double arrow

Датчик давления с ёмкостным преобразователем

Электронная схема датчика давления может быть выполнена с выходом по частоте по схеме несимметричного мультивибратора

(рис. 10.4).

Рисунок 10.4 - Генераторная схема датчика давления.

В качестве чувствительного элемента используется емкость С, состоящая из кремниевой мембраны М и неподвижного электрода, выполняемым на подложке П.

Ёмкостно-резисторная R-C цепочка является времязадающей для работы операционного усилителя ОУ1 При изменении давления р на мембрану М расстояние между ней и подложкой П изменяется - ме­няется и электрическая емкость С.

Установившееся значение частоты f колебаний генератора на OY1 равно

где С- измерительная ёмкость преобразователя перемещений. Транзистор T1, включенный по схеме эмиттерного повторителя, предназначен для усиления выходного сигнала по току.

10.5. Датчик влажности газов

Конструктивно чувствительный элемент датчика влажности (гигрометра) выполнен (рис. 10.5а) в виде пластины проводящего кремния - выполнен резистор Rk в виде полевого транзистора (МОП - резистор), имеющий электроды стока и истока (позиции 4 и 5 на Рис. 10.5а) и пористого электрода затвора 2, необходимого для про­никновения в него влажного воздуха среды.

На рис. 10.5б приведена принципиальная схема электронного преобразователя, реализующая зависимость выходного сигнала от диэлектрической проницаемости резистора Rk. Управляемое влажно­стью сопротивление Rk включено в обратную связь операционного усилителя ОУ1.

Рисунок 10.5 - Датчик влажности: а) чувствительный элемент датчика влаж­ности: 1 - кристалл кремния, 2 - пористый электрод затвора, 3 - защитная сет­ка, 4 и 5 - гребенчатые электроды стока и истока, б - герметические вводы, 7 - электронная плата; б) принципиальная схема датчика влажности.

Диэлектрическая проницаемость смеси газов теоретически мо­жет быть вычислена по известным диэлектрическим проницаемостям компонент и весовых долей, входящих в ее состав:

где εi, Gi - соответственно диэлектрическая проницаемость и ве­совая доля вещества, входящего в состав смеси, ε - диэлектрическая проницаемость смеси веществ.

В зависимости от влажности воздуха, находящегося в промежут­ке между электродами 4 и 5 - пористом электроде 2 (рис. 10.5а), ди­электрическая проницаемость и проводимость резистора Rk будет изменяться. При постоянном R на выходе ОУ2 будет равно

где: Uon - опорное напряжение ОУ1, εвозд, εводы и εкр - соответст­венно постоянные значения диэлектрической проницаемости сухого воздуха, воды без примесей и окиси кремния; Gводы, Gвозд- доли воды и воздуха.

При соответствующем выборе параметров схемы зависимость выходного сигнала датчика от влажности Wa6c выглядит следующим образом:

Uвых=KWa6c,

где К = ( εводы Uon)/( εкр Gвозд) - крутизна статической характери­стики датчика.

10.6. Датчики, использующие фотоэлектрические элементы

Датчики, использующие фотоэлектрические элементы, приме­няются для измерения параметров среды, счета, определения цвето­вых характеристик, в целях безопасности и т.д. В основе датчика ле­жат элементы, чувствительные к излучению. Они могут работать на поглощение и отражение излучения и использовать как видимое из­лучение, так и невидимое, инфракрасное.

Датчик контроля проникновения предмета в определенную зону.

Для контроля проникновения человека или предметов в опреде­ленную зону применяют разнесенные пары приемник-передатчик оптического излучения, работающие на пресечение оптического луча (рис. 10.6).

Рисунок 10.6 - Фотоэлектрический датчик проникновения предмета в зону: D1-светодиод с линзовой системой; D2- фотодиод; L- луч света; ОУ1 усилитель фототока; ОУ2- компаратор;1- предмет.

Светодиод с оптической системой D1 создает луч света L, направ­ленный строго по оси оптической системы фотодиода D2, который включен на вход усилителя ОУ1 сигнал которого в свою очередь по­дается на компаратор ОУ2.

Если в зоне луча L нет посторонних предметов, то он освещает фотодиод D2, который своим током через усилитель ОУ1 поддержива­ет на выходе компаратора ОУ2 высокий потенциал (логическую еди­ницу) - «предмета в зоне нет».

Если предмет 1 пересекает луч L, то последний не попадает на фотодиод D2, в результате чего его ток снижается, а компаратор ОУ2 переключается в режим низкого потенциала (логический нуль) -«предмет находится в зоне действия луча».

Подобные системы применяются для создания систем безопасно­сти, чтобы человек не проникал в зону, очерченную лучом, охраны объектов, а также счета продукции. Каждое пересечение луча при­нимается за еще вновь поступивший предмет.

Датчики цветовых характеристик продукции. На, рис. 10.7. при­ведена схема датчика цвета поверхности продукции (томаты, перец, вишня), в которой используют осмотр поверхности, попавшей в зону его действия, например, при сортировании. Схема состоит: из генера­тора прямоугольных импульсов, собранного на логических элементах ИЛИ Li и L2; светодиодной сборки CD на два цвета- зеленой DG и красной DR; фотоприемника ФД; усилителя фототока на ОУь пере­ключателя тока КЛ и двух интеграторов ОУ2 и ОУ3.

В качестве задающего элемента генератора используется кварце­вая емкость Пэ. Генератор с элемента L1 питает красный светодиод DR, а с элемента L2 зеленый DG. Красный и зеленый светодиоды го­рят попеременно, поэтому поверхность плода О попеременно осве­щается то красным, то зеленым светом. Частота следования импуль­сов облучения должна на порядок превышать частоту подачи плодов в зону контроля.

Отраженный от всей поверхности плода поток излучения вос­принимается фотоприемником ФД, на выходе которого имеется электрический сигнал U(RG), пропорциональный величине красного или зеленого отраженного от поверхности плода потока.

Импульсы на выходе фотодиода по величине соответствуют уровню красного (первый импульс) или зеленого (второй импульс) света, отраженного от поверхности плода.

Рисунок 10.7 - Схема датчика цвета продукции: CD-осветитель; DR-светодиод красного света; DG- светодиод зеленого света; ФД- фотодиод; КЛ- управляе­мый переключатель тока; ОУ2- интегратор красного цвета; ОУЗ- интегратор

зеленого цвета

С помощью переключателя КЛ, управляемого с элемента генера­тора L2, подаются: первый, «красный» импульс,- на интегратор ОУ2 красного света, второй, «зеленый» импульс - на ОУ3. На выходах этих интеграторов устанавливаются напряжения U(R) и U(G) соот­ветственно для количества красного и зеленого цвета поверхности.

Эти сигналы могут быть поданы на индикатор или в автоматиче­ское устройство сортирования.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: