Сигнализатор уровня сред (далее СУС) предназначен для сигнализации наличия определенных объектов (сыпучих сред, предметов) в непосредственной близости от его датчика (чувствительного элемента). По сути, это емкостное реле, сигнализатор изменения емкости емкостного датчика. От подобных устройств резонансного типа, СУС отличается отсутствием катушек индуктивности и простотой настройки. Такое схемное решение обеспечивает реакцию на изменение емкости датчика всего на 0,5 пф (!). Это позволяет реагировать на приближение ладони человека на расстояние 5-8см до поверхности датчика.
Блок-схема СУС показана на рисунке 1, и состоит из: датчика —1, тактового генератора —2, генераторов опорного —3 и измерительного —4 сигналов, сравнивающего устройства —5, согласующего –6 исполнительного –7 устройств и блока питания —8.
Рассмотрим работу схемы по диаграммам на рисунке 2:
Тактовый генератор вырабатывает импульсы синхронизации (1), по которым запускаются опорный (3) и измерительный (5) ждущие мультивибраторы. Длительность опорного импульса определяют элементы схемы (3), (могут меняться вручную). Длительность измерительного импульса (5) зависит от величины емкости датчика.
В исходном состоянии, когда на датчик не воздействуют посторонние предметы, его емкость мала и длительность (t2) опорного импульса, больше длительности измерительного (t3) импульса (t2> t3, диаграмма 4, 5). При приближении контролируемого объекта к датчику его электрическая ёмкость увеличивается, длительность измерительного импульса (t4) возрастает и в определённый момент становится больше опорного (t2) (t2 При отдалении контролируемого объекта к датчику его электрическая ёмкость уменьшается и длительность измерительного импульса уменьшается (t5) и когда она станет меньше t2 , схема вернется в исходное состояние и с нагрузки напряжение будет снято (точка «Б» диаграммы 6).
Рассмотрим принципиальную схему сигнализатора СУС на рисунке 3:
Тактовый генератор собран на логических элементах DD1. Генератор опорного сигнала выполнен на 2-х элементах DD2, транзисторе VТ1 и времязадающей цепочке C3, R2, R4. Его параметры регулируются резистором R4.
Генератор измерительного сигнала выполнен на оставшихся 2-х элементах DD2, транзисторе VТ2 и времязадающей цепочке C0,С2, R3. Выходы обоих генераторов поданы на входы «D» и «С» триггера DD3. При длительности импульса измерительного канала (5) больше длительности импульса опорного канала (3), в триггер, записывается «1» (6). Согласование по уровню сигнала осуществляется в согласующем устройстве 6 (рис.1), собранное на элементах:VТ3, VТ4, R13, R14, R16-R18 (рис. 3). Релейный каскад исполнительного устройства 7 собран на VT5. Контакты реле К1 коммутируют питание на нагрузку. В верхней части схемы показан симисторный вариант коммутатора нагрузки. Обе схемы не имеют особенностей.
Конструкция СУС и датчика показана на рисунке 4.
Несущим элементом является металлический корпус с размещенным в нем диском из фольгированного текстолита толщиной 1,5мм и диаметром 160мм. Рисунок датчика нанесен краской по трафарету. Не защищенные участки вытравлены, к получившимся зонам (обкладкам конденсатора датчика) подпаяны провода для подключения в схему.
Настройка сигнализатора состоит в проверке напряжения питания микросхем и контроле соответствия сигналов в контрольных точках в соответствии с рисунками 2 и 3. При исходном состоянии датчика длительность импульса на выводе 3 микросхемы DD3, должна быть меньше длительности импульса выводе 5 той же МС. Достигается это регулировкой подстроечного резистора R4. При приближении руки к датчику на выходе 1 микросхемы DD3 должен быть переход с состояния «0» в состояние «1». Чувствительность уточняется незначительным изменением положения резистора R4. Настройка остальной части схемы, при исправных деталях, не требуется.
Конструктивно сигнализатор собран из 2-х блоков (выделено на рисунке 3). Левая (по схеме) часть собрана в непосредственной близости от датчика, в одном корпусе. Правая часть – отдельным блоком. Соединение между блоками 3-х проводное, не ограниченной длины (в разумных пределах).