Czym są i do czego służą czujniki pojemnościowe?

Czujniki pojemnościowe znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Stanowią też praktyczną alternatywę dla czujników indukcyjnych. W artykule omówimy, czym są, do czego służą oraz na czym polega zasada działania czujnika pojemnościowego.

Profesjonalne czujniki pojemnościowe umożliwiają pomiar rozmaitych wielkości występujących w przemyśle – ilość granulatu, poziom cieczy czy napełnienie zbiornika. Innym zadaniem realizowanym przez sensory detekcji pojemnościowej jest wykrywanie rodzajów materiałów metalowych i niemetalowych na stosie, np. elementów papierowych czy cieczy w elemencie przewodzącym. To właśnie uniwersalność jest dużą zaletą tych czujników.

Sama istota działania bezstykowych czujników pojemnościowych jest podobna do kondensatora i oparta na pomiarze zmian pojemności. Wspomniany parametr to cecha pola elektrycznego, opisująca reakcję pomiędzy dwoma ciałami przewodzącymi na przyłożoną różnicę napięć. W kolejnych akapitach omówimy szerzej funkcje pomiarowe i zasadę działania czujników oraz porównamy komponenty z czujnikami indukcyjnymi.

Spis treści:

• Czujnik pojemnościowy – czym jest?
• Jakie materiały wykrywa czujnik pojemnościowy?
• Jak działa czujnik pojemnościowy – zasada działania?
• Czujniki pojemnościowe zastosowanie w różnych branżach

Czujnik pojemnościowy – czym jest?

Przemysłowe czujniki pojemnościowe to przetworniki elektroniczne, które w momencie wejścia w obszar ich pola magnetycznego generują odpowiedni sygnał wyjściowy. Interpretacja sygnału poprzez układ elektroniczny i mikroprocesor pozwala m.in. na wykrycie materiałów czy odróżnianie tworzywa sztucznego od metalu i drewna.

Komponenty należące do tej kategorii są często określane mianem pojemnościowych czujników zbliżeniowych. Wynika to z istoty ich działania – czułości na zmiany pola EM wskutek zbliżenia do niego innego obiektu. Główną różnicą pomiędzy pojemnościowymi a indukcyjnymi czujnikami zbliżeniowymi jest ich budowa.

Czujniki indukcyjne wykorzystują do detekcji wbudowaną cewkę, natomiast czujniki pojemnościowe składają się z okładki stanowiącej wraz z powierzchnią badanego obiektu rodzaj kondensatora. W przeciwieństwie do indukcyjnych, czujniki pojemnościowe są mniej podatne na awarie oraz uszkodzenia mechaniczne.

Jakie materiały wykrywa czujnik pojemnościowy?

Jednym z głównych zastosowań czujnika pojemnościowego jest wykrywanie materiałów przewodzących lub nieprzewodzących prąd elektryczny w sposób bezdotykowy. Najczęściej czujniki pojemnościowe stosowane są do wykrywania ciał stałych – tworzyw sztucznych, obiektów metalowych czy drewna – oraz różnego rodzaju cieczy. Możliwość detekcji płynów sprawia, że czujniki są stosowane do pomiaru poziomu i obecności płynu w butelkach.

Jak działa czujnik pojemnościowy – zasada działania?

Już wcześniej pokrótce przybliżyliśmy zasadę działania i zastosowanie czujników zbliżeniowych pojemnościowych. Czujniki tego typu funkcjonują w sposób analogiczny do kondensatorów. Do elektrod czujnika przykładane jest napięcie przemienne, które pobudza ruch ładunków dodatnich i ujemnych – stale zmieniają one swoje położenie. Wytwarza się pole elektryczne i to właśnie jego zmiany stanowią istotę pomiaru przez sensor.

Czujnik zbliżeniowy stanowi jedną okładkę kondensatora. Powierzchnia obiektu podlegającego pomiarowi to druga okładka. Pojemność w układzie pomiarowym jest wprost proporcjonalna do powierzchni obydwu przewodników i odwrotnie proporcjonalna do odległości pomiędzy nimi. W wykrywaniu rodzaju obiektów niemetalicznych pomaga z kolei prosta proporcjonalność pomiędzy pojemnością a stałą dielektryczną materiału.

Jednym z istotnych parametrów wpływających na pomiar jest częstotliwość przełączania. Zwykle jest ona określona na poziomie kilkudziesięciu herców, co sprawia, że czujniki pojemnościowe nie są rekomendowane do zastosowania w układach pomiarowych o dużej dynamice zmian. Standardowa czułość czujników plasuje się z kolei na poziomie 1 V/0,1 mm, co oznacza zmianę napięcia wyjściowego o 1 V przy zmianie odległości czujnik-obiekt o 0,1 mm.

Decydując się na wykorzystanie czujnika, warto pamiętać o aspektach wpływających negatywnie na pomiar. Jednym z głównych czynników obniżających jakość pomiarów są zakłócenia elektromagnetyczne oraz zanieczyszczenia pomiędzy czujnikiem a obiektem. Mogą one wpływać m.in. na zmianę stałej dielektrycznej. Należy także pamiętać o ograniczeniach temperaturowych wskazanych przez producenta i podatności na korozję.

Czujniki pojemnościowe zastosowanie w różnych branżach

Uniwersalność czujników pojemnościowych sprawia, że komponenty znajdują zastosowanie w rozmaitych branżach. Możemy je spotkać m.in. w branży spożywczej, motoryzacyjnej czy logistycznej. Głównym beneficjentem ich zalet pozostaje jednak przemysł.

Precyzyjne czujniki zbliżeniowe wykorzystujące metodę pojemnościową są stosowane np. do bezdotykowej detekcji zawartości opakowań, sprawdzania obecności płynu w butelkach czy rejestracji stanów w procesach. Wspomagają też detekcję ustawienia produktów na taśmie.

Jeżeli szukasz sprawdzonych informacji na temat innowacji w nowoczesnym przemyśle i automatyce, to śledź nasz blog innovatingautomation.pl. Zyskaj najnowszą wiedzę na temat komponentów stosowanych w procesie produkcji i usprawnij pracę swojego zakładu.