Was ist ein kapazitiver Sensor?

Wie einige andere Arten von Sensoren (z. B. induktive Sensoren) arbeiten kapazitive Sensoren ohne physischen Kontakt mit dem untersuchten Objekt. Mit anderen Worten, diese Arten von Sensoren sind berührungslose Geräte. Mit ihrer Hilfe können sowohl elektrisch leitende als auch nicht leitende Materialien erkannt werden. Aufgrund dieser Eigenschaft können kapazitive Sensoren an Orten eingesetzt werden, an denen beispielsweise induktive Sensoren nicht anwendbar sind.

Was ist ein kapazitiver Sensor, sein Gerät und seine Funktionsweise

Dieser Sensortyp ist als Gerät nicht sehr komplex und besteht normalerweise aus:

Muscheln

Der Fall ermöglicht es, alle Elemente zu einem zusammenzusetzen. Darüber hinaus bietet es einen zuverlässigen Schutz der Elemente vor externen Faktoren, die die Wirksamkeit beeinträchtigen können. Das Gehäuse des kapazitiven Sensors besteht üblicherweise aus Messing oder Polyamid.

Verbinder

Dies ist ein spezielles Harz, das die Sensorelemente vor Feuchtigkeit oder anderen schädlichen Substanzen schützt.

Auslösen

Der Trigger erzeugt die notwendige Leistung des Schaltsignals und den Wert der Hysterese (dies ist die Differenz in der Entfernung vor dem Einschalten).

LEDs

LEDs ermöglichen eine schnelle Einrichtung und zeigen die Position des Schalters an.

Verstärker

Verbessert die Ausgabe auf den gewünschten Wert.

Demodulator

Der Demodulator ändert die Hochfrequenzschwingungen, bis sich die Spannung ändert.

Generator

Es erzeugt ein elektrisches Feld, das auf das Objekt wirkt.

Elektroden

Die Arbeitsfläche eines kapazitiven Sensors besteht normalerweise aus zwei Elektroden, die als Kondensatorplatten dienen und mit der Generatorrückkopplungsschaltung verbunden sind. Er wiederum ist so konfiguriert, dass er seine Kraft ändert, wenn er sich dem kontrollierten Objekt nähert.

Infolge dieser Schwingungen erzeugt der Generator, wenn sich der Sensor dem Objekt nähert, eine zunehmende Amplitude, die verarbeitet wird und ein Ausgangssignal erzeugt.

Kapazitive Sensoren werden von elektrisch leitenden Objekten und Dielektrika angetrieben. Wenn sich das leitende Objekt nähert, wird der Antwortabstand viel größer als wenn die Testobjekte dielektrisch sind (der Reaktionsabstand hängt von der Dielektrizitätskonstante ab).

Verwenden
Der Einsatz solcher Sensoren ist extrem groß und vielfältig. Sie sind in industriellen Prozessleitsystemen in fast allen Branchen weit verbreitet.

Sie werden in Parksensoren für Kraftfahrzeuge und zur Steuerung des Befüllens von Tanks mit flüssigen, sperrigen und gasförmigen Substanzen, für Leistungsschalter in automatischen Leitungen, für Maschinenzentren, Maschinen, Förderer, Alarmsysteme und andere verwendet.

Arten von kapazitiven Sensoren und ihre Anwendung

Annäherungssensoren

Derzeit sind Näherungssensoren einer der am häufigsten verwendeten kapazitiven Sensoren, die nicht nur äußerst zuverlässig sind, sondern auch eine Vielzahl von Vorteilen bieten.

Sensoren dieses Typs werden in fast allen Bereichen eingesetzt, da sie sehr vernünftige Kosten verursachen. Sie werden verwendet, um den Füllstand verschiedener Behälter zu steuern, die Spannung zu steuern und bei Problemen in Produktionslinien und anderen zu signalisieren.

Kapazitive Sensoren für Winkel- und Linearbewegungen

Sensoren dieses Typs werden in Branchen wie Ingenieurwesen, Energie, Transportwesen, Bauwesen und anderen eingesetzt.

Neigungsmesser

Kapazitive Neigungsmesser werden auf Ölplattformen in Nivelliersystemen verwendet, um die Verformung von Stützen zu bestimmen, die Neigung von Straßen und Eisenbahnen während ihres Baus zu überwachen und zu steuern, um die Qualität von Autos, Schiffen, Aufzügen, Hebezeugen und landwirtschaftlichen Maschinen zu bestimmen, um die Winkelverschiebung von rotierenden Objekten zu bestimmen, wie z beide Wellen, Zahnräder und Mechanismen, sowohl stationär als auch mobil.

Kapazitive Füllstandsensoren

Sensoren dieses Typs werden in Überwachungssystemen, zur Regulierung und Steuerung von Prozessen in der Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und Erdölindustrie eingesetzt.

Sie sind äußerst effektiv beim Arbeiten mit Flüssigkeiten, Schüttgütern, leitfähigen und nicht leitenden viskosen Substanzen sowie unter rauen Arbeitsbedingungen in Räumen oder an Orten, an denen sich Staub oder Kondensat ansammelt.

Kapazitive Sensoren werden häufig in Branchen eingesetzt, in denen eine genaue Messung des Gesamtdrucks, der Dicke dielektrischer Materialien, der Feuchtigkeit, linearer und winkeliger Verformungen usw. erforderlich ist.

Klassifizierung kapazitiver Sensoren nach der Methode ihrer Implementierung

Alle Arten von kapazitiven Sensoren können in zwei Gruppen unterteilt werden: Sensoren mit einem und zwei Behältern. Letztere sind weiter unterteilt in Differential und Semi-Differential.

Sensoren mit einer Kapazität sind einfach aufgebaut und Kondensatoren mit variabler Kapazität. Dieser Sensortyp weist mehrere Nachteile auf, zu denen erhebliche Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperatur gehören.

Der Nachteil von Sensoren mit Differentialdesign besteht darin, dass sie sich von Sensoren mit einer Kapazität unterscheiden, während Differentialsensoren mindestens drei Verbindungsdrähte zwischen dem Sensor und dem Messgerät aufweisen, um die negativen Auswirkungen von Feuchtigkeit und Temperatur zu neutralisieren.

Aufgrund dieses kleinen Nachteils erhöhen Differentialsensoren jedoch ihre Genauigkeit und Stabilität erheblich und erweitern dadurch ihren Anwendungsbereich.

Vorteile kapazitiver Sensoren
Im Vergleich zu herkömmlichen optischen, induktiven und piezoelektrischen Sensoren bieten kapazitive Sensoren viele Vorteile, darunter:

• einfache Produktion - für die Herstellung von kapazitiven Sensoren werden billige Materialien verwendet, was sich auf den Endpreis des Produkts auswirkt;
• geringe Größe und Gewicht;
• Energieeffizient;
• hohe Empfindlichkeit;
• berührungslos (sie müssen sich nicht in der Nähe des Untersuchungsobjekts befinden;
• lange Lebensdauer;

Einfache Anpassung des Sensordesigns an verschiedene Aufgaben und Messungen.

Begrenztheit
Einige der größten Nachteile kapazitiver Sensoren sind:

• ein relativ kleiner Umwandlungskoeffizient (Transmissionskoeffizient);
• die Notwendigkeit, mit einer Frequenz über 50 Hz zu arbeiten;
• Staub und Feuchtigkeit können die Leistung beeinträchtigen und der Sensor kann falsche Messungen erkennen.
• Temperaturempfindlichkeit.

Kapazitive Sensoren sind einfach zu implementieren, wodurch Sie ein dauerhaftes und zuverlässiges Design erstellen können. Die Kondensatorparameter hängen nur von ihren Eigenschaften ab und nicht von den Eigenschaften der verwendeten Materialien, wenn sie richtig ausgewählt sind.

Das Problem ihrer Temperaturempfindlichkeit kann gelöst werden, indem das geeignete Material für die Platten und die geeignete Isolierung für ihre Befestigung ausgewählt werden. Es bleibt nur, um ihren Schutz gegen die schädlichen Auswirkungen von Staub, Feuchtigkeit und Ionenstrahlung zu verbessern, und diese Art von Sensoren wird ein noch breiteres Anwendungsspektrum haben.

Und schließlich können wir zusammenfassen ...

Kapazitive Sensoren verbrauchen nur sehr wenig mechanische Kraft, um das bewegliche Teil zu bewegen, die Ausgabe des Systems anzupassen und mit hoher Genauigkeit zu arbeiten. All dies macht diese Sensoren für die genaue Messung von leitfähigen und nicht leitfähigen Elementen unverzichtbar.

Fragen und Antworten:

Was sind die kapazitiven Sensoren? Einfachkapazitiv, Doppelkapazitiv. Sie sind wiederum unterteilt in: Linear-, Winkel-, Neigungsmesser, Füllstandssensoren, Druckaufnehmer.

Wofür sind kapazitive Sensoren gedacht und wie funktionieren sie? Bei solchen Sensoren ändert sich der gemessene Parameter, wodurch sich der Widerstand ändert. Solche Sensoren werden verwendet, um Werte von Feuchtigkeit, Druck, mechanischer Kraft usw.

Wie funktioniert ein kapazitiver Füllstandsensor? Bei einem solchen Sensor ändert sich aufgrund einer Änderung des gemessenen Füllstands auch die Kapazität des Kondensators (er wird von der Sonde und den Wänden des Reservoirs gebildet - je mehr Flüssigkeit im Reservoir, desto höher die Kapazität).