Un sensor capacitivo es uno de los tipos de sensores sin contacto cuyo principio de funcionamiento se basa en un cambio en la constante dieléctrica del medio entre dos placas de condensador. Una placa es un circuito sensor táctil en forma de placa o alambre de metal y la segunda es una sustancia conductora de electricidad, por ejemplo, metal, agua o el cuerpo humano.
Al desarrollar un sistema para abrir automáticamente el suministro de agua al inodoro para bidé, se hizo necesario utilizar un sensor de presencia capacitivo y un interruptor que sean altamente confiables y resistentes a los cambios de temperatura externa, humedad, polvo y voltaje de suministro. También quería eliminar la necesidad de que una persona tocara los controles del sistema. Los requisitos presentados sólo podrían cumplirse mediante circuitos de sensores táctiles que funcionaran según el principio de capacitancia cambiante. Esquema listo No pude encontrar uno que cumpliera con los requisitos necesarios, así que tuve que desarrollarlo yo mismo.
El resultado es un sensor táctil capacitivo universal que no requiere configuración y responde al acercamiento de objetos conductores de electricidad, incluida una persona, a una distancia de hasta 5 cm. El ámbito de aplicación del sensor táctil propuesto no está limitado. Se puede utilizar, por ejemplo, para encender iluminación, sistemas alarma antirrobo, determinando el nivel del agua y en muchos otros casos.
diagramas de circuitos electricos
Para controlar el suministro de agua en el bidé del inodoro se necesitaban dos sensores táctiles capacitivos. Un sensor debía instalarse directamente en el inodoro; debía producir una señal lógica cero en presencia de una persona y en ausencia de una señal lógica uno. El segundo sensor capacitivo debía servir como interruptor de agua y estar en uno de dos estados lógicos.
Cuando se llevaba la mano al sensor, éste tenía que cambiar el estado lógico en la salida, del estado uno inicial al estado lógico cero, y cuando se tocaba la mano nuevamente, del estado cero al estado lógico uno. Y así hasta el infinito, siempre que el interruptor táctil reciba una señal lógica de habilitación de cero del sensor de presencia.
Circuito de sensor táctil capacitivo
La base del circuito del sensor de presencia del sensor capacitivo es un generador de impulsos rectangular maestro, fabricado según esquema clásico en dos elementos lógicos del microcircuito D1.1 y D1.2. La frecuencia del generador está determinada por las clasificaciones de los elementos R1 y C1 y se selecciona alrededor de 50 kHz. El valor de frecuencia prácticamente no influye en el funcionamiento del sensor capacitivo. Cambié la frecuencia de 20 a 200 kHz y visualmente no noté ningún efecto en el funcionamiento del dispositivo.
Desde el pin 4 del microcircuito D1.2, se suministra una señal rectangular a través de la resistencia R2 a las entradas 8, 9 del microcircuito D1.3 y a través de la resistencia variable R3 a las entradas 12,13 de D1.4. La señal llega a la entrada del microcircuito D1.3 desde cambio la pendiente del frente de pulso debido al sensor instalado, que es un trozo de cable o una placa de metal. En la entrada D1.4, debido al capacitor C2, el frente cambia por el tiempo necesario para recargarlo. Gracias a la presencia de la resistencia de recorte R3, es posible establecer el flanco de pulso en la entrada D1.4 igual al flanco de pulso en la entrada D1.3.
Si acerca la mano o un objeto metálico a la antena (sensor táctil), la capacitancia en la entrada del microcircuito DD1.3 aumentará y el frente del pulso entrante se retrasará en el tiempo con respecto al frente del pulso que llega. en la entrada DD1.4. Para "captar" este retraso, los pulsos invertidos se envían al chip DD2.1, que es un flip-flop D que funciona de la siguiente manera. A lo largo del flanco positivo del pulso que llega a la entrada del microcircuito C, la señal que estaba en ese momento en la entrada D se transmite a la salida del disparador. En consecuencia, si la señal en la entrada D no cambia, los pulsos entrantes en. la entrada de conteo C no afecta el nivel de la señal de salida. Esta propiedad del disparador D hizo posible crear un sensor táctil capacitivo simple.
Cuando la capacitancia de la antena, debido al acercamiento del cuerpo humano a ella, en la entrada de DD1.3 aumenta, el pulso se retrasa y esto fija el disparador D, cambiando su estado de salida. El LED HL1 se utiliza para indicar la presencia de tensión de alimentación y el LED HL2 se utiliza para indicar la proximidad al sensor táctil.
Circuito de interruptor táctil
El circuito del sensor táctil capacitivo también se puede utilizar para operar el interruptor táctil, pero con una pequeña modificación, ya que no sólo necesita responder al acercamiento del cuerpo humano, sino también permanecer en un estado estable después de retirar la mano. Para resolver este problema, tuvimos que agregar otro disparador D, DD2.2, a la salida del sensor táctil, conectado mediante un divisor por dos circuitos.
El circuito del sensor capacitivo se ha modificado ligeramente. Para eliminar falsos positivos, dado que una persona puede acercar y retirar la mano lentamente, debido a la presencia de interferencia, el sensor puede emitir varios pulsos a la entrada de conteo D del disparador, violando el algoritmo de operación requerido del interruptor. Por lo tanto, se agregó una cadena RC de elementos R4 y C5, que por un corto tiempo bloqueó la capacidad de cambiar el gatillo D.
El disparador DD2.2 funciona de la misma manera que DD2.1, pero la señal a la entrada D no proviene de otros elementos, sino de la salida inversa de DD2.2. Como resultado, a lo largo del flanco positivo del pulso que llega a la entrada C, la señal en la entrada D cambia a lo contrario. Por ejemplo, si en el estado inicial había un cero lógico en el pin 13, al levantar la mano una vez hacia el sensor, el gatillo cambiará y se establecerá uno lógico en el pin 13. La próxima vez que interactúe con el sensor, el pin 13 volverá a establecerse en cero lógico.
Para bloquear el interruptor en ausencia de una persona en el baño, se suministra una unidad lógica desde el sensor a la entrada R (poniendo a cero en la salida del gatillo, independientemente de las señales en todas sus otras entradas). Se establece un cero lógico en la salida del interruptor capacitivo, que se suministra a través del mazo de cables a la base del transistor clave para encender la válvula solenoide en la Unidad de conmutación y alimentación.
La resistencia R6, en ausencia de una señal de bloqueo del sensor capacitivo en caso de falla o rotura del cable de control, bloquea el gatillo en la entrada R, eliminando así la posibilidad de suministro espontáneo de agua al bidé. El condensador C6 protege la entrada R de interferencias. El LED HL3 sirve para indicar el suministro de agua en el bidé.
Diseño y detalles de sensores táctiles capacitivos.
Cuando comencé a desarrollar un sistema de sensores para el suministro de agua en un bidé, me pareció que la tarea más difícil era desarrollar un sensor de ocupación capacitivo. Esto se debió a una serie de restricciones de instalación y operación. No quería que el sensor estuviera conectado mecánicamente a la tapa del inodoro, ya que es necesario retirarlo periódicamente para lavarlo y no interferir con el tratamiento sanitario del inodoro en sí. Por eso elegí un contenedor como elemento reactivo.
sensor de presencia
Basado en el diagrama publicado arriba, hice un prototipo. Las partes del sensor capacitivo se ensamblan en una placa de circuito impreso; la placa se coloca en una caja de plástico y se cierra con una tapa. Para conectar la antena, se instala un conector de una sola clavija en la carcasa; se instala un conector RSh2N de cuatro clavijas para suministrar el voltaje de suministro y la señal. La placa de circuito impreso se conecta a los conectores soldando con conductores de cobre en aislamiento fluoroplástico.
El sensor táctil capacitivo está ensamblado en dos microcircuitos de la serie KR561, LE5 y TM2. En lugar del microcircuito KR561LE5, puede utilizar el KR561LA7. También son adecuados los microcircuitos de la serie 176 y sus análogos importados. Resistencias, condensadores y LED se adaptarán a cualquier tipo. Condensador C2, para el funcionamiento estable del sensor capacitivo cuando se opera en condiciones de grandes fluctuaciones de temperatura ambiente debe tomarse con un TKE pequeño.
El sensor se instala debajo de la plataforma del inodoro en la que está instalado. cisterna en un lugar donde, en caso de fuga del depósito, no pueda entrar agua. El cuerpo del sensor se pega al inodoro con cinta adhesiva de doble cara.
El sensor de antena del sensor capacitivo es un trozo de cable trenzado de cobre de 35 cm de largo, aislado con fluoroplástico, pegado con cinta transparente a la pared exterior de la taza del inodoro un centímetro por debajo del plano de los vasos. El sensor se ve claramente en la foto.
Para ajustar la sensibilidad del sensor táctil, después de instalarlo en el inodoro, cambie la resistencia de la resistencia de recorte R3 para que se apague el LED HL2. Luego, coloque su mano en la tapa del inodoro sobre la ubicación del sensor, el LED HL2 debería encenderse, si retira la mano, debería apagarse. Dado que el muslo humano tiene una masa mayor que la mano, durante el funcionamiento se garantizará que el sensor táctil, después de dicho ajuste, funcione.
Diseño y detalles del interruptor táctil capacitivo.
El circuito del interruptor táctil capacitivo tiene más piezas y se necesitaba una carcasa más grande para acomodarlas y, por razones estéticas, apariencia La carcasa en la que se encontraba el sensor de presencia no era muy adecuada para su instalación en un lugar visible. Llamó la atención el enchufe de pared rj-11 para conectar un teléfono. Tenía el tamaño correcto y se veía bien. Después de quitar todo lo innecesario del enchufe, coloqué en él una placa de circuito impreso para un interruptor táctil capacitivo.
Para asegurar la placa de circuito impreso, se instaló un soporte corto en la base de la caja y se le atornilló una placa de circuito impreso con partes del interruptor táctil con un tornillo.
El sensor capacitivo se fabricó pegando una lámina de latón en la parte inferior de la tapa del enchufe con pegamento Moment, habiendo cortado previamente una ventana para los LED en ella. Al cerrar la tapa, el resorte (obtenido de un encendedor de silicona) entra en contacto con la lámina de latón y garantiza así el contacto eléctrico entre el circuito y el sensor.
El interruptor táctil capacitivo se monta en la pared mediante un tornillo autorroscante. Para ello está previsto un agujero en la carcasa. A continuación, se instalan la placa y el conector y se fija la cubierta con pestillos.
Configurar un interruptor capacitivo prácticamente no es diferente de configurar el sensor de presencia descrito anteriormente. Para configurar, debe aplicar el voltaje de suministro y ajustar la resistencia para que el LED HL2 se encienda cuando se acerca la mano al sensor y se apaga cuando se retira. A continuación, debe activar el sensor táctil y mover y retirar la mano hacia el sensor del interruptor. El LED HL2 debería parpadear y el LED rojo HL3 debería encenderse. Cuando retire la mano, el LED rojo debe permanecer encendido. Cuando vuelvas a levantar la mano o alejes el cuerpo del sensor, el LED HL3 debería apagarse, es decir, cerrar el suministro de agua en el bidé.
PCB universal
Los sensores capacitivos presentados arriba están ensamblados en placas de circuito impreso, ligeramente diferentes de la placa de circuito impreso que se muestra en la foto a continuación. Esto se debe a la combinación de ambas placas de circuito impreso en una universal. Si montas un interruptor táctil, sólo necesitas cortar la vía número 2. Si montas un sensor de presencia táctil, entonces se retira la vía número 1 y no se instalan todos los elementos.
Los elementos necesarios para el funcionamiento del interruptor táctil, pero que interfieren en el funcionamiento del sensor de presencia, R4, C5, R6, C6, HL2 y R4, no están instalados. En lugar de R4 y C6, se sueldan puentes de cables. La cadena R4, C5 se puede dejar. No afectará el trabajo.
A continuación se muestra un dibujo de una placa de circuito impreso para moletear utilizando el método térmico de aplicar pistas a la lámina.
Basta con imprimir el dibujo en papel satinado o papel de calco y la plantilla estará lista para hacer una placa de circuito impreso.
El funcionamiento sin problemas de los sensores capacitivos del sistema de control táctil para el suministro de agua en un bidé se ha confirmado en la práctica durante tres años de funcionamiento continuo. No se registraron averías.
Sin embargo, quiero señalar que el circuito es sensible al ruido impulsivo potente. Recibí un correo electrónico pidiendo ayuda para configurarlo. Resultó que durante la depuración del circuito había un soldador con un controlador de temperatura de tiristores cerca. Después de apagar el soldador, el circuito comenzó a funcionar.
Hubo otro caso similar. El sensor capacitivo se instaló en una lámpara que estaba conectada al mismo tomacorriente que el refrigerador. Al encenderlo se encendía la luz y al apagarlo se volvía a apagar. El problema se resolvió conectando la lámpara a otro tomacorriente.
Recibí una carta sobre el uso exitoso del circuito de sensor capacitivo descrito para regular el nivel de agua en un tanque de almacenamiento de plástico. En la parte inferior y superior había un sensor pegado con silicona, que controlaba el encendido y apagado de la bomba eléctrica.
El sensor de reconocimiento táctil forma parte del asistente de atascos. Mediante un sensor capacitivo, el sistema detecta si las manos del conductor están en el volante.
Si no se detectan las manos del conductor en el aro del volante, se enciende el correspondiente testigo de asistencia en atascos. Si no se detectan las manos del conductor en el volante dentro de un cierto período de tiempo, el bip ansiedad. Además, el asistente de atascos está desactivado.
Descripción funcional
El sensor de reconocimiento táctil consta de una alfombra con un elemento sensor capacitivo. A la electrónica de detección de contacto está conectada una alfombra capacitiva con una unidad de evaluación electrónica integrada en el aro del volante. El sistema reconoce la presencia de manos en el aro del volante mediante un cambio de capacidad. El circuito electrónico registra este cambio y calcula el estado correspondiente.
La electrónica de detección de contacto transmite cíclicamente información de estado a través del bus LIN a la unidad de control correspondiente.
La siguiente figura muestra a modo de ejemplo el sensor y la electrónica de detección táctil.
| Designación | Explicación | Designación | Explicación |
|---|---|---|---|
| 1 | El sensor de reconocimiento táctil consta de una alfombra con un elemento sensor capacitivo (imagen esquemática) | 2 | Electrónica de reconocimiento táctil. |
| 3 | Punto de conexión (alfombra con elemento sensor capacitivo y unidad electrónica de detección táctil) | 4 | Conector macho de 3 pines (arnés y conexión de bus LIN) |
| 5 | Conector macho de 2 pines (conexión de sensor táctil) |
Estructura y conexiones internas.
El sensor táctil se conecta a la electrónica del sistema de reconocimiento táctil a través de un conector de 2 polos.
Puntos de ajuste
Tenga en cuenta los siguientes valores configurados para el sensor táctil:Pautas diagnósticas
Comprobación del funcionamiento de la pieza.
Si el sensor táctil falla, puede ocurrir lo siguiente:
- Grabación del código de error en la centralita correspondiente (según serie)
- Conjunto de interruptores en la columna de dirección (SZL), p. ej. F01, F10
- Controlador de dominio del cuerpo (BDC), por ejemplo, F15, G11, G12
- Traffic Jam Assist se apaga automáticamente
El funcionamiento del sensor táctil es comprobado por el sistema de diagnóstico.
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El sensor táctil capacitivo funciona como un botón normal, pero no tiene partes móviles. El botón detectará "presión" a través del cuerpo del dispositivo y actuará como un interruptor sin contacto en proyectos de automatización del hogar.
El sensor funciona a través de materiales no metálicos: plástico, cartón, madera contrachapada o vidrio. Esta función se puede utilizar para crear controles ocultos o protegidos.
Coloque el módulo en una caja sellada o escóndalo debajo del panel frontal del dispositivo; el botón detectará el acercamiento de su dedo incluso a través de una capa dieléctrica de cuatro milímetros.
El uso como “botón” no es el único caso de uso de sensores capacitivos. Son perfectos para controlar el nivel del agua en un barril de plástico o en un acuario de cristal.
¿Qué hay a bordo?
El sistema de detección táctil consta de un elemento sensor, una unidad de medición de capacitancia del sensor y circuito lógico, respondiendo a cambios en la capacitancia a medida que se acerca un objeto.
Como elemento sensible se utiliza un circuito conductor en la parte frontal del módulo.
La lógica se basa en el chip AT42QT1010. Es responsable de la calibración automática del sensor. La calibración tarda aproximadamente medio segundo y se realiza inmediatamente después de que se suministra energía al módulo. Además, el microcircuito filtra los valores, compensa la deriva del sensor capacitivo y ajusta el funcionamiento del dispositivo cuando cambia la temperatura y la humedad del ambiente.
Cada vez que se activa el sensor, se enciende un LED rojo brillante. Esto ayudará a la hora de depurar el proyecto y será útil para crear paneles de control interactivos.
Conexión
El módulo táctil es esencialmente similar a un botón digital. Mientras se presiona el botón, el sensor genera uno lógico; cuando no se presiona el botón - cero lógico.
EN versión sencilla El módulo está conectado a la electrónica de control como un simple botón: con uno.
Para hacer esto, use el grupo de contactos de la izquierda:
- El contacto S es un pin de señal conectado a la entrada digital del controlador.
- Contacto V - potencia. Se conecta a la línea de alimentación de 3,3-5 V.
- Contacto G: se conecta a tierra.
En el grupo de contactos derecho, solo se usa un pin: M. Cambia los modos de funcionamiento del módulo. Las dos patas restantes se utilizan para fijar de forma segura el módulo al Troyka Slot Shield.
Cambio de modo de funcionamiento
De forma predeterminada, el módulo funciona en modo de bajo consumo. El sensor es sondeado una vez cada 80 milisegundos. Esto ahorra significativamente energía de la batería.
Si necesita aumentar la capacidad de respuesta de la interfaz, conecte el pin M al controlador y aplíquele uno lógico. El módulo cambiará al modo de procesamiento de datos de alta velocidad y el intervalo de sondeo del sensor disminuirá a 10 milisegundos.
Equipo
- 1 × módulo de placa
Características
- Tensión de alimentación: 3,3-5 V
- Controlador de sensores: AT42QT1010
- Interfaz de botón: digital, binario
- Dimensiones: 25×25 mm
Sensor táctil para Arduino
El módulo es un botón táctil; en su salida se genera una señal digital, cuyo voltaje corresponde a los niveles lógico uno y cero. Se refiere a sensores táctiles capacitivos. Nos encontramos con este tipo de dispositivos de entrada de datos cuando trabajamos con la pantalla de una tableta, un iPhone o un monitor táctil. Si en el monitor hacemos clic en un icono con un lápiz o un dedo, aquí usamos un área de la superficie del tablero del tamaño de un icono de Windows, tocándolo solo con un dedo, se excluye el lápiz. La base del módulo es el chip TTP223-BA6. Hay un indicador de energía.
Controlar el ritmo de la reproducción de la melodía
Cuando se instala en el dispositivo, el área táctil de la superficie de la placa del módulo se cubre con una fina capa de fibra de vidrio, plástico, vidrio o madera. Las ventajas de un botón táctil capacitivo incluyen una larga vida útil, la capacidad de sellar el panel frontal del dispositivo y propiedades antivandálicas. Esto permite utilizar el sensor táctil en dispositivos que funcionan al aire libre en condiciones de contacto directo con gotas de agua. Por ejemplo, el botón de un timbre o electrodomésticos. Una aplicación interesante en los equipos domésticos inteligentes es la sustitución de los interruptores de luz.
Características
Tensión de alimentación 2,5 - 5,5 V
Tiempo de respuesta táctil en varios modos de consumo actual.
bajo 220 ms
normales 60 ms
Señal de salida
Voltaje
tronco alto. nivel 0,8 X tensión de alimentación
registro bajo nivel 0,3 X tensión de alimentación
Corriente en suministro de 3 V y niveles lógicos, mA
bajo 8
alto -4
Dimensiones del tablero 28 x 24 x 8 mm
Contactos y señal
Sin contacto: la señal de salida tiene un nivel lógico bajo, contacto: la salida del sensor es lógica.
¿Por qué funciona o un poco de teoría?
El cuerpo humano, como todo lo que nos rodea, tiene características eléctricas. Cuando se activa un sensor táctil, aparecen nuestra capacitancia, resistencia e inductancia. En la parte inferior de la placa del módulo hay una sección de lámina conectada a la entrada del microcircuito. Entre el dedo del operador y la lámina de la parte inferior hay una capa de dieléctrico, el material de la base de soporte de la placa de circuito impreso del módulo. En el momento del contacto, el cuerpo humano se carga con una corriente microscópica que fluye a través de un condensador formado por un trozo de lámina y el dedo de una persona. En una vista simplificada, la corriente fluye a través de dos condensadores conectados en serie: una lámina, un dedo ubicado en superficies opuestas de la placa y el cuerpo humano. Por lo tanto, si la superficie de la placa se cubre con una fina capa de aislante, esto aumentará el grosor de la capa dieléctrica del condensador de lámina y no interrumpirá el funcionamiento del módulo.
El microcircuito TTP223-BA6 detecta un pulso de microcorriente insignificante y registra un toque. Debido a las propiedades del microcircuito, trabajar con tales corrientes no causa ningún daño. Cuando tocamos el cuerpo de un televisor o monitor en funcionamiento, nos atraviesan microcorrientes de mayor magnitud.
Modo de bajo consumo
Después de aplicar energía, el sensor táctil está en modo de bajo consumo. Después de activarse durante 12 segundos, el módulo pasa al modo normal. Si no se produce más contacto, el módulo volverá al modo de bajo consumo de corriente. La velocidad de respuesta del módulo al tacto en varios modos se indica en las características anteriores.
Trabajando junto con Arduino UNO
Cargue el siguiente programa en Arduino UNO.
#define ctsPin 2 // Contacto para conectar la línea de señal del sensor táctil
intledPin = 13; // Contacto para LED
Configuración nula() (
Serie.begin(9600);
pinMode(ledPin, SALIDA);
pinMode(ctsPin, ENTRADA);
}
Bucle vacío() (
int ctsValue = digitalRead(ctsPin);
si (ctsValue == ALTO)(
escritura digital (ledPin, ALTA);
Serial.println("TOCADO");
}
demás(
escritura digital (ledPin, BAJO);
Serial.println("no tocado");
}
retraso(500);
}
Conecte el sensor táctil y Arduino UNO como se muestra en la figura. El circuito se puede complementar con un LED que se enciende cuando se toca el sensor, conectado a través de una resistencia de 430 ohmios al pin 13. Los botones táctiles suelen estar equipados con un indicador táctil. Esto hace que el trabajo del operador sea más cómodo. Cuando pulsamos un botón mecánico sentimos un clic independientemente de la reacción del sistema. Aquí la novedad de la tecnología sorprende un poco debido a nuestras habilidades motoras que se han desarrollado a lo largo de los años. El indicador de presión nos salva de una excesiva sensación de novedad.
A menudo, un elemento radioeléctrico como un interruptor de láminas encuentra su aplicación en la electrónica. Su peculiaridad es la capacidad de cerrar contactos durante la irradiación. campo magnético. ¿Qué quiere decir esto? Tomando un simple imán o colocando un electroimán cerca del interruptor de láminas, puede cerrar y abrir fácilmente los contactos de este elemento de radio. En esencia, es una especie de sensor sin contacto.
Definición del concepto
¿Qué es un sensor sin contacto? Se entiende como un dispositivo electrónico que registra la presencia de un determinado objeto en su área de cobertura y funciona sin influencias mecánicas ni de otro tipo.
Los sensores sin contacto se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Esta es una creación electrodomésticos y sistemas de seguridad de instalaciones, tecnologías industriales y fabricación de automóviles. Por cierto, este elemento se llama popularmente "interruptor sin contacto".
Ventajas
Entre las principales ventajas de los sensores sin contacto se encuentran:
Dimensiones compactas;
Alto grado de estanqueidad;
Durabilidad y confiabilidad;
Peso ligero;
Variedad de opciones de instalación;
Sin contacto con el objeto y sin retroalimentación.
Clasificación
Hay varios tipos Sensores sin contacto. Se clasifican según el principio de acción y son:
capacitivo;
Óptico;
Inductivo;
Ultrasónico;
Magnetosensible;
Pirométrico.
Consideremos cada uno de estos tipos de dispositivos por separado.
Sensores capacitivos
Estos dispositivos se basan en la medición de condensadores eléctricos. Su dieléctrico contiene el objeto sujeto a registro. El propósito de este tipo de sensores sin contacto es trabajar con una variedad de aplicaciones. Este es, por ejemplo, el reconocimiento de gestos. Los sensores de lluvia para automóviles se fabrican como capacitivos. Estos dispositivos miden de forma remota el nivel del líquido durante el procesamiento. varios materiales etc.
El sensor de proximidad capacitivo es un sistema analógico que funciona a una distancia de hasta setenta centímetros. A diferencia de otro tipo de dispositivos similares, tiene mayor precisión y sensibilidad. Después de todo, el cambio en la capacitancia ocurre en solo unos pocos picofaradios.
El circuito de este tipo de sensor de proximidad incluye placas formadas por una placa de circuito impreso conductora, además de carga. En este caso se forma un condensador. Además, esto sucederá en cualquier momento ya sea en un elemento conductor puesto a tierra o en algún objeto cuya constante dieléctrica sea diferente a la del aire. Un dispositivo de este tipo también funcionará si una persona o parte de su cuerpo aparece en el área de cobertura del dispositivo, que será similar al potencial de tierra. A medida que el dedo se acerca, por ejemplo, la capacitancia del condensador cambiará. E incluso teniendo en cuenta el hecho de que el sistema no es lineal, no le resultará difícil detectar un objeto extraño que haya surgido dentro de los límites que se están observando.
El diagrama de conexión de un sensor sin contacto de este tipo puede resultar complicado. El dispositivo puede utilizar varios elementos independientes entre sí en dirección izquierda/derecha, así como hacia abajo/arriba. Esto ampliará las capacidades del dispositivo.
Sensores ópticos
Hoy en día, estos interruptores sin contacto encuentran su amplia aplicación en muchas ramas de la actividad humana, donde funcionan los equipos necesarios para detectar objetos. Al conectar un sensor sin contacto, se utiliza codificación. Esto le permite evitar un funcionamiento incorrecto del dispositivo debido a la influencia extraña de fuentes de luz. Estos sensores también funcionan a bajas temperaturas. En estas condiciones, se les colocan carcasas térmicas.
¿Qué son los sensores ópticos no supervisados? Este circuito electronico, respondiendo a cambios en el flujo de luz que incide sobre el receptor. Este principio de funcionamiento permite registrar la presencia o ausencia de un objeto en un área espacial particular.
El diseño de los sensores ópticos sin contacto tiene dos bloques principales. Uno de ellos es la fuente de radiación y el segundo es el receptor. Pueden estar ubicados en el mismo o en diferentes edificios.
Al considerar el principio de funcionamiento de un sensor sin contacto, se pueden distinguir tres tipos de dispositivos ópticos:
- Barrera. Los interruptores ópticos de este tipo (T) funcionan con un haz directo. En este caso, los dispositivos constan de dos partes separadas: un transmisor y un receptor, ubicados coaxialmente entre sí. El flujo de radiación emitido por el emisor debe dirigirse exactamente al receptor. Cuando el haz es interrumpido por un objeto, el interruptor se activa. Estos sensores tienen una buena inmunidad al ruido. Además, no le temen a las gotas de lluvia, al polvo, etc.
- Difuso. El funcionamiento de los interruptores ópticos tipo D se basa en el uso de un haz reflejado por un objeto. El receptor y el transmisor de dicho dispositivo se encuentran en una sola carcasa. El emisor dirige el flujo hacia el objeto. El rayo, reflejado desde su superficie, se distribuye en diferentes direcciones. En este caso, parte del flujo regresa, donde es capturado por el receptor. Como resultado, el interruptor se dispara.
- Reflejo. Estos sensores ópticos de proximidad son del tipo R. Utilizan un haz reflejado por un reflector. El receptor y el emisor de dicho dispositivo también se encuentran en la misma carcasa. Cuando el haz incide en el reflector, se refleja y cae en la zona del receptor, por lo que se activa el dispositivo. Dichos dispositivos funcionan a una distancia del objeto de no más de 10 metros. Quizás puedan usarse para fijar objetos translúcidos.
Sensores inductivos
El funcionamiento de este dispositivo se basa en el principio de tener en cuenta los cambios en la inductancia de sus componentes principales: la bobina y el núcleo. De aquí proviene el nombre de este tipo de sensor.
Los cambios en la inducción indican que ha aparecido un objeto metálico en el campo magnético de la bobina, que la ha cambiado y, en consecuencia, todo el circuito de conexión, cuya función principal está asignada al comparador. En este caso, se envía una señal al relé y se corta la corriente eléctrica.
En base a esto, podemos hablar sobre el propósito principal de dicho dispositivo. Se utiliza para medir el movimiento de un equipo que debe detenerse si se exceden los límites de movimiento. Los propios sensores tienen límites de movimiento que van desde una micra hasta veinte milímetros. En este sentido, un dispositivo de este tipo también se denomina interruptor de posición inductivo.
Una revisión de los sensores sin contacto de este tipo nos permite distinguir varias variedades. Esta clasificación se basa en el diferente número de cables de conexión:
- Dos hilos. Estos sensores inductivos están conectados directamente al circuito. Esta es la opción más sencilla, pero al mismo tiempo bastante caprichosa. Requiere una resistencia de carga nominal. Si este indicador disminuye o aumenta, el funcionamiento del dispositivo se vuelve incorrecto.
- Tres hilos. Este tipo de sensor de inducción es el más común. En tales circuitos, se deben conectar dos cables al voltaje y un cable se debe conectar directamente a la carga.
- De cuatro y cinco hilos. En estos sensores, se conectan dos cables a la carga y el quinto se utiliza para seleccionar el modo de funcionamiento requerido.
Sensores ultrasónicos
Estos dispositivos son ampliamente utilizados en una amplia variedad de áreas de producción, resolviendo muchos problemas en la automatización de ciclos tecnológicos. Los sensores de proximidad ultrasónicos se utilizan para determinar la ubicación y la distancia de varios objetos.
Por ejemplo, se utilizan para detectar etiquetas, incluso transparentes, para medir distancias y controlar el movimiento de un objeto. Se utilizan para determinar el nivel del líquido. Esto surge, por ejemplo, de la necesidad de tener en cuenta el consumo de combustible al realizar trabajos de transporte. Y estas son sólo algunas de las muchas aplicaciones de los interruptores ultrasónicos.
Estos sensores son bastante compactos. Se distinguen por su construcción de alta calidad y la ausencia de varias partes móviles. Este equipo no teme a la contaminación, lo cual es bastante importante en condiciones industriales, y además casi no requiere mantenimiento.
El sensor ultrasónico contiene un calentador piezoeléctrico, que es a la vez emisor y receptor. Esta parte estructural reproduce una corriente de pulsos de sonido, la recibe y convierte la señal recibida en voltaje. A continuación, se envía al controlador, que procesa los datos y calcula la distancia a la que se encuentra el objeto. Esta tecnología se llama ecolocalización.
El rango activo de un sensor ultrasónico es el rango de detección operativo. Esta es la distancia dentro de la cual el dispositivo ultrasónico puede "ver" un objeto, independientemente de si se acerca al elemento sensor en dirección axial o se mueve a través del cono de sonido.
Según el principio de funcionamiento, se distinguen los sensores ultrasónicos:
- Provisiones. Estos dispositivos se utilizan para calcular el intervalo de tiempo necesario para que el sonido viaje desde un dispositivo a un objeto en particular y regrese. Los sensores de posición ultrasónicos sin contacto se utilizan para controlar la ubicación y presencia de diversos mecanismos, así como para contarlos. Estos dispositivos también se utilizan como indicadores de nivel para diversos líquidos o materiales a granel.
- Distancias y movimientos. El principio de funcionamiento de dichos dispositivos es similar al utilizado en el dispositivo descrito anteriormente. La única diferencia es el tipo de señal que está presente en la salida. Es analógico, no discreto. Los sensores de este tipo se utilizan para convertir los indicadores existentes de la distancia a un objeto en determinadas señales eléctricas.
Sensores magnéticos
Estos interruptores se utilizan para el control de posición. Los sensores se activan cuando se acerca un imán que se encuentra en una parte móvil del mecanismo. Estos dispositivos tienen un rango de temperatura ampliado (de -60 a +125 grados Celsius). Esta funcionalidad le permite automatizar gran número complejo procesos de producción.
Se utiliza un sensor de temperatura sin contacto de tipo magnéticamente sensible:
En industrias químicas y metalúrgicas;
En las regiones del Extremo Norte;
Sobre material rodante;
En unidades de refrigeración;
En camiones grúa;
Se utilizan en sistemas de seguridad de edificios, así como para abrir automáticamente ventanas y puertas de entrada.
Los más modernos y de acción más rápida son los sensores magnéticamente sensibles que funcionan según el efecto Hall. No están sujetos a desgaste mecánico, ya que cuentan con un interruptor de salida electrónico. El recurso de estos sensores es prácticamente ilimitado. En este sentido, su uso es una solución rentable y práctica a los problemas de medir el número de revoluciones del eje, fijar la ubicación de objetos que se mueven rápidamente, etc.
Al medir el nivel de líquidos, se utilizan ampliamente sensores magnéticos sensibles de tipo flotador. Ellos son la mejor opción para determinar los indicadores requeridos debido al precio económico y la simplicidad del diseño.
Sensores de microondas
Este tipo de interruptores sin contacto es la opción de diseño más universal, que se puede lograr mediante un escaneo continuo del área atendida. Vale la pena tener en cuenta que se encuentran en una categoría de precio más alta que, por ejemplo, los análogos ultrasónicos.
El funcionamiento de dicho dispositivo se produce debido a la emisión de ondas electromagnéticas de alta frecuencia, cuyo valor es ligeramente diferente en dispositivos de diferentes fabricantes. Los sensores de microondas están configurados para escanear y recibir ondas reflejadas. Esto permite que el dispositivo registre incluso los cambios más mínimos en el fondo electromagnético. Si esto sucede, el sistema de alerta conectado al sensor se activa inmediatamente en forma de alarma, iluminación, etc.
Los dispositivos de microondas tienen mayor precisión y sensibilidad de funcionamiento. No son barreras paredes de ladrillo, puertas y muebles. Este hecho debe tenerse en cuenta al instalar el sistema. El nivel de sensibilidad del dispositivo se puede cambiar configurando el sensor de movimiento.
Los interruptores de microondas se utilizan para controlar la iluminación interior y exterior, dispositivos de alarma, aparatos eléctricos, etc.
Sensores pirométricos
El cuerpo de cualquier ser vivo se caracteriza por la presencia de radiación térmica, que es un haz de ondas electromagnéticas de diferentes longitudes. A medida que aumenta la temperatura del cuerpo, también aumenta la cantidad de energía que emite.
Los sensores llamados sensores pirométricos funcionan en base a la detección de radiación térmica. Ellos son:
Radiación total, midiendo la energía térmica total del cuerpo;
Radiación parcial, midiendo la energía del área limitada por el receptor;
Relaciones espectrales, que proporcionan un indicador de la relación de energía de ciertas partes del espectro.
Los sensores sin contacto se utilizan con mayor frecuencia en dispositivos que registran el movimiento de objetos.
Interruptores táctiles
Las tecnologías en desarrollo han afectado a casi todas las esferas de la actividad humana. Tampoco ignoraron las cuestiones de mejoras para el hogar. Un ejemplo sorprendente de esto es el interruptor táctil. Este dispositivo le permite controlar la iluminación de la habitación con un ligero toque.
El interruptor táctil responde inmediatamente incluso con el más mínimo toque del botón. Su diseño incluye tres elementos principales. Entre ellos:
- Una unidad de control que procesa la señal recibida y la transmite a los elementos necesarios.
- Dispositivo de conmutación. Esta parte cierra y abre el circuito, y también cambia la corriente consumida por la lámpara.
- Panel de control (táctil). Usando esta parte, el interruptor recibe señales del control remoto o del tacto. Los dispositivos más modernos se activan cuando acercas la mano a ellos.
Los modelos estándar pueden:
Enciende y apaga las luces;
Ajustar el brillo;
Monitorear el funcionamiento de los dispositivos de calefacción, informando cambios de temperatura;
Abrir y cerrar persianas;
Enciende y apaga los dispositivos del hogar.
Los interruptores táctiles producen varios tipos. El modelo específico se selecciona en función de las necesidades de un edificio de oficinas o residencial. Por ejemplo, el deseo de comprar e instalar un dispositivo táctil puede surgir debido a la ubicación de un interruptor estacionario en un lugar inconveniente con la imposibilidad de moverlo. O tal vez hay una persona que vive en una casa o apartamento cuya movilidad es limitada. A veces, los interruptores fijos se encuentran a tal altura que resultan inaccesibles para los niños. Resolver el problema requerirá elegir un modelo específico. Algunos propietarios prefieren instalar interruptores táctiles para cambiar la intensidad de la luz sin levantarse de la cama, etc.
