлению больших погрешностей.
3. Появлению погрешностей могут способствовать и образование электромагнитного поля вне датчика.

Цена вопроса

Стоимость товара зависит от многих характеристик, в частности, области применения. В среднем цены на индуктивные регуляторы начинаются от 500 рублей и выше.

Видео «Как подключить индукционный регулятор?»

Наглядная инструкция на примере подключения регулятора в мотоцикле Юпитер приведена в ролике ниже (автор — Вадим Карамов).

Переменные и пульсирующие электромагнитные поля создаются трансформаторами, дросселями, электродвигателями, реле переменного тока и т.д. Для их обнаружения, индикации и усреднённой оценки применяются различные приборы, втом числе содержащие индуктивные датчики.

Принцип работы датчиков электромагнитного поля заключается в регистрации электродвижущей силы (ЭДС), возникающей в катушке индуктивности при приближении к ней магнита или внесении её в магнитное поле. Физические явления здесь строго подчиняются закону электромагнитной индукции Фарадея.

Области применения индуктивных датчиков электромагнитного поля - искатели скрытой проводки, индикаторы короткозамкнутых витков, измерители магнитных полей вокруг трансформаторов и дисплеев, научные эксперименты (Рис. 3.63, а…м).

Рис. 3.63. Схемы подключения индуктивных датчиков электромагнитного поля к МК {начало):

а) /4/ - это датчик низкочастотного магнитного поля промышленной сети 50 Гц. Состоит он из катушки головного телефона, но без амбушюры и металлической мембраны;

б) /4/ - это датчик магнитного поля ультразвуковой частоты для исследования работы строчных трансформаторов телевизоров (15.625 кГц) или VGA-мониторов (31.25 кГц). Катушка датчика содержит 50 витков провода ПЭВ-0.23…0.31, намотанных на ферритовом стержне 200 х 10 мм. Конденсатор С/ подбирается до получения резонанса с индуктивностью катушки /4 7;

в)/4/ - это датчик магнитной составляюшей радиочастотного поля, возникаюшего, например, вблизи радиопередатчиков. Используется ферритовая антенна от обычного ДВ-, СВ- или КВ-радиоприёмника в зависимости от поставленной задачи;

г) в индуктивных датчиках могут возникать всплески напряжения, поэтому требуется защита входа МК, в частности, буферными элементами VD1, VT1\

д) индуктивный датчик перемещения. По мере введения металлического стержня в катушку трансформатора TI будет увеличиваться переменный сигнал 50 Гц во вторичной обмотке;

Рис. 3.63. Схемы подключения индуктивных датчиков электромагнитного поля к МК

{продолжение)’.

е) регистратор электромагнитных излучений от компьютерных дисплеев/кинескопов (I, = 10 мГн), флуоресцентных ламп (L, = 35 мГн), микроволновых печей (L, = 120 мГн). Катушка L/содержит 1200 витков провода ПЭВ-0.315, намотанных на металлическом болте 6×25 мм;

ж) МК подсчитывает число приближений внешнего магнита к катушке индуктивности датчика >4/(показано пунктиром). Резисторы /?желательно применить высокоточные;

з) подключение двухкатушечного гитарного звукоснимателя ЛI через усилитель-компрессор на специализированной микросхеме DAI фирмы Analog Devices. Схема универсальная и может применяться для компадирования сигналов не только в электрогитарах;

и) сигналы от датчика L1 проходят через активный ФНЧ DAL2 с частотой среза 3…4 кГц. Усиление задаётся резистором R5. Элемент Ж/. / формирует среднее напряжение +2.5 В;

Рис. 3.63. Схемы подключения индуктивных датчиков электромагнитного поля к МК

{окончание):

к)Л1 - это интегральный индуктивный датчик (фирма Speake & Со Llanfapley), изменяющий частоту выходного сигнала OUT под воздействием магнитного поля. Микросхема DA! служит преобразователем «частота - напряжение» на основе ФАПЧ (калибруется резистором R6)\ л) индуктивный датчик LI устанавливается вблизи двигателя или возле проводов, подводящих к нему питание. Чувствительности достаточно для регистрации тока 100 мА, при этом пиковое напряжение отдатчика составляет 10 мВ. Низкое энергопотребление устройства позволяет использовать для питания МК малогабаритную «трёхвольтовую» литиевую батарею;

м) «сенсорная» катущка L1 принимает импульсы, возникающие при образовании искры в свечах двигателя автомобиля. Для симметрии схемы выбирают равными R1 и R2, R4w R6.

Индуктивный датчик приближения. Внешний вид

В промышленной электронике индуктивные, и другие датчики применяются очень широко.

Статья будет обзорной (если хотите, научно-популярной). Приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Виды датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик – это устройство, которое выдаёт определённый сигнал при наступлении какого-либо определённого события. Иначе говоря, датчик при определённом условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал.

Точнее можем посмотреть в Википедии: Датчик (сенсор, от англ. sensor) - понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Там же и много другой информации, но у меня своё, инженерно-электронно-прикладное, видение вопроса.

Датчиков бывает великое множество. Перечислю лишь те разновидности датчиков, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия – датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут “proximity sensor”. Фактически это – датчик металла.

Оптические. Другие названия – фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются “датчик освещённости”

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления . Давления воздуха или масла нет – сигнал на контроллер или рвёт . Это если дискретный. Может быть датчик с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него наезжает или давит объект.

Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами .

Пока хватит, перейдём к теме статьи.

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Поле индукционного датчика. Металлическая пластина меняет резонансную частоту колебательного контура

Схема индуктивного npn датчика. Приведена функциональная схема, на которой: генератор с колебательным контуром, пороговое устройство (компаратор), выходной транзистор NPN, защитные стабилитрон и диоды

Большинство картинок в статье – не мои, в конце можно будет скачать источники.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма. Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, пускателя, и так далее. Единственное условие – соответствие по току и напряжению.

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?

Подписывайся, и читай статью дальше:

Работа индуктивного датчика. Флажок движется вправо, и когда достигает зоны чувствительности датчика, датчик срабатывает.

Кстати, производители датчиков предупреждают, что не рекомендуется подключать непосредственно на выход датчика лампочку накаливания. О причинах я уже писал – .

Характеристики индуктивных датчиков

Чем отличаются датчики.

Почти всё, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим и ёмкостным датчикам .

Конструкция, вид корпуса

Тут два основных варианта – цилиндрический и прямоугольный . Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса – металл (различные сплавы) или пластик.

Диаметр цилиндрического датчика

Основные размеры – 12 и 18 мм . Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

Чтобы закрепить датчик 18 мм, нужны 2 ключа на 22 или 24 мм.

Расстояние переключения (рабочий зазор)

Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надёжное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние – от 0 до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм – до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков – до 20…30 мм.

Количество проводов для подключения

Подбираемся к схемотехнике.

2-проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки.

2-проводный датчик. Схема включения

Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением – не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Можно вообще не думать, как их подключать. Главное – обеспечить ток.

3-проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один – для нагрузки. Подробнее расскажу отдельно.

4- и 5-проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод – выбор режима работы или состояния выхода.

Виды выходов датчиков по полярности

У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента:

Релейный. Тут всё понятно. Реле коммутирует необходимое напряжение либо один из проводов питания. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка от схемы питания датчика, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением. Используется в основном в крупногабаритных датчиках.

Транзисторный PNP. Это – PNP датчик. На выходе – транзистор PNP, то есть коммутируется “плюсовой” провод. К “минусу” нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе – транзистор NPN, то есть коммутируется “минусовой”, или нулевой провод. К “плюсу” нагрузка подключена постоянно.

Можно чётко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод и коммутируется. Другой провод подключен к нагрузке постоянно.

Ниже будут даны схемы включения датчиков , на которых будет хорошо видно эти отличия.

Виды датчиков по состоянию выхода (НЗ и НО)

Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров – электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание) либо выключен. Соответственно, говорят – нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт либо нормально открытый (НО) контакт. В иностранной аппаратуре, соответственно – NС и NО.

То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков – то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

Положительная и отрицательная логика работы

Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле).

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ или ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ логика: вход контроллера активизируется (логическая “1”) при подключении к ЗЕМЛЕ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В=. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика: вход активизируется при подключении к +24 В=. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с ЗЕМЛЕЙ. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

Существуют варианты различных устройств и подключения к ним датчиков, спрашивайте в комментариях, вместе подумаем.

Продолжение статьи – . Во второй части даны реальные схемы и рассмотрено практическое применение различных типов датчиков с транзисторным выходом.

– это такие датчики, которые работают без физического и механического контакта. Они работают через электрическое и магнитное поле, а также широко используются и оптические датчики. В этой статье мы с вами разберем все три типа датчиков: оптические, емкостные и индуктивные, а также в конце проделаем опыт с индуктивным датчиком. Кстати, в народе бесконтактные датчики называют также и бесконтактными выключателями , так что не бойтесь, если увидите такое название;-).

Оптический датчик

Итак, пару слов об оптических датчиках… Принцип срабатывания оптических датчиков показан на рисунке ниже

Барьерный

Помните какие-нибудь кадры из фильмов, где главным героям приходилось пройти через оптические лучи и не задеть ни один из них? Если луч задевался какой-либо частью тела, срабатывала сигнализация.

Луч излучается посредством какого-либо источника. А также есть “лучеприемник”, то есть та штучка, которая принимает луч. Как только луча не будет на лучепримнике, то сразу же в нем включится или выключится контакт, который будет уже непосредственно управлять сигнализацией или еще чем-нибудь по вашему усмотрению. В основном источник луча и лучеприемник, называется лучеприемник правильно “фотоприемник”, идут в паре.

Очень большой популярностью в России пользуются оптические датчики перемещений фирмы СКБ ИС

В этих типах датчиков есть и источник света и фотоприемник. Они находятся прямо в корпусе этих датчиков. Каждый тип датчиков представляет из себя законченную конструкцию и используется в ряде станков, где нужна повышенная точность обработки, вплоть до 1 микрометра. В основном это станки с системой Ч ислового П рограммного У правления (ЧПУ ), которые работают по программе и требуют минимального вмешательства человека. Эти бесконтактные датчики построены по такому принципу

Такие типы датчиков обозначаются буквой “T ” и называются барьерными . Как только оптический луч прервался, датчик сработал.

Плюсы:

• дальность действия может достигать до 150 метров
• высокая надежность и помехозащищенность

Минусы:

• при больших расстояниях срабатывания требуется точная настройка фотоприемника на оптический луч.

Рефлекторный

Рефлекторный тип датчиков обозначается буквой R . В этих типах датчиков излучатель и приемник расположены в одном корпусе.

Принцип действия можно увидеть на рисунке ниже

Свет от излучателя отражается от какого-либо светоотражателя (рефлектора) и попадает в приемник. Как только луч прерывается каким-либо объектом, то датчик срабатывает. Очень удобен этот датчик на конвейерных линиях при подсчете продукции.

Диффузионный

И последний тип оптических датчиков – диффузионные – обозначаются буквой D . Выглядеть могут по разному:

Принцип работы такой же, как и у рефлекторного, но здесь свет уже отражается от предметов. Такие датчики рассчитаны на маленькое расстояние срабатывания и неприхотливы в своей работе.

Емкостные и индуктивные датчики

Оптика оптикой, но самые неприхотливые в своей работе и очень надежные считаются индуктивные и емкостные датчики. Примерно вот так они выглядят

Они очень похожи друг на друга. Принцип их работы связан с изменением магнитного и электрического поля. Индуктивные датчики срабатывают при поднесении к ним какого-либо металла. На другие материалы они не “клюют”. Емкостные же срабатывают почти на любые вещества.

Как работает индуктивный датчик

Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому проведем небольшой опыт с индуктивным датчиком.

Итак, у нас в гостях индуктивный датчик российского производства

Читаем, что на нем написано

Марка датчика ВБИ бла бла бла бла, S – расстояние срабатывания , здесь оно составляет 2 мм, У1 – исполнение для умеренного климата, IP – 67 – уровень защиты (короче уровень защиты здесь очень крутой), U b – напряжение, при котором работает датчик , здесь напряжение может быть в диапазоне от 10 и до 30 Вольт, I нагр – ток нагрузки , этот датчик может выдать в нагрузку силу тока до 200 миллиампер, думаю, это прилично.

На развороте бирки схема подключения этого датчика.

Ну что, заценим работу датчика? Для этого цепляем нагрузку. Нагрузкой у нас будет светодиод, соединенный последовательно с резистором с номиналом в 1 кОм. Зачем нам резистор? Светодиод в момент включения начинает бешено жрать ток и сгорает. Для того чтобы это предотвратить, в цепь ставится последовательно со светодиодом резистор.

На коричневый провод датчика подаем плюс от Блок питания , а на синий – минус. Напряжение я взял 15 Вольт.

Наступает момент истины… Подносим к рабочей зоне датчика металлический предмет, и датчик у нас тут же срабатывает, о чем говорит нам светодиод, встроенный в датчик, а также наш подопытный светодиод.

На другие материалы, кроме металлов, датчик не реагирует. Баночка канифоли для него ничего не значит:-).

Вместо светодиода может использоваться вход логической схемы, то есть датчик при срабатывании выдает сигнал логической единицы, которая может использоваться в цифровых устройствах.

Заключение

В мире электроники эти три типа датчиков находят все более широкое применение. С каждым годом производство этих датчиков растет и растет. Они используются абсолютно в разных областях промышленности. Автоматизация и роботизация без этих датчиков была бы невозможна. В этой статье я разобрал только простейшие датчики, которые выдают нам только сигнал “включен-выключен” или, если сказать на профессиональном языке, один бит информации. Более навороченные типы датчиков могут выдавать различные параметры и даже могут соединяться с компьютерами и другими устройствами напрямую.

Купить индуктивный датчик

В нашем радиомагазине индуктивные датчики стоят в 5 раз дороже, чем если бы их заказывать с Китая с Алиэкспресса.

Вот можете глянуть разнообразие индуктивных датчиков.