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小电容测量（模拟电容传感器）

我为社区提供了一个小型电容传感器，其工作电流几乎为0 pF。它可以用于业余电子，机器人技术。

在开发爱好电子产品时，我需要一些具有电容效应的简单距离传感器。在互联网上搜索时，我发现只有触摸传感器，但它们的响应距离短且具有数字输出。其他传感器太复杂或设置时间长。我需要一个非常简单且便宜的微控制器来工作。发生了什么-割伤了...

方案


经过几次实验，该电路出现在图。1.

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图 1.方案。微型电容10

它是如何工作的


工作原理是基于测量在充电过程中积累在电容器板上的电荷。第二盖是带到传感器​​的物体。对于建模，它显示为连接到“地球”，但这并不重要。

电容器极板连接到微控制器的输出，该微控制器的输出被配置为发出120-180 kHz的曲折频率，在图中它是电压源V2。而且，衬里连接到晶体管Q1的基极。发射器连接到同一发电机。由于MK输出是互补的，因此这意味着输出将交替连接到“ +”电源，然后再连接到“ 0”。在这些半期间会发生什么：

  • . 1: R1, R2. , , R2 , . , U<0.
  • . 0: 1 R3, Q1 . «0V», . , 1.

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二极管D1和电容器C2构成一个幅度检测器-在R5上产生一个与电容C1成比例的电压。需要晶体管Q2来使电阻与ADC MK匹配。输出电压从R6移除。

仿真结果（图2）处于图中所示的额定值。线性关系大约保持到10 pF。


图。 2.图形电容-电压

当R3降低至2 kOhm时，灵敏度增加，线性部分减小至大约0 ... 4 pF。


图。 3. 电容–电压图

注：上升约0 pF是一个模拟误差，线性实际上在那里继续。经过硬件测试。

给定的电路与其他电路（具有二极管隔离或电桥以及不断包含BE晶体管）的不同之处在于，电容/电压比几乎为0 pF，没有死区。而且，电路中仅涉及一个电容器极板。

在板上执行时，电路本身的容量远远小于一个盖板（20 cm 2的板）的容量。传感器的灵敏度：举起一只手到平板约50毫米时-输出信号的变化大于10％。估计的电容变化约为2 pF。传感器不响应网络干扰，EMF和GSM。

完善实施


  • 晶体管的工作频率应为100 MHz，最小基极电容（此处为2 pF）。
  • 二极管D1-高频型BAV99，单位电容为pF。
  • C2不再需要10-30 nF，MK的输出电流会增加。为了使脉冲平滑，您可以将一个电容器与R6并联
  • 一个100欧姆的电阻器R1限制MK的输出电流，脉冲5mA，平均为0.2mA。
  • 该电路中的微控制器为Atmega8A，输出为166 kHz方波，其为ADC。由于杂散电容的影响，不建议将频率提高到300 kHz以上。

谁实施并运用自己的手艺-退订，有趣。

替代用途。


在文章下方的评论中，讨论了使用土壤水分作为传感器。我决定检查是否有可能。

他拿起40x60毫米的传感器板，并用4层水暖胶带（例如密封）包裹好。自身电容增加了，我不得不改变电路的额定值，从而将灵敏度降低到15 pF的水平。新图在这里：
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图。4.土壤湿度传感器方案。

实验


我没有平坦的土地，我将沙子倒入容量为300毫升的广口瓶中。我每次加水约15 ... 20毫升。
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干沙。自己的传感器容量。

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沙+ 20毫升水。

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他还加了水，夯了一下。

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...还有更多的水。

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...还有更多的水。

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...还有更多的水。

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...还有更多的水。变得非常热带潮湿。

从R5移除了电压，因此随着容量的增加，电压也随之增加。
可以看出，容量随着每次浇灌而增加。但是，要么是沙子，要么是我不知道，但是当加满水时，读数会立即增加。我期望用水浸泡沙子时U的变化更平滑。

是的，我知道使用Ali的Arduino触摸传感器。但是我想自己弄清楚，并使用给定的参数来完成。

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