Što je kapacitivni senzor?

Kao i neke druge vrste senzora (na primjer, induktivni senzori), kapacitivni senzori rade bez fizičkog kontakta s predmetom koji se istražuje. Drugim riječima, ove vrste senzora su beskontaktni uređaji. Uz njihovu pomoć mogu se otkriti i elektrovodljivi i neprovodljivi materijali. Zbog ovog svojstva, kapacitivni senzori mogu se koristiti na mjestima gdje, na primjer, induktivni senzori nisu primjenjivi.

Što je kapacitivni senzor, njegova struktura i način rada

Ova vrsta senzora nije vrlo složena kao uređaj i obično se sastoji od:

kućište

Tijelo omogućuje prikupljanje svih elemenata u jednu cjelinu. Uz to, pruža pouzdanu zaštitu elemenata od vanjskih čimbenika koji mogu utjecati na njegovu učinkovitost. Tijelo kapacitivnog senzora obično je izrađeno od mesinga ili poliamida.

konektor

To je posebna smola koja štiti elemente senzora od vlage ili drugih štetnih tvari.

Okidač

Okidač generira potrebnu snagu preklopnog signala i količinu histereze (to je razlika u udaljenosti prije uključivanja).

LED diode

LED diode omogućuju brzo postavljanje i pokazuju položaj prekidača.

Pojačalo

Pojačava izlazni signal na željenu vrijednost.

Demodulator

Demodulator mijenja visokofrekventne oscilacije sve dok se napon ne promijeni.

Generator

Stvara električno polje koje djeluje na objekt.

Elektrode

Radna površina kapacitivnog senzora obično su dvije elektrode koje djeluju kao kondenzatorske ploče koje su povezane s povratnim krugom generatora. Zauzvrat je konfiguriran za promjenu snage dok se približava kontroliranom objektu.

Kao rezultat tih vibracija, kada se senzor približi nekom objektu, generator generira sve veću amplitudu, koja se obrađuje i proizvodi izlazni signal.

Kapacitivni senzori pokreću se elektroprovodljivim objektima i dielektricima. Kako se približava vodljivi objekt, osjetna udaljenost postaje mnogo veća nego kad su ispitni objekti dielektrični (reakcijska udaljenost ovisi o dielektričnoj konstanti).

Koristiti
Upotreba senzora ove vrste izuzetno je široka i raznolika. Široko se koriste u sustavima upravljanja industrijskim procesima u gotovo svim industrijama.

Koriste se u automobilskim parkirnim senzorima i za kontrolu punjenja spremnika tekućinom, sipkim i plinovitim tvarima, za sklopke na automatskim vodovima, za strojne centre, strojeve, transportere, alarmne sustave i druge.

Vrste kapacitivnih senzora i njihova primjena

Senzori blizine

Trenutno su jedan od najčešće korištenih kapacitivnih senzora senzori blizine, koji osim što su izuzetno pouzdani, imaju vrlo širok spektar prednosti.

Senzori ove vrste koriste se u gotovo svim područjima jer imaju vrlo povoljne cijene. Koriste se za kontrolu razine punjenja različitih spremnika, za nadzor napona, za signaliziranje u slučaju problema na proizvodnim linijama i ostalo.

Kapacitivni koderi za kutne i linearne pokrete

Senzori ove vrste koriste se u industrijama kao što su strojarstvo, energetika, promet, građevinarstvo i druge.

Inklinometri

Kapacitivni nagibni mjerači koriste se na naftnim platformama u sustavima za niveliranje, za određivanje deformacije nosača, za praćenje i kontrolu nagiba cesta i željezničkih pruga tijekom njihove izgradnje, za određivanje kvalitete automobila, brodova, dizala, opreme za podizanje, poljoprivrednih strojeva za određivanje kutnog pomaka rotirajućih objekata, poput kao osovine, zupčanici i mehanizmi, stacionarni i pomični.

Kapacitivni senzori razine

Senzori ove vrste koriste se u sustavima za nadzor, regulaciju i kontrolu procesa u prehrambenoj, farmaceutskoj, kemijskoj i naftnoj industriji.

Izuzetno su učinkoviti u rukovanju tekućinama, krutim krutim tvarima, provodljivim i neprovodljivim viskoznim tvarima te u teškim radnim uvjetima u sobama ili mjestima gdje se nakuplja prašina ili kondenzacija.

Kapacitivni senzori široko se koriste u industriji koja zahtijeva precizno mjerenje ukupnog tlaka, debljine dielektričnih materijala, vlage, linearnih i kutnih deformacija i druge.

Klasifikacija kapacitivnih senzora prema načinu njihove provedbe

Sve vrste kapacitivnih senzora možemo podijeliti u dvije skupine: senzori s jednim i dva spremnika. Potonji se dalje dijele na diferencijalne i poludiferencijalne.

Senzori s jednim kapacitetom imaju jednostavan dizajn i promjenjivi su kondenzatori. Ova vrsta senzora ima nekoliko nedostataka, koji uključuju značajne utjecaje okoline poput vlage i temperature.

Nedostatak senzora s diferencijalnim dizajnom je taj što se razlikuju od senzora s jednim kapacitetom, a diferencijalni senzori imaju najmanje tri spojne žice između senzora i mjernog uređaja kako bi neutralizirali negativne učinke vlage i temperature.

Međutim, zbog ovog malog nedostatka, diferencijalni senzori značajno povećavaju svoju točnost i stabilnost, a time i šire područje primjene.

Prednosti kapacitivnih senzora
U usporedbi s konkurentnim optičkim, induktivnim i piezoelektričnim senzorima, kapacitivni senzori imaju brojne prednosti, uključujući:

• jednostavnost proizvodnje - za proizvodnju kapacitivnih senzora koriste se jeftini materijali, što utječe na konačnu cijenu proizvoda;
• mala veličina i težina;
• mala potrošnja energije;
• visok stupanj osjetljivosti;
• beskontaktni (ne moraju biti u blizini predmeta proučavanja;
• dug životni vijek;

Jednostavna prilagodba dizajna senzora za različite zadatke i mjerenja.

Ograničenja
Neki od najvećih nedostataka kapacitivnih senzora su:

• relativno niska stopa konverzije (prijenos);
• potreba za radom na frekvenciji iznad 50 Hz;
• na performanse mogu utjecati prašina i vlaga, a senzor može otkriti pogrešna mjerenja;
• osjetljivost na temperaturu.

Kapacitivni senzori jednostavni su za dizajn, što rezultira trajnim i pouzdanim dizajnom. Parametri kondenzatora ovise samo o njegovim karakteristikama i ne ovise o svojstvima upotrijebljenih materijala ako su pravilno odabrani.

Problem njihove osjetljivosti na temperaturu može se riješiti izborom odgovarajućeg materijala za ploče i odgovarajućom izolacijom za njihovo pričvršćivanje. Preostaje samo poboljšati njihovu zaštitu od štetnih učinaka prašine, vlage i ionskog zračenja, a ova vrsta senzora imat će još širi spektar primjene.

I na kraju, možemo sažeti ...

Kapacitivni senzori koriste vrlo malo mehaničke sile koja im je potrebna za pomicanje pokretnog dijela, podešavanje izlazne snage sustava i rad s velikom točnošću. Sve to čini ove senzore nezamjenjivim za precizno mjerenje vodljivih i nevodljivih elemenata.

Pitanja i odgovori:

Što su kapacitivni senzori? Jednokapacitivni, dvostruki kapacitivni. Zauzvrat se dijele na: linearne, kutne, inklinometre, senzore razine, pretvarače tlaka.

Čemu su namijenjeni kapacitivni senzori i kako rade? U takvim senzorima mijenja se izmjereni parametar, zbog čega se mijenja otpor. Takvi senzori se koriste za pretvaranje vrijednosti vlažnosti, tlaka, mehaničke sile itd.

Kako radi kapacitivni senzor razine? Kod takvog senzora zbog promjene izmjerene razine mijenja se i kapacitet kondenzatora (formira ga sonda i stijenke rezervoara – što je više tekućine u rezervoaru, to je kapacitet veći).