電容式接近開關(guān)及其應(yīng)用
1 引 言
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市人口的增加、城市范圍的擴大，能源緊張問題越來越突出了。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)以前無計劃性地亂的開采，出現(xiàn)了缺水的現(xiàn)象。如何有效地管理和節(jié)約用水是當務(wù)之急。本文利用電容式接近開關(guān)和其它器件設(shè)計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、工作壽命長的特點。
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，它的測量頭通常構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)ε發(fā)生變化，使得和測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)的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時，可以順時針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(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)的標準檢測距離）的位置動作。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標準結(jié)構(gòu)的開關(guān)。它的外型圖與尺寸標示圖分別如圖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標準結(jié)構(gòu)開關(guān)外部尺寸圖
操作參數(shù)如表1所示。
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)計過程
系統(tǒng)組成框圖如圖3所示，從框圖可以看出控制信號的流程：當人或其它物體接近電容式接近開關(guān)時，等效電容的容量值會發(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，交給信號處理電路，該部分將電壓信號進行一系列的處理（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)生控制信號控制水龍頭的開與關(guān)。本系統(tǒng)設(shè)計成當人接近水龍頭一定距離時，水龍頭自動開啟，離開一定距離后水龍頭自動關(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變換電路及信號處理部分
連線圖如圖4所示，由555定時器組成的振蕩器，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部分及信號處理電路連線圖
A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，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表示檢測面與支架的間距，要求≥1Sn，S2表示檢測面與背景的間距，要求≥3Sn，S3表示并列安裝間距，要求≥5Sn，S4表示檢測面與側(cè)壁的間距，要求≥3Sn。（Sn為電容式接近開關(guān)的標準檢測距離）
圖5 系統(tǒng)安裝尺寸圖
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