سنسور خازنی و یا به عبارتی (capacitive sensor) نوعی تکنولوژی غیر تماسی می باشد که اساس کار آن براساس ساختار و مکانیزم عملکرد خازن است. سنسور خازنی توانایی شناسایی هر نوع جسمی، اعم از اجسام رسانا و یا هر نوع جسمی که دی الکتریکی متفاوت از هوا را داشته باشد را دارد. سنسورهای خازنی اغلب از خاصیت الکتریکی خازن بر اساس ایجاد تغییراتی در میدان الکتریکی اطراف سنسور استفاده می کنند.
data[rnddiv]=99412076052&data[responsive]=yes”>
از جمله سوالاتی که ممکن است برای کاربران این دسته از سنسور ها پیش آید شامل موارد زیر است:
در این مقاله به بررسی سنسور خازنی خواهیم پرداخت و پاسخ برخی سوالاتی که برای کاربران سنسور خازنی پیش آمده در اینجا وجود دارد. مواردی که در این مقاله میخوانید:
سنسورهای خازنی یکی از انواع سنسورهای مجاورتی هستند و برخلاف شباهت ظاهری زیادی که با سنسور القایی دارند دارای تفاوت هایی نیز هستند. سنسور القایی یک میدان الکترومغناطیسی دارد و فقط توانایی تشخیص مواد فلزی را دارا می باشد در صورتی که سنسور خازنی میدان الکترواستاتیک تولید می کند و علاوه بر مواد فلزی توانایی تشخیص مواد غیر فلزی همانند انواع شیشه کاغذ پلاستیک مایعات، روغن، الکل و پارچه را دارد.
یک سنسور خازنی مانند یک خازن ساده عمل می کند. یک صفحه فلزی در قسمت حسگر سنسور به صورت الکتریکی به یک مدار اسیلاتور داخلی وصل می شود، اسیلاتور متشکل از دو قطعه فلزی است، این قطعات به گونه‌ای قرار گرفتند که موجب ایجاد ظرفیت خازنی می گردند. در صورت نزدیک شدن قطعه با ثابت دی الکتریک به صفحه حساس موجب ایجاد تغییر در ظرفیت خازنی بین قطعات می‌گردد این تغییر ظرفیت موجب تغییر دامنه خروجی اسیلاتور توسط دمدولاتور می‌شود. در صورتی که دامنه اسیلاتور بیشتر از مقدار مرجع باشد فعال می گردد.
سنسورهای خازنی قابلیت تنظیم حساسیت یا سطح آستانه اسیلاتور را دارند. تنظیم حساسیت را می توان با تنظیم یک پتانسیومتر انجام داد. اگر سنسور راهی برای تنظیم حساسیت نداشته باشد، برای اینکه بتواند هدف را صحیح تشخیص دهد، سنسور باید از نظر جسمی جابجا شود. افزایش حساسیت باعث می شود فاصله عملیاتی بیشتری نسبت به هدف ایجاد شود. افزایش زیاد در حساسیت می تواند باعث شود سنسور تحت تأثیر دما، رطوبت و خاک قرار بگیرد.
سیم های سیاه و سفید سیم های خروجی سنسور هستند. سیم مشکی سیم خروجی معمولاً باز سنسور است. حسگر زمانی که هدف را شناسایی کند، سیگنالی را روی سیم سیاه ارسال می کند. سنسور وقتی هدفی را شناسایی نمی کند، ارسال این سیگنال را متوقف می کند.
اگر سنسور خازنی دارای محدوده سنجش قابل تنظیم باشد، دارای پیچ تنظیم خواهد بود. چرخاندن پیچ در جهت عقربه های ساعت باعث افزایش حساسیت سنسور و چرخاندن پیچ در خلاف جهت عقربه های ساعت حساسیت سنسور را کاهش می دهد.
دو دسته از اهداف وجود دارد که سنسورهای خازنی قابلیت تشخیص آنها را دارند: دسته اول رسانا ها و دسته دوم غیر رسانا ها می باشند. اهداف رسانا شامل فلز، آب، خون، اسیدها، پایه ها و نمک می باشند. این اهداف از ظرفیت بیشتری برخوردار هستند و قدرت دی الکتریک بیشتری دارند.
دسته هدف غیر رسانا مانند عایق الکترود سنسور عمل می کند. بنابراین موادی مانند: چوب، شیشه، پلاستیک، خاک و کاغذ بر فاصله سنجش تأثیر می گذارد.
هنگام برخورد با اهداف غیر رسانا سه عامل وجود دارد که فاصله سنجش آنها را تعیین می کند.
هرچه سطح سنسور بزرگتر باشد فاصله تشخیص و قدرت تشخیص بیشتر است.
هرچه سطح هدف بزرگتر باشد قابلیت تشخیص جسم بیشتر است.
خواص ماده خازنی که به عنوان ثابت دی الکتریک شناخته می شود. هرچه مقدار ثابت دی الکتریک بیشتر باشد سنسور می تواند جسم را از فاصله دورتر تشخیص دهد. مواد با ثابت دی الکتریک بالا فاصله حساسیت بیشتری دارند.
بنابراین به عبارت دیگر هرچه جسم چگال تر و متراکم تر باشد سنسور خازنی راحت تر می تواند آن را تشخیص دهد. بنابراین نباید از اینکه سنسور خازنی نتواند یک برگ کاغذ را تشخیص دهد تعجب کنیم. چون کاغذ نازک نمی تواند میدان الکتریکی اطراف سنسور را تغییر دهد.
فاکتورهای دیگری که تأثیر کمتری بر فاصله سنجش دارند شامل موارد زیر است:
درجه حرارت
سرعت جسم هدف
دامنه سنجش
تاثیر رطوبت، گردو غبار
اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده است، این دو قطعه به گونه ای قرار گرفتند که یک ظرفیت خازنی ایجاد می‌کنند. در صورتیکه قطعه با ضریب الکتریکی نزدیک شود موجب تغییر ظرفیت خازنی و در نتیجه تغییر دامنه خروجی می گردد.
آشکارسازی دامنه اسیلاتور و مقایسه آن با سطح مرجع توسط دمدولاتور انجام می‌شود، در صورتی که دامنه مقدار آشکار شده از دامنه مرجع بیشتر باشد خروجی سنسور فعال می گردد.
آمپلی فایر جریان بار خروجی را تامین می کند.
از آنجایی که طبقه دمودولاتور، آشکار ساز دامنه ی اسیلاتور است، کاهش دامنه ی اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه ی اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه ی خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.
تشخیص ارتفاع یک دسته کاغذ، کنترل جریان مایع، کنترل پر کردن مایعات و تعیین سطح آب در بطری های پلاستیکی، کنترل سطح ظروف فلزی با پنجره های پلاستیکی یا شیشه ای، کنترل وجود لامپ یاسایر وسایل در داخل جعبه های مقوایی تشخیص پارگی در قرقره کاغذ از کاربرد های سنسور خازنی می باشد.
همچنین نوعی سنسور خازنی با تکنولوژی جدید وجود دارد که با سنسور های موجود در بازار فعلی و مورد کار واقع شده در صنعت متفاوت است. این نوع سنسور خازنی با تکنولوژی جدید به دستگاه های بزرگتر مانند پراب های خازنی متصل شده و این امر باعث افزایش دقت اندازه گیری در این تکنولوژی شده است. در بخش زیر کاربرد این نوع سنسور خازنی معرفی شده است:
این سنسورهای می توانند کمترین جابجایی نقاط را با بالاترین اطمینان اندازه گیری کنند. سنسورهای خازنی این مقدار جابجایی بین صفحه حسگر و سطح هدف را با استفاده از یک میدان الکتریکی همگن اندازه گیری می کنند. دقت سنسورهای خازنی در محدوده زیر نانومتر نیز حاصل می شود. اندازه گیری دقیق با یک سیستم تنظیم شده و کالیبره شده امکان پذیر است.
یکی از کاربردهای این نوع سنسورها اندازه گیری جابجایی با وضوح بالا برای نانوذرات می باشد. سنسورهای خازنی دو صفحه می توانند فاصله و همچنین موقعیت یک شیء در حال حرکت را با دقت عالی اندازه گیری کنند.
ادغام سنسورهای خازنی در یک سیستم روش خوبی برای اندازه گیری دقیق شیب است.
اندازه گیری ضخامت لایه ای از مواد غیر رسانا بر روی سطح متحرک رسانا (به عنوان مثال یک درام چرخشی) به دلیل عملکرد غیر تماسی و عملکرد پویا یکی از عملکرد های ایده آل برای سنسورهای خازنی است.
حسگرهای خازنی برای اسکن های بلندی نامتعارف یا تداخل سنجی با نور سفید مناسب هستند. تمام سطوح را از نظر ثابت بودن ارتفاع و عدم پستی بلندی بررسی می کنند.
اندازه گیری های صاف بودن و یا صاف نبودن سطوح در مسافت های طولانی با حسگرهای الکترود منفرد خازنی حاصل می شود. حرکت خارج از محور یک محرک در جهت دیگر، بلافاصله شناسایی می شود .
سنسورهای خازنی تک الکترود، که جابجایی زیر نانومتر را از فاصله و بدون تماس اندازه گیری می کنند، اغلب به عنوان سنسورهای با وضوح بالا استفاده می شوند. در سیستمی که دارای سختی کاملاً مشخص است، جابجایی های اندازه گیری شده به وضوح در محدوده میکرو نیوتن تبدیل می شوند.
پویایی بالای سیستم سنجش خازنی حتی اندازه گیری لرزش ها و نوسانات را با وضوح عالی امکان پذیر می کند. مسطح بودن یک قطعه کار چرخان یا اختلاف در ضخامت در طیف سنج نانومتر تشخیص داده می شود. یکی از زمینه های کاربرد در تولید دیسک های درایو می باشد.
این نوع از سنسورها دارای دو سیم ارتباطی هستند. بار به صورت سری با سنسور در مدار متصل است. جریان مورد نیاز سنسور از طریق مقاومت یا بار به آن متصل می شود. در نتیجه هنگامیکه سنسور قطع (باز) می باشد، یک جریان ضعیف جهت تغذیه خود سنسور از مقاومت عبور می کند و در حالت وصل سنسور (بسته) یک ولتاژ روی سنسور ایجاد می شود.
انواع خروجی سنسور های خازنی دو سیم به صورت زیر است:
۱- اتصال نرمال باز PNP NO
۲- اتصال نرمال باز NPN NO
۳- اتصال نرمال بسته PNP NC
۴- اتصال نرمال بسته NPN NC
در این نوع از سنسور ها، سه سیم از سنسور خارج شده که دو سیم جهت وصل کردن سنسور به منبع تغذیه می باشد، که بر حسب استاندارد اروپا رنگ قهوه ای برای مثبت و رنگ آبی برای منفی در نظر گرفته شده است. سیم سوم که به رنگ سیاه می باشد خروجی سنسور را مشخص می کند.
برای خرید سنسور خازنی (capacitive sensor) می‌توانید به فروشگاه اینترنتی الکتروملل مراجعه نمایید.
سلام ممنون از مقاله مفیدی که گذاشتید.
با سلام و ممنون از مقاله خوبتون