Теоретические сведения

Классификация датчиков и основные параметры датчиков приближения были описаны в работе №1.

1 Емкостные бесконтактные датчики приближения

Емкостные датчики приближения в отличие от индуктивных срабатывают не только на приближение металлических объектов, но и диэлектрических, таких как бумага, пластмассы, резина дерево, вода, рука человека.

Принцип работы емкостного датчика основан на самовозбуждении генера­тора синусоидальных или прямоугольных импульсов при изменении частотоза-дающей емкости генератора.

Активная поверхность емкостного датчика образована двумя концентри­чески сориентированными металлическими электродами, которые можно пред­ставить как электроды "развернутого" конденсатора (рис.2.3 а). Поверхности электродов А и В включены в цепь обратной связи высокочастотного автогене­ратора, который настроен таким образом, что при отсутствии каких-либо объек­тов возле поверхностей электродов колебания генератора отсутствуют (рис.2.3 в). Приближение объекта вызывает удлинение электрического поля перед по­верхностями электродов. Благодаря этому повышается емкость между пласти­нами А и В и запускается автогенератор. В дальнейшем высокочастотные коле­бания детектируются, что вызывает срабатывание триггера и изменение состоя­ния выхода выключателя.

Емкостные датчики срабатывают как от электропроводящих (металличе­ских) объектов, так и от диэлектриков.

Рис.2.3 Схема "развернутого" конденсатора (а), структура активного элемента (б) и струк­турная схема емкостного датчика приближения (в) А+, В, - потенциальные электроды конденсатора; С - компенсационный электрод для защиты датчика от обледенения или выпадения росы

Объекты из электропроводящих предметов образуют относительно актив­ных поверхностей емкостного элемента своеобразный противоэлектрод. Таким образом, формируются две емкости, соединенные последовательно (рис.2.4 а). Благодаря высокой электропроводности металлы позволяют реализовать большие расстояния срабатывания, причем репродуцирующий фактор в отличие от индук­тивных датчиков практически отсутствует, т.е. расстояние срабатывания, напри­мер, у стали, меди и алюминия будет одинаковым (для конденсатора безразлично из какого металла выполнены обкладки).

Рис.2.4 Изменение емкости при внесение в активную зону датчика

электропроводящего (а) и диэлектрического (б) объекта, и зависимость

расстояния срабатывания S„ емкостного датчика от диэлектрической

проницаемости объекта е (в)

Если непроводящий материал попадает в в активную зону емкостного дат­чика, то это приводит к увеличению емкости конденсатора в зависимости от вели­чины диэлектрической проницаемости е (рис.2.4 б). Чем больше диэлектрическая проницаемость объекта, тем большее расстояние срабатывания датчика (табл.2.2). Значение диэлектрической проницаемости воды очень большое (*;=80), поэтому емкостные датчики хорошо чувствуют приближение человеческой руки (в ней большое содержание воды) и могут применяться как датчики третьего рубежа ох­раны.

Таблица 2.2 Диэлектрическая проницаемость некоторых материалов

Материал	Диэлектрическая проницаемость, е i
Воздух	1 1
Бумага	2,3 !
Кварцевое стекло	3,7 |
Древесина	2...7 |
Полиэтилен	3 1
Полистирол	2,3 |
Стекло	5
Фторопласт (тефлон)	2 !
Вода	80 j

20

При эксплуатации емкостных датчиков возможно выпадение на его актив­ную поверхность влаги в виде воды или обледенения, что может вызвать ложное срабатывание датчика. Для предотвращения этого в конструкции активного эле­мента (конденсатора) используется дополнительный компенсационный электрод С (см.рис.2.3), который осуществляет компенсацию помех такого рода.

Как и в случае индуктивных датчиков приближения, номинальное расстоя­ние срабатывания (Л'„), указанное в технических характеристиках емкостных датчиков приближения, относится к стандартному объекту воздействия, а для надежной работы таких датчика создают гистерезис срабатывания и отпускания (см. рис. 1.6).