Wat is een capacitieve sensor?

Net als sommige andere soorten sensoren (bijvoorbeeld inductieve sensoren), werken capacitieve sensoren zonder fysiek contact met het te onderzoeken object. Met andere woorden, dit soort sensoren zijn contactloze apparaten. Met hun hulp kunnen zowel elektrisch geleidende als niet-geleidende materialen worden gedetecteerd. Door deze eigenschap kunnen capacitieve sensoren worden toegepast op plaatsen waar bijvoorbeeld inductieve sensoren niet toepasbaar zijn.

Wat is een capacitieve sensor, zijn structuur en bedrijfsmodus

Dit type sensor is als apparaat niet erg complex en bestaat meestal uit:

huisvesting

Het lichaam maakt het mogelijk om alle elementen in één geheel te verzamelen. Bovendien biedt het een betrouwbare bescherming van de elementen tegen externe factoren die de effectiviteit ervan kunnen beïnvloeden. De behuizing van een capacitieve sensor is meestal gemaakt van messing of polyamide.

connector

Het is een speciale hars die de sensorelementen beschermt tegen vocht of andere schadelijke stoffen.

Trekker

De trigger genereert het benodigde schakelsignaalvermogen en de hoeveelheid hysterese (dit is het verschil in afstand vóór het inschakelen).

LEDs

LED's zorgen voor een snelle installatie en geven de schakelaarpositie aan.

Versterker

Versterkt het uitgangssignaal tot de gewenste waarde.

Demodulator

De demodulator verandert de hoogfrequente oscillaties totdat de spanning verandert.

generator

Het creëert een elektrisch veld dat op het object inwerkt.

Elektroden

Het werkoppervlak van een capacitieve sensor bestaat meestal uit twee elektroden die fungeren als condensatorplaten die zijn verbonden met het feedbackcircuit van de generator. Hij is op zijn beurt geconfigureerd om zijn kracht te veranderen wanneer hij het gecontroleerde object nadert.

Als gevolg van deze trillingen, wanneer de sensor een object nadert, genereert de generator een toenemende amplitude, die wordt verwerkt en een uitgangssignaal produceert.

Capacitieve sensoren worden aangedreven door elektrisch geleidende objecten en diëlektrica. Als een geleidend object nadert, wordt de detectieafstand veel groter dan wanneer de testobjecten diëlektrisch zijn (de reactieafstand hangt af van de diëlektrische constante).

Gebruiken
Het gebruik van dergelijke sensoren is buitengewoon breed en gevarieerd. Ze worden veel gebruikt in industriële procesbesturingssystemen in bijna alle industrieën.

Ze worden gebruikt in parkeersensoren voor auto's en om het vullen van tanks met vloeibare, bulk- en gasvormige stoffen te regelen, voor schakelaars op automatische lijnen, voor machinecentra, machines, transportbanden, alarmsystemen en andere.

Typen capacitieve sensoren en hun toepassingen

Nabijheidssensoren

Een van de meest gebruikte capacitieve sensoren op dit moment zijn naderingssensoren, die niet alleen extreem betrouwbaar zijn, maar ook een groot aantal voordelen hebben.

Sensoren van dit type worden in bijna alle gebieden gebruikt omdat ze zeer redelijk geprijsd zijn. Ze worden gebruikt om het vulniveau van verschillende containers te bewaken, stuurspanning te controleren, om te signaleren in geval van problemen aan productielijnen en andere.

Capacitieve encoders voor hoek- en lineaire bewegingen

Sensoren van dit type worden gebruikt in industrieën zoals machinebouw, energie, transport, bouw en andere.

Inclinometers

Capacitieve inclinometers worden gebruikt op olieplatforms in nivelleersystemen, om de vervorming van steunen te bepalen, om de helling van wegen en spoorwegen tijdens hun constructie te bewaken en te controleren, om de kwaliteit van auto's, schepen, liften, hefwerktuigen, landbouwmachines te bepalen om de hoekverplaatsing van roterende objecten te bepalen, zoals als assen, tandwielen en mechanismen, zowel stationair als beweegbaar.

Capacitieve niveausensoren

Dergelijke sensoren worden gebruikt in systemen voor het bewaken, regelen en regelen van processen in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, chemische en petroleumindustrie.

Ze zijn buitengewoon effectief bij het hanteren van vloeistoffen, stortgoederen, geleidende en niet-geleidende viskeuze stoffen en onder zware werkomstandigheden in kamers of plaatsen waar stof of condensatie zich ophoopt.

Capacitieve sensoren worden veel gebruikt in industrieën die nauwkeurige metingen van de totale druk, de dikte van diëlektrische materialen, vocht, lineaire en hoekvervormingen en andere vereisen.

Classificatie van capacitieve sensoren volgens de implementatiemethode

Alle soorten capacitieve sensoren kunnen worden onderverdeeld in twee groepen: sensoren met één en twee tanks. Deze laatste zijn verder onderverdeeld in differentieel en semi-differentieel.

Sensoren met enkele capaciteit hebben een eenvoudig ontwerp en zijn variabele condensatoren. Dit type sensor heeft verschillende nadelen, waaronder aanzienlijke omgevingsinvloeden zoals vochtigheid en temperatuur.

Het nadeel van sensoren met een differentieel ontwerp is dat ze verschillen van sensoren met een enkele capaciteit, en differentiële sensoren hebben minstens drie verbindingsdraden tussen de sensor en het meetapparaat om de negatieve effecten van vochtigheid en temperatuur te neutraliseren.

Vanwege dit kleine nadeel verhogen differentiële sensoren hun nauwkeurigheid en stabiliteit echter aanzienlijk en breiden ze daardoor hun toepassingsgebied uit.

Voordelen van capacitieve sensoren
Vergeleken met concurrerende optische, inductieve en piëzo-elektrische sensoren hebben capacitieve sensoren veel voordelen, waaronder:

• gemak van productie - goedkope materialen worden gebruikt voor de vervaardiging van capacitieve sensoren, wat de uiteindelijke prijs van het product beïnvloedt;
• klein formaat en gewicht;
• laag energieverbruik;
• hoge gevoeligheid;
• contactloos (ze hoeven niet in de buurt van het studieobject te zijn;
• lange levensduur;

Eenvoudige aanpassing van het sensorontwerp voor verschillende taken en metingen.

Beperkingen
Enkele van de grootste nadelen van capacitieve sensoren zijn:

• relatief lage conversieratio (overdracht);
• de noodzaak om te werken met een frequentie boven 50 Hz;
• de prestaties kunnen worden beïnvloed door stof en vocht en de sensor kan onjuiste metingen detecteren;
• temperatuurgevoeligheid.

Capacitieve sensoren zijn eenvoudig te ontwerpen, wat resulteert in een duurzaam en betrouwbaar ontwerp. De parameters van de condensator zijn alleen afhankelijk van zijn kenmerken en zijn niet afhankelijk van de eigenschappen van de gebruikte materialen, als ze correct zijn geselecteerd.

Het probleem van hun temperatuurgevoeligheid kan worden opgelost door het geschikte materiaal voor de platen en de geschikte isolatie voor hun bevestiging te kiezen. Het blijft alleen om hun bescherming tegen de schadelijke effecten van stof, vocht en ionenstraling te verbeteren, en dit type sensoren zal een nog breder scala aan toepassingen hebben.

En tot slot kunnen we samenvatten ...

Capacitieve sensoren gebruiken zeer weinig mechanische kracht die ze nodig hebben om het bewegende deel te verplaatsen, de output van het systeem aan te passen en met hoge nauwkeurigheid te werken. Dit alles maakt deze sensoren onmisbaar voor het nauwkeurig meten van geleidende en niet-geleidende elementen.

Vragen en antwoorden:

Wat zijn de capacitieve sensoren? Enkel capacitief, dubbel capacitief. Ze zijn op hun beurt onderverdeeld in: lineair, hoekig, inclinometers, niveausensoren, drukopnemers.

Waar zijn capacitieve sensoren voor bedoeld en hoe werken ze? Bij dergelijke sensoren verandert de gemeten parameter, waardoor de weerstand verandert. Dergelijke sensoren worden gebruikt om waarden van vochtigheid, druk, mechanische kracht, etc. om te zetten.

Hoe werkt een capacitieve niveausensor? In een dergelijke sensor verandert door een verandering in het gemeten niveau ook de capaciteit van de condensator (deze wordt gevormd door de sonde en de wanden van het reservoir - hoe meer vloeistof in het reservoir, hoe hoger de capaciteit).