Què és un sensor capacitiu?
Contingut
Com alguns altres tipus de sensors (per exemple, els sensors inductius), els sensors capacitius funcionen sense contacte físic amb l'objecte investigat. En altres paraules, aquest tipus de sensors són dispositius sense contacte. Poden detectar materials tant conductors elèctricament com no conductors. A causa d'aquesta propietat, els sensors capacitius es poden utilitzar en llocs on, per exemple, no són aplicables els sensors inductius.
Què és un sensor capacitiu, la seva estructura i mode de funcionament
Aquest tipus de sensor no és molt complex com a dispositiu i sol consistir en:
Habitatges
El cos permet reunir tots els elements en un tot. A més, proporciona una protecció fiable dels elements contra factors externs que poden afectar la seva eficàcia. El cos d’un sensor capacitiu sol estar fet de llautó o poliamida.
Connector
És una resina especial que protegeix els elements del sensor de la humitat o d'altres substàncies nocives.
Desencadenant
El disparador genera la potència del senyal de commutació necessària i la quantitat d’histèresi (aquesta és la diferència en la distància abans d’encendre-la).
LEDs
Els LED proporcionen una configuració ràpida i indiquen la posició del commutador.
Amplificador
Amplifica el senyal de sortida al valor desitjat.
Desmodulador
El desmodulador canvia les oscil·lacions d'alta freqüència fins que canvia la tensió.
Generador
Crea un camp elèctric que actua sobre l’objecte.
Elèctrodes
La superfície de treball d’un sensor capacitiu sol ser dos elèctrodes que actuen com a plaques de condensadors connectades al circuit de retroalimentació del generador. Al seu torn, està configurat per canviar la seva potència a mesura que s’acosta a l’objecte controlat.
Com a resultat d’aquestes vibracions, quan el sensor s’acosta a un objecte, el generador genera una amplitud creixent, que es processa i produeix un senyal de sortida.
Els sensors capacitius són conduïts per objectes i dielèctrics conductors elèctricament. A mesura que s’acosta un objecte conductor, la distància de detecció es fa molt més gran que quan els objectes de prova són dielèctrics (la distància de reacció depèn de la constant dielèctrica).
Utilitzar
L’ús de sensors d’aquest tipus és extremadament nombrós i variat. S’utilitzen àmpliament en sistemes de control de processos industrials en gairebé totes les indústries.
S’utilitzen en sensors d’aparcament i controlen l’ompliment de dipòsits amb substàncies líquides, a granel i gasosos, per a commutadors de línies automàtiques, per a centres de màquines, màquines, transportadors, sistemes d’alarma i altres.
Tipus de sensors capacitius i les seves aplicacions
Sensors de proximitat
Actualment, un dels sensors capacitius més utilitzats són els sensors de proximitat, que, a més de ser extremadament fiables, presenten una àmplia gamma d’avantatges.
Els sensors d’aquest tipus s’utilitzen en gairebé totes les àrees, ja que tenen un preu molt raonable. S’utilitzen per controlar el nivell d’ompliment de diversos contenidors, controlar el voltatge, per senyalitzar en cas de problemes a les línies de producció i altres.
Codificadors capacitius per a moviments angulars i lineals
Els sensors d’aquest tipus s’utilitzen en indústries com l’enginyeria mecànica, l’energia, el transport, la construcció i altres.
Inclinòmetres
Els inclinòmetres capacitius s’utilitzen en plataformes petrolieres en sistemes d’anivellament, per determinar la deformació dels suports, per controlar i controlar el pendent de carreteres i ferrocarrils durant la seva construcció, per determinar la qualitat dels cotxes, vaixells, ascensors, equips d’elevació, maquinària agrícola per determinar el desplaçament angular d’objectes en rotació, com eixos, engranatges i mecanismes, estacionaris i mòbils.
Sensors de nivell capacitius
Sensors d’aquest tipus s’utilitzen en sistemes de control, regulació i control de processos en les indústries alimentària, farmacèutica, química i del petroli.
Són extremadament efectius en la manipulació de líquids, materials a granel, substàncies viscoses conductores i no conductores i en condicions de treball dures en habitacions o llocs on s’acumulen pols o condensació.
Els sensors capacitius s’utilitzen àmpliament en indústries que requereixen una mesura precisa de la pressió total, el gruix dels materials dielèctrics, la humitat, les deformacions lineals i angulars i altres.
Classificació de sensors capacitius segons el mètode de la seva implementació
Tots els tipus de sensors capacitius es poden dividir en dos grups: sensors amb un i dos tancs. Aquests últims es divideixen a més en diferencials i semidiferencials.
Els sensors d’una sola capacitat tenen un disseny senzill i són condensadors variables. Aquest tipus de sensor té diversos desavantatges, que inclouen importants influències ambientals com la humitat i la temperatura.
L’inconvenient dels sensors amb un disseny diferencial és que difereixen dels sensors d’una sola capacitat i els diferencials tenen almenys tres cables de connexió entre el sensor i el dispositiu de mesura per neutralitzar els efectes negatius de la humitat i la temperatura.
No obstant això, a causa d'aquest petit desavantatge, els sensors diferencials augmenten significativament la seva precisió i estabilitat i, per tant, amplien el seu camp d'aplicació.
Avantatges dels sensors capacitius
En comparació amb els sensors competitius òptics, inductius i piezoelèctrics, els sensors capacitius presenten molts avantatges, inclosos:
- facilitat de producció: s'utilitzen materials barats per a la fabricació de sensors capacitius, cosa que afecta el preu final del producte;
- pes i mida reduïts;
- baix consum d'energia;
- alt grau de sensibilitat;
- sense contacte (no han d’estar a prop de l’objecte d’estudi;
- llarga vida útil;
Fàcil adaptació del disseny del sensor per a diferents tasques i mesures.
Limitacions
Alguns dels majors desavantatges dels sensors capacitius són:
- taxa de conversió (transferència) relativament baixa;
- la necessitat de treballar a una freqüència superior a 50 Hz;
- el rendiment es pot veure afectat per la pols i la humitat i el sensor pot detectar una mesura incorrecta;
- sensibilitat a la temperatura.
Els sensors capacitius són senzills de dissenyar, donant lloc a un disseny durador i fiable. Els paràmetres del condensador només depenen de les seves característiques i no depenen de les propietats dels materials utilitzats, si estan correctament seleccionats.
El problema de la seva sensibilitat a la temperatura es pot solucionar triant el material adequat per a les plaques i l’aïllament adequat per a la seva subjecció. Només queda millorar la seva protecció contra els efectes nocius de la pols, la humitat i la radiació iònica, i aquest tipus de sensors tindran una gamma d’aplicacions encara més àmplia.
I, finalment, podem resumir ...
Els sensors capacitius utilitzen la poca força mecànica que necessiten per moure la part mòbil, ajustar la sortida del sistema i operar amb gran precisió. Tot això fa que aquests sensors siguin indispensables per a la mesura precisa d'elements conductors i no conductors.
Preguntes i respostes:
Quins són els sensors capacitius? Capacitiu simple, capacitiu doble. Al seu torn, es divideixen en: lineals, angulars, inclinòmetres, sensors de nivell, transductors de pressió.
A què serveixen i com funcionen els sensors capacitius? En aquests sensors, el paràmetre mesurat canvia, de manera que la resistència canvia. Aquests sensors s'utilitzen per convertir valors d'humitat, pressió, força mecànica, etc.
Com funciona un sensor de nivell capacitiu? En aquest sensor, a causa d'un canvi en el nivell mesurat, la capacitat del condensador també canvia (està formada per la sonda i les parets del dipòsit: com més líquid hi hagi al dipòsit, més gran serà la capacitat).
