Kaj je kapacitivni senzor?

Tako kot nekatere druge vrste senzorjev (na primer induktivni senzorji) tudi kapacitivni senzorji delujejo brez fizičnega stika s predmetom, ki ga preiskujejo. Z drugimi besedami, te vrste senzorjev so brezkontaktne naprave. Zaznajo lahko električno prevodne in neprevodne materiale. Zaradi te lastnosti lahko kapacitivne senzorje uporabljamo tam, kjer na primer induktivni senzorji niso uporabni.

Kaj je kapacitivni senzor, njegova struktura in način delovanja

Ta vrsta senzorja kot naprava ni zelo zapletena in je običajno sestavljena iz:

Ohišja

Telo omogoča zbiranje vseh elementov v eno celoto. Poleg tega zagotavlja zanesljivo zaščito elementov pred zunanjimi dejavniki, ki lahko vplivajo na njegovo učinkovitost. Telo kapacitivnega senzorja je običajno narejeno iz medenine ali poliamida.

Konektor

Je posebna smola, ki ščiti senzorske elemente pred vlago ali drugimi škodljivimi snovmi.

Sprožilec

Sprožilec ustvari zahtevano moč preklopnega signala in količino histereze (to je razlika v razdalji pred vklopom).

LED

LED diode omogočajo hitro nastavitev in označujejo položaj stikala.

Ojačevalnik

Ojača izhodni signal na želeno vrednost.

Demodulator

Demodulator spreminja visokofrekvenčna nihanja, dokler se napetost ne spremeni.

Generator

Ustvari električno polje, ki deluje na predmet.

Elektrode

Delovna površina kapacitivnega senzorja sta običajno dve elektrodi, ki delujeta kot kondenzatorski plošči, ki sta povezani s povratnim vezjem generatorja. Ta pa je konfiguriran tako, da spreminja svojo moč, ko se približuje nadzorovanemu objektu.

Kot rezultat teh vibracij, ko se senzor približa predmetu, generira naraščajočo amplitudo, ki se obdela in proizvede izhodni signal.

Kapacitivne senzorje poganjajo električno prevodni predmeti in dielektriki. Ko se približa prevodni objekt, zaznavna razdalja postane veliko večja, kot če so preskusni predmeti dielektriki (reakcijska razdalja je odvisna od dielektrične konstante).

Uporaba
Uporaba senzorjev te vrste je izjemno številna in raznolika. Veliko se uporabljajo v sistemih za nadzor industrijskih procesov v skoraj vseh panogah.

Uporabljajo se v senzorjih za parkiranje avtomobilov in za nadzor polnjenja rezervoarjev s tekočino, razsuti tovor in plinaste snovi, za stikala na avtomatskih linijah, za strojne centre, stroje, tekoče trakove, alarmne sisteme in druge.

Vrste kapacitivnih senzorjev in njihova uporaba

Senzorji bližine

Trenutno so med najpogosteje uporabljenimi kapacitivnimi senzorji bližinski senzorji, ki imajo poleg izjemno zanesljivosti zelo široko paleto prednosti.

Tovrstni senzorji se uporabljajo na skoraj vseh področjih, saj imajo zelo ugodne cene. Uporabljajo se za spremljanje nivoja polnjenja različnih posod, nadzor napetosti, signalizacijo v primeru težav na proizvodnih linijah in drugo.

Kapacitivni dajalniki za kotne in linearne premike

Tovrstni senzorji se uporabljajo v panogah, kot so strojništvo, energetika, promet, gradbeništvo in druge.

Nagibni merilniki

Kapacitivni nagibniki se uporabljajo na naftnih ploščadih v izravnalnih sistemih, za določanje deformacij nosilcev, za spremljanje in nadzor naklona cest in železnic med njihovo gradnjo, za določanje kakovosti avtomobilov, ladij, dvigal, dvižne opreme, kmetijske mehanizacije za določanje kotnega premika vrtljivih predmetov, kot so kot gredi, zobniki in mehanizmi, tako mirujoči kot premični.

Kapacitivni senzorji nivoja

Tovrstni senzorji se uporabljajo v sistemih za nadzor, regulacijo in nadzor procesov v živilski, farmacevtski, kemični in naftni industriji.

Izredno učinkoviti so pri ravnanju s tekočinami, razsuti materiali, prevodnimi in neprevodnimi viskoznimi snovmi ter v težkih delovnih okoljih v prostorih ali krajih, kjer se nabira prah ali kondenz.

Kapacitivni senzorji se pogosto uporabljajo v panogah, kjer je potrebno natančno merjenje skupnega tlaka, debeline dielektričnih materialov, vlage, linearnih in kotnih deformacij in drugih.

Razvrstitev kapacitivnih senzorjev glede na način njihove izvedbe

Vse vrste kapacitivnih senzorjev lahko razdelimo v dve skupini: senzorji z enim in dvema rezervoarjema. Slednje se nadalje delijo na diferencialne in poldiferencialne.

Eno kapacitivni senzorji imajo preprosto zasnovo in so spremenljivi kondenzatorji. Ta vrsta senzorja ima več pomanjkljivosti, ki vključujejo pomembne vplive okolja, kot so vlaga in temperatura.

Pomanjkljivost senzorjev z diferencialno zasnovo je v tem, da se razlikujejo od senzorjev z eno samo kapacitivnostjo, diferencialni senzorji pa imajo vsaj tri povezovalne žice med senzorjem in merilno napravo za nevtralizacijo negativnih vplivov vlage in temperature.

Vendar pa zaradi te majhne pomanjkljivosti diferencialni senzorji znatno povečajo svojo natančnost in stabilnost ter s tem razširijo svoje področje uporabe.

Prednosti kapacitivnih senzorjev
V primerjavi s konkurenčnimi optičnimi, induktivnimi in piezoelektričnimi senzorji imajo kapacitivni senzorji številne prednosti, med drugim:

• enostavnost izdelave - za izdelavo kapacitivnih senzorjev se uporabljajo poceni materiali, kar vpliva na končno ceno izdelka;
• majhnost in teža;
• nizka poraba energije;
• visoka stopnja občutljivosti;
• brez stika (ni nujno, da so v bližini predmeta preučevanja;
• dolga življenjska doba;

Preprosta prilagoditev zasnove senzorja za različne naloge in meritve.

Omejitve
Nekatere največje slabosti kapacitivnih senzorjev so:

• razmeroma nizka stopnja pretvorbe (prenos);
• potreba po delu na frekvenci nad 50 Hz;
• na zmogljivost lahko vplivata prah in vlaga, senzor pa lahko zazna napačne meritve;
• temperaturna občutljivost.

Kapacitivni senzorji so enostavni za oblikovanje, kar ima za posledico trajno in zanesljivo zasnovo. Parametri kondenzatorja so odvisni samo od njegovih lastnosti in niso odvisni od lastnosti uporabljenih materialov, če so pravilno izbrani.

Problem njihove občutljivosti na temperaturo lahko rešimo z izbiro ustreznega materiala za plošče in ustrezne izolacije za njihovo pritrditev. Ostalo je le izboljšati njihovo zaščito pred škodljivimi učinki prahu, vlage in ionskega sevanja, tovrstni senzorji pa bodo imeli še širši spekter uporabe.

In na koncu lahko povzamemo ...

Kapacitivni senzorji uporabljajo zelo malo mehanske sile, ki jo potrebujejo za premikanje gibljivega dela, prilagajanje izhoda sistema in delovanje z visoko natančnostjo. Zaradi vsega tega so ti senzorji nepogrešljivi za natančno merjenje prevodnih in neprevodnih elementov.

Vprašanja in odgovori:

Kaj so kapacitivni senzorji? Enojno kapacitivno, dvojno kapacitivno. Po drugi strani so razdeljeni na: linearne, kotne, naklonske, nivojske senzorje, tlačne pretvornike.

Čemu so namenjeni kapacitivni senzorji in kako delujejo? V takšnih senzorjih se merjeni parameter spremeni, zaradi česar se spremeni upor. Takšni senzorji se uporabljajo za pretvorbo vrednosti vlažnosti, tlaka, mehanske sile itd.

Kako deluje kapacitivni nivojski senzor? Pri takem senzorju se zaradi spremembe izmerjene ravni spremeni tudi kapacitivnost kondenzatorja (tvorita ga sonda in stene rezervoarja – več tekočine je v rezervoarju, večja je zmogljivost).