电容式接近开关及其应用

电容式接近开关及其应用

作者：邓重一

1 引言

随着我国经济的快速发展，现代城市人

口的增加、城市范围的扩大，能源紧张问题越来越突出了。特别是水资源，它与工农业生产以及人民的生活息息相关，由于一些地区以前无计划性地乱的开采，出现了缺水的现象。

如何有效地管理和节约用水是当务之急。本文利用电容

式接近开关和其它器件设计了一种

控制水龙头开与关的系统。本系统具有控制灵敏、使用方便、工作寿命长的特点。

2

电容式接近开关介绍

电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数ε发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。被这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn（Sn为电容式接近开关的标准检测距离）的位置动作。这里选用的是浙江省洞头县光电开关厂生产的CLG型M18×70标准结构的开关。它的外型图与尺寸标示图分别如图1与图2所示。

图1 CLG型M18×70电容式接近开关外型图

图2CLG型M18×70标准结构开关外部尺寸图

操作参数如表1所示。

部分常用材料介电常数如表2所示。

3系统组成及设计过程

系统组成框图如图3所示，从框图可以看出控制信号的流程：当人或其它物体接近电容式接近开关时，等效电容的容量值会发生变化，从而改变LC振荡器的振荡频率，F/V电路将LC振荡器输出的频率量转化成电压量后，交给信号处理电路，该部分将电压信号进行一系列的处理（包括：放大、整形等）后传给开关量变换电路，开关量转换电路实际上是A/D 转换器，它将模拟电压转换为数字量，水龙头控制电路由开关量转换电路的输出量控制，它产生控制信号控制水龙头的开与关。本系统设计成当人接近水龙头一定距离时，水龙头自动开启，离开一定距离后水龙头自动关闭。

图3 控制系统组成框图

3．1 部分关键电路介绍振荡电路与F/V变换电路及信号处理部分

连线图如图4所示，由555定时器组成的振荡器，它的振荡频率为：f=1/0．69*（R1+2*R2）*（C//CT），C就是电容式接近开关的等效电容值，CT为频率调节电容，通过C的变化从而使振荡频率变化，将此种变化传给F/V电路，引起F/V电路的输出电压变化。由锁相环CD4046组成的F/V变换电路将频率值变成电压值后，经精密运放OP-07线性放大后输入到开关量转换器（A/D转换器）的输入端。

图4 振荡电路与F/V部分及信号处理电路连线图

A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，输入到水龙头控制电路的输入端，由水龙水控制电路控制水龙头的开与关，这些电路简单，这里限于篇幅，不作介绍。

3．2 系统安装要求

安装要求示意图如图5所示，图中S1表示检测面与支架的间距，要求≥1Sn，S2表示检测

面与背景的间距，要求≥3Sn，S3表示并列安装间距，要求≥5Sn，S4表示检测面与侧壁的间距，要求≥3Sn。（Sn为电容式接近开关的标准检测距离）

图5系统安装尺寸图

4 结束语

由于本系统可利用电容式接近开关的感应灵敏度可以调节的特点，所以可以方便地选人控制水龙头开与关的距离。它的实用性、可操作性很强。由于选用的都是优质器件，它的性能价格比高，并且具有通用性（只要改变被控制对象，再作必要的设置，就能变为其它的功能电路）。它己被做成了产品，正在批量生产。从目前使用的情况看，效果良好，性能稳定。当然，由于开发时间仓促，系统设计还有不少需要完善的地方。不管怎样，它被推广使用的价值很高。(end)