سنسور خازنی

سنسور خازنی چیست؟

سنسور خازنی hc سنسورهای بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند که در مقابل فلزات و اغلب غیر فلزات عمل می‌نمایند. این سنسور‌ها برای کنترل سطوح در مخازنی که از مواد پودری، مایع و با دانه دانه پر شده اند مناسب می‌باشند.

همچنین از آن‌ها می‌توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات برای شمارنده‌ها و آشکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.

 

 

سنسور های خازنی نوعی دیگر از سنسورهای مجاورتی می باشند. این سنسورها شباهت زیادی به سنسورهای القایی دارند .

تفاوت ها ی اصلی با آن در این است که سنسور القایی یک میدان الکترومغناطیسی تولید می کند. در نتیجه سنسور القایی فقط قابلیت تشخیص مواد فلزی را دارد ولی سنسور خازنی علاوه بر مواد فلزی قابلیت تشخیص مواد غیر فلزی مانند شیشه, کاغذ, پلاستیک, مایعات و پارچه را نیز دارد .

این سنسورها معمولا به صورت استوانه ای در قطر های ۳۰-۱۸-۱۲-۶ میلی متر و یا بدنه پلاستیکی و یا فلزی ساخته می شود و البته در برخی موارد خاص به صورت مکعبی همچنین اشکال دیگرنیز ساخته می شوند.

عملکرد سنسور خازنی

اساس کار سنسور های خازنی بر مبنای اندازه گیری تغییر ظرفیت یک خازن در مدار رزونانس RC در اثر نزدیک شدن قطعات فلزی یا غیر فلزی می باشد.

قسمت اصلی اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده, وضعیت قرار گیر یاین قطعات نسبت بهم طوری است که باعث ایجاد یک ظرفیت خازنی می شود.

هرگاه قطعه ای با ثابت دی الکتریک به صفحه حساس نزدیک گردد باعث تغیر در ظرفیت خازنی بین قطعات فلز ی می شود که این تغییر ظرفیت باعث تغییر دامنه خروجی اسیلاتور توسط دمدولاتور با مقایسه با مقدار مرجع آشکار می گردد.

هر گاه دامنه اسیلاتور از مقدار مرجع بیشتر باشد ,خروجی سنسور فعال می شود .

معرفی سنسورهای خازنی

Introduction to Capacitive Sensors

سنسورهای خازنی هر دو هدف های فلزی و غیر فلزی از جمله شیشه ، پلاستیک یا چوب را تشخیص می دهند. بسته به اندازه و خواص مواد هدف و همچنین اندازه و شرایط نصب سنسور ، تشخیص فاصله های بین 1 تا 50 میلی متر امکان پذیر است.

سنسورهای مجاورت خازنی می توانند به عنوان “سنسورهای نفوذی” برای تشخیص مایع یا محیط های دارای دانه های ریز مورد استفاده قرار گیرند.

این سنسورها با محتویات درون یک مخزن ساخته شده از شیشه یا پلاستیک ، نارسانا و دارای دیواره نازک بر هم کنش می کنند. این عملکرد با افزایش ظرفیت کلی خازن شامل دیواره مخزن و محیط پر کننده انجام می شود.

قابلیت نفوذ سنسوهای خازنی ، امکان کنترل سطح برای محیط های مایع و مواد توده ای را بدون تماس مستقیم با مواد فراهم می کند.

ویژگی های فنی خاص سنسورهای خازنی

• این سنسورها با هردو مواد رسانای جریان برق و مواد عایق (فلزات آهنی ، فلزات غیر آهنی ، شیشه ، چوب ، پلاستیک و همچنین نفت و محلول های مایع) بر هم کنش می کنند.
• فاصله عملیاتی از سنسور می تواند با هدف و ویژگی های نصب مطابقت داده شود.
• این سنسورها در سرتاسر دیواره های غیر شفاف و نارسانای مخزن می توانند به عنوان “سنسورهای نفوذی” مورد استفاده قرار گیرند.

مطلب مرتبط: فشار سنج خازنی

کاربردهای متداول سنسورهای خازنی

• چک برای حضور کاغذ ، چوب ، شیشه یا مواد پلاستیکی
• کنترل سطح برای محیط های مایع و جامدات توده ای ( پلیت ها ، قرص ها ، گرانول ها)
• تشخیص حضور مایع در لوله کشی و شلنگ های پلاستیکی

مناطق کاربرد سنسورهای خازنی

• صنعت چاپ و کاغذ
• بسته بندی و صنایع غذایی
• داروسازی ، مواد شیمیایی و تکنولوژی فرآیند
• پردازش چوب و پلاستیک
• صنعت خودرو

توصیف عملکرد

سنسورهای مجاورتی خازنی دارای یک الکترود حسگر (منطقه فعال) و یک حلقه محافظ هستند.

الکترود حسگر ، منطقه فعال سنسور است و یک میدان الکتریکی AC منتشر می کند که با محیط هایی که به عنوان پتانسیل مخالف عمل می کنند (اصل خازنی) تشکیل ظرفیت خازنی را می دهد.

اگر مواد هدف به الکترود حسگر فعال نزدیک تر شود ، پتانسیل متقابل تغییر می کند. به این ترتیب ظرفیت بین سنسور و هدف افزایش می یابد.

این تغییر در ظرفیت خارجی با یک مقدار مرجع سنسور داخلی مقایسه می شود. اگر مقدار مرجع بیش از حد شود ، سنسور فعال می شود و یک سیگنال انتقال را به خروجی سنسور تحویل می دهد.

حلقه محافظ خارجی ، میدان الکتریکی الکترود سنسور را متمرکز می کند و تاثیر موقعیت نصب بر روی فاصله عملکرد سنسور را کاهش می دهد.

محدوده فاصله عملکردی یک سنسور مجاورتی خازنی براساس یک شی ء فلزی اتصال یافته به زمین با اندازه ویژه است.

در مقابل اگر تغییر ظرفیت خازن برای مواد محرک نارسانا کمتر است ، پس به منظور تحریک سنسور ،   شی ء باید به الکترود سنسور نزدیک تر شود.

این طول فاصله عملکرد ویژه به منطقه الکترود ، اندازه و متریال شیء ای که باید تشخیص داده شود و همچنین موقعیت نصب سنسور بستگی دارد.

پایین تر بودن عدد permittivity متریال هدف مورد نظر تحت شرایط نصب فیزیکی قابل مقایسه دیگر ، فاصله عملیاتی قابل دستیابی کوتاهتر است. با بیشتر سنسورهای مجاورت خازنی می توان حساسیت را با استفاده از یک پتانسیومتر روی سنسور در محدوده تنظیم کرد.

فاصله عملیاتی تنظیم شده توسط کارخانه می تواند مطابق با متریال شیء ، موقعیت نصب و نیازهای کاربردی تنظیم شود.

ارتباط بین ثابت های متریال و فاصله های عملکردی

محدوده فاصله عملکردی یک سنسور مجاورتی خازنی از پیش در کارخانه با استفاده از یک شیء فلزی اتصال یافته به زمین با یک اندازه ویژه و تحت شرایط نصب تعریف شده تنظیم می شود.

اگر متریال های دیگری بدون تغییر اندازه و شرایط نصب سنسور مورد استفاده قرار گیرد ، فاصله عملکردی از پیش تعیین شده کاهش می یابد.

جدول زیر محدوده ثابت های دی الکتریک وابسته به متریال را نشان می دهد.

کاربرد خاص سنسورها در سنجش دیوار

قابلیت سنجش سنسورهای مجاورت خازنی در ضخامت دیواره بر اساس تغییر در ظرفیت کل خازنی محیطی است که مورد سنجش قرار گرفته است.

در این زمینه سنسور به دلیل ثابت دی الکتریک نسبتا پایین جزء ، به اندازه کافی برای تشخیص دیوار حساس نیست . (دیاگرام راست ، سنسور با دیواره مخزن برهم کنش ندارد).

اگر محیط پر کننده در مخزن بالاتر از مرکز الکترود سنسور قرار بگیرد ، هدایت الکتریکی سیستم تغییر می کند و منجر به تحریک سنسور می شود.

شرایط نصب سنسورهای خازنی

نصب سنسور در یک دستگاه یا محیط می تواند به دلیل مواد قرار داده شده در محدوده تشخیص ، تضعیف شود.

این تضعیف منجر به تغییر فاصله عملکردی از پیش تعیین شده می شود. یک پتانسیومتر نصب شده می تواند برای جبران این تغییرات در محدوده های معینی مورد استفاده قرار گیرد.

با این حال اگر فاصله عملکردی از پیش تعیین شده تغییر نکند ، باید اطمینان حاصل کنید که هیچ ماده ای به جز ماده مورد نظر در محدوده تشخیص سنسور قرار نگرفته باشد. (منطقه خاکستری را ببینید).

مقادیر دقیق برای طول های A تا F سنسور ، ویژه هستند و در دیتا شیت های مربوط به هر محصول آورده شده اند.

پدر دیاگرام زیر نوع کد سنسورهای خازنی نشان داده شده است

نمونه ای از این سنسورهای خازنی در شکل زیر نشان داده شده است

جدول مشخصات فنی

در جداول زیر اطلاعات فنی از جمله ولتاژ عملکرد ، فرکانس سوئیچ کردن ، تنظیم حساسیت پتانسیومتر ، دمای محیط ، متریال محفظه ، درجه حفاظت یا کد IP ، همچنین شماره مدل  که شامل فاصله عملکردی مناسب ، نصب ، نوع خروجی  و نوع اتصالات و نیز ابعاد مربوط به طول  ، قطر ، طول رزوه ، طول کانکتور و موقعیت LED و نیز اطلاعاتی راجع به “تجهیزات جانبی ” محصول آورده شده است:

ویژگی ها

• قطر غلاف mm 12
• دامنه سنجش mm 4 تا mm 8
• حساسیت قابل تنظیم

مزیت

مقاومت خوردگی بالا با محفظه فولادی