Câteva invenții importante ale senzorilor pot fi găsite deja în articolele noastre de până acum, de exemplu despre senzorul Hall sau senzorul inductiv. Acesta din urmă joacă încă un rol decisiv în industria auto, dar este extrem de popular și în multe alte domenii.

Există sarcini cărora senzorii de proximitate bazate pe inducție nu le pot face față prin natura lor. Senzorul capacitiv s-a dovedit a fi o soluție excelentă pentru unele dintre aceste tipuri de probleme, iar simplitatea și posibilitățile de aplicare uimitor de largi l-au făcut inevitabil în lumea senzorilor.

Deficiențele senzorului inductiv

Probabil că senzorul inductiv ar putea domina aproape întreaga piață, dacă nu ar avea o caracteristică limitată care să-i facă imposibilă utilizarea în anumite domenii: poate fi folosit doar pentru detectarea metalelor. Deși acest lucru este necesar cel mai adesea în industria auto, există excepții de la acest caz chiar și într-un vehicul - ca să nu mai vorbim de alte industrii.

Structură si funcționare

Senzorii capacitivi se caracterizează printr-o precizie ridicată, repetabilitate bună, rezoluție ridicată și temperatură ridicată de funcționare. Printre dezavantajele lor se numără capacitatea scăzută de încărcare a semnalului electric care nu provoacă probleme la componentele electronice cu rezistență mare de intrare.

Senzorul inductiv se bazează pe un circuit LC în serie, acest rol este jucat de un oscilator RC. Elementul activ al senzorului capacitiv este un condensator care constă dintr-un electrod în formă de disc și o armătură semideschisă asemănătoare unei cupe care limitează în același timp suprafața activă.

Acest tip de senzor este cu adevărat remarcabil deoarece are proprietatea pe care nu o are senzorul inductiv: indiferent dacă metalul sau materialul electroizolant intră în zona sa activă, provoacă o modificare a capacității, deci poate fi detectat prin comparație. Nu este nevoie ca obiectul observat să fie metal. Mai mult, nici măcar nu trebuie să fie un obiect monolitic: este potrivit și pentru detectarea substanțelor lichide, granulare și pulverulente.

Conexiune principală și elemente ale senzorului capacitiv: 1 – Oscilator; 2 – Demodulator; 3 – Stadiul de declanșare; 4 – Indicare stare comutare (LED); 5 – Etapă de ieșire cu circuit de protecție; 6 – Tensiunea de alimentare; 7 – Stabilizator intern de tensiune; 8 – Zona activă (condensator); 9 – Ieșire semnal (comutare) (Sursă: MotoFocus)

Oscilatorul RC este dimensionat astfel încât circuitul să oscileze atunci când are loc schimbarea capacității.

O diferență semnificativă este că, în timp ce senzorul inductiv este modulat în amplitudine, modularea frecvenței este decisivă pentru acest senzor. Frecvența poate fi calculată după cum urmează:

Calcularea frecvenței unui oscilator RC (sursa: MotoFocus)

Distanța de comutare

Știm că senzorul capacitiv este capabil să detecteze obiecte și materiale nemetalice în zona sa activă. Pe de altă parte, se poate observa că calitatea materialului (sau dimensiunea și poziția obiectului) poate avea o influență decisivă asupra schimbării capacității comutatorului de proximitate.

În cazul metalelor, aceasta funcționează într-un mod similar ca și în cazul unui senzor inductiv. Când un obiect sau un material electric neconductiv intră în zona de detectare, capacitatea se modifică direct proporțional cu constanta dielectrică a materialului (ε r ) și invers proporțional cu distanța.

Constanta dielectrică și factorul de reducere al unor materiale (Sursă: www.wikipedia.org)

Cea mai mare distanță de detectare se obține în cazul suprafeței apei sau al materialelor împământate, conductoare de electricitate. Cu cât constanta dielectrică a unui material neconductor este mai mică, cu atât distanța de comutare este mai mică.

Pentru ca senzorul capacitiv să nu dea feedback în cazul fiecărui obiect sau material greșit și să se poată concentra pe o anumită calitate a materialului, majoritatea acestor senzori au un potențiometru cu care putem regla sensibilitatea comutatorului de proximitate. Acest lucru face posibilă suprimarea detecțiilor nedorite. De exemplu, este posibil să se detecteze modificări ale nivelului lichidului în cazul soluțiilor apoase prin peretele unui recipient din plastic.

Tabelul explicativ de mai jos poate fi o ilustrare adecvată a distanței de la care acest lucru este posibil:

Exemplu de modificare a distanței de comutare în funcție de grosime (bandă de plastic lată de 30 mm) (Sursă: www.wikipedia.org)

Desigur, dezavantajele nu se limitează la cele menționate în introducere. Structura nu este complicată, dar este mai scumpă decât senzorul inductiv, în plus, deoarece poate detecta aproape orice, funcționarea sa este afectată de murdăria sau condensarea apei într-un mediu umed.

Nu este folosit pentru detectarea metalelor tocmai din cauza celor de mai sus. În același timp, poate indica și un obiect nemetalic printr-un perete metalic subțire, dacă constanta dielectrică a materialului este de cel puțin patru ori mai mare decât cea a materialului peretelui.

Aplicații practice

În industria auto, aceștia nu sunt nici pe departe la fel de obișnuiți ca senzorii inductivi, dar îi putem găsi în continuare în mașini - atât de mult încât sunt de obicei unul dintre primele senzori de proximitate pe care le întâlnim la mașinile noastre: sunt responsabile pentru sensibilitatea la atingere a suprafeței ecranelor capacitive.

Putem găsi senzori capacitivi în funcția de control prin gesturi relativ noi unde nici nu trebuie să atingeți o suprafață activă.

Senzorii capacitivi de nivel al fluidului pot fi găsiți la unele vehicule - această sarcină depășește industria auto.