Cos'è un sensore capacitivo?

Come alcuni altri tipi di sensori (ad esempio sensori induttivi), i sensori capacitivi funzionano senza contatto fisico con l'oggetto in studio. In altre parole, questi tipi di sensori sono dispositivi senza contatto. Con il loro aiuto, è possibile rilevare materiali sia elettricamente conduttivi che non conduttivi. Grazie a questa proprietà, i sensori capacitivi possono essere utilizzati in luoghi in cui, ad esempio, i sensori induttivi non sono applicabili.

Che cos'è un sensore capacitivo, il suo dispositivo e la modalità di funzionamento

Questo tipo di sensore non è molto complesso come dispositivo e di solito è costituito da:

alloggiamento

La custodia consente di assemblare tutti gli elementi in uno solo. Inoltre, fornisce una protezione affidabile degli elementi da fattori esterni che possono influire sulla sua efficacia. L'alloggiamento del sensore capacitivo è generalmente in ottone o poliammide.

connettore

Questa è una resina speciale che protegge gli elementi del sensore dall'umidità o da altre sostanze nocive.

grilletto

Il trigger crea la potenza necessaria del segnale di commutazione e il valore dell'isteresi (questa è la differenza di distanza prima dell'accensione).

LED

I LED forniscono una rapida configurazione e indicano la posizione dell'interruttore.

Amplificatore

Migliora l'output al valore desiderato.

demodulatore

Un demodulatore cambia le oscillazioni ad alta frequenza fino a quando la tensione cambia.

generatore

Crea un campo elettrico che agisce sull'oggetto.

elettrodi

La superficie di lavoro di un sensore capacitivo è di solito due elettrodi che fungono da piastre del condensatore collegate al circuito di feedback del generatore. A sua volta, è configurato per cambiare il suo potere mentre si avvicina all'oggetto controllato.

Come risultato di queste oscillazioni, quando il sensore si avvicina all'oggetto, il generatore genera un'ampiezza crescente, che viene elaborata e crea un segnale di uscita.

I sensori capacitivi sono pilotati da oggetti elettricamente conduttivi e dielettrici. Man mano che l'oggetto conduttivo si avvicina, la distanza di risposta diventa molto maggiore rispetto a quando gli oggetti di prova sono dielettrici (la distanza di reazione dipende dalla costante dielettrica).

l'uso di
L'uso di sensori di questo tipo è estremamente ampio e diversificato. Sono ampiamente utilizzati nei sistemi di controllo dei processi industriali in quasi tutti i settori.

Sono utilizzati nei sensori di parcheggio automobilistici e per controllare il riempimento di serbatoi con sostanze liquide, sfuse e gassose, per interruttori automatici su linee automatiche, per centri di macchine, macchine, nastri trasportatori, sistemi di allarme e altri.

Tipi di sensori capacitivi e loro applicazione

Sensori di prossimità

Attualmente, uno dei sensori capacitivi più comunemente usati sono i sensori di prossimità che, oltre ad essere estremamente affidabili, presentano una gamma molto ampia di vantaggi.

I sensori di questo tipo sono utilizzati in quasi tutte le aree, in quanto hanno un costo molto ragionevole. Sono utilizzati per controllare il livello di riempimento di vari contenitori, controllare la tensione, per segnalare in caso di problemi sulle linee di produzione e altri.

Sensori capacitivi per movimenti angolari e lineari

Sensori di questo tipo sono utilizzati in settori come ingegneria, energia, trasporti, edilizia e altri.

inclinometri

Gli inclinometri capacitivi vengono utilizzati su piattaforme petrolifere in sistemi di livellamento, per determinare la deformazione dei supporti, per monitorare e controllare la pendenza di strade e ferrovie durante la loro costruzione, per determinare la qualità di automobili, navi, ascensori, attrezzature di sollevamento, macchine agricole per determinare lo spostamento angolare di oggetti rotanti, come entrambi gli alberi, ingranaggi e meccanismi, sia fissi che mobili.

Sensori di livello capacitivi

Sensori di questo tipo sono utilizzati nei sistemi di monitoraggio, regolazione e controllo dei processi nelle industrie alimentari, farmaceutiche, chimiche e petrolifere.

Sono estremamente efficaci quando si lavora con liquidi, materiali sfusi, sostanze viscose conduttive e non conduttive, nonché in condizioni operative difficili in ambienti o luoghi in cui si accumula polvere o condensa.

I sensori capacitivi sono ampiamente utilizzati nelle industrie in cui è richiesta una misurazione accurata della pressione totale, dello spessore dei materiali dielettrici, dell'umidità, delle deformazioni lineari e angolari e altri.

Classificazione dei sensori capacitivi in ​​base al metodo di attuazione

Tutti i tipi di sensori capacitivi possono essere divisi in due gruppi: sensori con uno e due contenitori. Questi ultimi sono ulteriormente suddivisi in differenziale e semi-differenziale.

I sensori con una capacità hanno un design semplice e sono condensatori con capacità variabile. Questo tipo di sensore presenta numerosi svantaggi che includono influenze ambientali significative come umidità e temperatura.

Lo svantaggio dei sensori con un design differenziale è che differiscono dai sensori con una singola capacità, mentre i sensori differenziali hanno almeno tre fili di collegamento tra il sensore e il dispositivo di misurazione per neutralizzare gli effetti negativi di umidità e temperatura.

Tuttavia, a causa di questo piccolo inconveniente, i sensori differenziali aumentano in modo significativo la loro precisione e stabilità e quindi ampliano il loro campo di applicazione.

Pro dei sensori capacitivi
Rispetto ai sensori competitivi ottici, induttivi e piezoelettrici, i sensori capacitivi presentano molti vantaggi, tra cui:

• facilità di produzione: per la fabbricazione di sensori capacitivi vengono utilizzati materiali economici, che influiscono sul prezzo finale del prodotto;
• piccole dimensioni e peso;
• basso consumo energetico;
• alto grado di sensibilità;
• senza contatto (non devono essere vicini all'oggetto di studio;
• lunga durata;

Facile adattamento del design del sensore a vari compiti e misurazioni.

Limitazioni
Alcuni dei maggiori svantaggi dei sensori capacitivi sono:

• un coefficiente di conversione (trasmissione) relativamente piccolo;
• la necessità di lavorare a una frequenza superiore a 50 Hz;
• polvere e umidità possono influire sulle prestazioni e il sensore può rilevare misurazioni errate;
• sensibilità alla temperatura.

I sensori capacitivi sono semplici da implementare, il che consente di creare un design durevole e affidabile. I parametri del condensatore dipendono solo dalle sue caratteristiche e non dipendono dalle proprietà dei materiali utilizzati, se selezionati correttamente.

Il problema della loro sensibilità alla temperatura può essere risolto scegliendo il materiale appropriato per le piastre e l'isolamento appropriato per il loro fissaggio. Resta solo da migliorare la loro protezione contro gli effetti dannosi di polvere, umidità e radiazioni ioniche, e questo tipo di sensori avrà una gamma ancora più ampia di applicazioni.

E infine, possiamo riassumere ...

I sensori capacitivi utilizzano pochissima forza meccanica necessaria per spostare la parte mobile, regolare l'uscita del sistema e operare con elevata precisione. Tutto ciò rende questi sensori indispensabili per la misurazione accurata di elementi conduttivi e non conduttivi.

Domande e risposte:

Cosa sono i sensori capacitivi? Monocapacitivo, doppio capacitivo. A loro volta si dividono in: lineari, angolari, inclinometri, sensori di livello, trasduttori di pressione.

A cosa servono i sensori capacitivi e come funzionano? In tali sensori, il parametro misurato cambia, a causa del quale cambia la resistenza. Tali sensori vengono utilizzati per convertire valori di umidità, pressione, forza meccanica, ecc.

Come funziona un sensore di livello capacitivo? In un tale sensore, a causa di una variazione del livello misurato, cambia anche la capacità del condensatore (è formata dalla sonda e dalle pareti del serbatoio: più liquido nel serbatoio, maggiore è la capacità).