سنسور خازنی

آشنایی با سنسور خازنی

در میان انواع سنسورهای موجود در بازار یکی از سنسورهای پرکاربرد سنسور خازنی (Capacitive Sensor) است. علت محبوبیت این سنسور در این است که علاوه بر تشخیص اهداف کنترلی متفاوت و تشخیص وجود یا عدم وجود یک شی، توانایی تشخیص فشار مایع، سطح مایع، جریان و فاصله را نیز دارد. در واقع سنسور خازنی یک سنسور چند کاربرد است که کار را برای صنعتگران آسان کرده و هزینه را کاهش می‌دهد. در ادامه به بررسی بیشتر سنسور خازنی خواهیم پرداخت.

سنسور خازنی چیست؟

دستگاه غیر تماسی که می‌تواند حضور یا عدم وجود هر جسمی را بدون در نظر گرفتن مواد آن، تشخیص دهد یا حس کند، به عنوان حسگر مجاورت خازنی شناخته می‌شود. آن‌ها از تغییر ظرفیت بر اساس تغییر میدان الکتریکی و خاصیت الکتریکی خازن و در همه جای صفحه فعال سنسور استفاده می‌کنند.

حسگرهای خازنی می‌توانند هر چیزی را حس کنند. جسم باید دی الکتریک متفاوت از دی الکتریک هوا داشته باشد، یا باید رسانا باشد. این تکنیک توسط انواع مختلفی از سنسورها استفاده می‌شود. کاربردهای اصلی شامل حسگرهایی است که برای تشخیص موقعیت یا جابه‌جایی، مجاورت، سطح سیال، رطوبت و شتاب استفاده می‌شود. سنسورهای خازنی نیز می‌توانند جایگزین دکمه‌های مکانیکی شوند. صفحه نمایش لمسی حسگر خازنی به عنوان دستگاه ورودی توسط برخی از دستگاه‌های فنی مدرن مانند پخش کننده‌های صوتی دیجیتال، تلفن‌های همراه و رایانه‎های لوحی استفاده می‌شود.

کارکرد سنسور خازنی

سنسور خازنی همراه با سطح حسگری که توسط دو الکترود فلزی تشکیل شده است، دارای یک نوسانگر فرکانس بالا است. هنگامی که یک جسم به سطح حسگر نزدیک می شود، با وارد شدن به میدان الکترواستاتیک الکترودها، ظرفیت اسیلاتور را تغییر می‌دهد. به همین دلیل، مدار نوسانگر شروع به نوسان می‌کند و با رسیدن به دامنه مشخص، وضعیت خروجی سنسور را تغییر می‌دهد. دامنه نوسانگر با دور شدن جسم از حسگر کاهش یافته و سنسور به حالت اولیه خود برمی‌گردد.

اگر مقدار ثابت دی الکتریک یک هدف بزرگ‌تر باشد، تشخیص آن برای حسگر مجاورت خازنی آسان‌تر می‌شود. صرف نظر از نوع ماده‌ای که حس می‌شود، طبیعتاً محدوده حسی کوتاهی در حدود 1 اینچ دارند. با افزایش اندازه سطح حسگر سنسور، مساحت سطح هدف و ثابت دی الکتریک هدف، فاصله حسگر هنگام برخورد با اهداف غیر رسانا افزایش می‌یابد. در محیطی با دما و رطوبت نسبتاً ثابت، باید از حسگرهای خازنی برای بهترین نتایج عملیاتی استفاده شود.

ویژگی‌های اصلی سنسور خازنی

مهم‌ترین ویژگی‌های سنسورهای خازنی عبارتند از:

• اهداف غیر فلزی را می‌توان با استفاده از حسگرهای مجاورت خازنی شناسایی کرد.

• سوئیچ‌های محدود مکانیکی که قادر به تشخیص اجسام سبک یا کوچک نیستند را می‌توان با استفاده از حسگرهای مجاورت خازنی شناسایی کرد.

• در کاربردهای شمارش اشیا، حسگرهای مجاورت خازنی نرخ سوئیچینگ بالایی را برای پاسخ سریع فراهم می‌کنند.

• حسگرهای مجاورتی خازنی می‌توانند به شناسایی اهداف مایع از طریق موانع غیرفلزی کمک کنند.

• سنسورهای مجاورتی خازنی با تعداد تقریباً نامحدود چرخه‌های عملیاتی عمر عملیاتی طولانی دارند.

مزایای سنسور خازنی

از مزایای این سنسور می‌توان موارد زیر را نام برد:

• حسگر خازنی می‌تواند انواع مختلفی از مواد مانند فلز، مایع، پوست و پلاستیک را حس کند.

• حسگر خازنی بدون سایش و بدون تماس است.

• با اندازه‌های کوچک سنسور، حسگر خازنی قابلیت حس کردن تا فاصله زیاد را دارد.

• سنجش خازنی یک راه حل کم توان است.

معایب سنسور خازنی

از معایب این سنسور می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به راحتی تحت تاثیر نویز قرار خواهد گرفت

• سنسورهای برای محدوده بردهای کوتاه هستند

• وجود خازن انگلی که می‌تواند عملکرد سنسور را تحت تاثیر قرار دهد

• امکان دارد نتواند بین دو شی نزدیک به هم تفاوت قائل شود

موارد استفاده سنسور خازنی

برخی از کاربردهای این سنسور به شرح زیر است:

• جریان: برای اندازه گیری جریان بسیاری از مایعات می‌توان از این سنسور استفاده کرد.

• فشار: با کمک یک آشکارساز حساس به فاصله و یک دیافراگم با خاصیت انحراف ثابت، فشار را می‌توان اندازه گیری کرد.

• سطح مایع: با اندازه گیری تغییرات در مقادیر خازن بین صفحات رسانا که در مایع غوطه ور می‌شوند، آشکارسازهای سطح مایع خازنی که در قسمت بیرونی یک مخزن نارسانا اعمال می‌شوند، سطح مایع را در یک مخزن حس می‌کنند.

• فاصله: ظرفیت متقابل در اندازه گیری فاصله بسیار حساس است اگر یک جسم فلزی نزدیک الکترود خازن باشد.

• سنسور اسکن شده چند صفحه‌ای: با استفاده از چندین صفحه، که هر کدام به طور جداگانه نشان داده می‌شوند، اندازه گیری فاصله تک صفحه را می‌توان تا اندازه گیری کانتور گسترش داد. هر دو سطح رسانای دی الکتریک را می‌توان اندازه گیری کرد.

• اندازه گیری ضخامت: اگر ثابت دی الکتریک آن مشخص باشد، می‌توانید ضخامت مقره دو صفحه را که با یک مقره در تماس هستند اندازه گیری کنید. یا اگر ضخامت مشخص باشد می توان ثابت دی الکتریک را اندازه گیری کرد.

• آشکارساز یخ: با استفاده از نوارهای فلزی عایق شده روی لبه‌های جلویی بال، می‌توان یخ روی بال هواپیما را تشخیص داد.

• موقعیت خطی یا زاویه شفت: سنسورهای خازنی می توانند زاویه یا موقعیت را با آرایش چند صفحه‌ای با دقت بالا و خروجی دیجیتال اندازه گیری کنند.

انواع سنسور خازنی

سنسور خازنی مانند سنسور القایی و سنسور نوری دارای انواع گوناگون است که عبارت است از:

• مینیاتور

این نوع سنسور خازنی به صورت ویفری یا استوانه‌ای موجود است که می‌توان آن را در فشرده‌ترین مکان‎ها قرار داد. این حسگرها عمدتاً برای نظارت و کنترل، فرآیندهای ماشینی و مانند آشکارسازهایی که برای شمارش کار استفاده می‌شوند، به کار می‌روند. برای ارائه بهترین تناسب در فضاهای تنگ، سرهای سنسور کوچک به یک تقویت کننده خارجی نیاز دارند. بنابراین در این تقویت کننده خارجی، پتانسیومتر اجازه می‌دهد تا حساسیت را تنظیم کند.

• استوانه‌ای

این سنسور خازنی استوانه‌ای در مقایسه با سنسورهای نوع مینیاتوری که از ∅6.5 – M12 و M12 – M30 متغیر است، بزرگ‌تر است. این سنسور عمدتاً شامل یک فاصله سنجش قابل تنظیم، محدوده قطر محفظه و گزینه‌های نصب فلاش و غیر فلاش است. این حسگرها عمدتاً تشخیص سطح یا تشخیص مجاورت بدون تماس را مستقیماً در سراسر دیوار ظرف ارائه می‌دهند.

• درجه حرارت بالا

سنسورهای خازنی با دمای بالا در جایی که سر سنسور در معرض دماهای شدید قرار دارد استفاده می‌شود. این سنسورها می‌توانند حتی در تماس مستقیم از طریق مواد و دماهای داغ برای تشخیص سطوح دمای مایعات و کالاهای حجیم حتی در شدیدترین شرایط کار کنند.

• سنسور خازنی آنالوگ

سنسور خازنی آنالوگ به سادگی مانند سنسورهای خازنی معمولی کار می‌کند، اگر چه بر اساس نحوه استفاده از آن دارای مزایای مختلفی است. به عنوان مثال، این سنسورها برای انتخاب مواد، نظارت بر ضخامت و اختلاف غلظت در مقایسه با سایر کاربردها درخشان هستند.

تولید کنندگان سنسور خازنی

شرکت‌های زیادی در حال حاضر تولید کننده سنسور خازنی هستند که در ادامه به معرفی برخی از این شرکت‌ها و تولید آن‌ها خواهیم پرداخت:

• سنسور خازنی آتونیکس (AUTONICS CAPACITIVE PROXIMITY SENSOR)

یکی از برندهای به نام تولید کننده انواع سنسور برند آتونیکس است. سنسور خازنی تولید شده توسط این برند دارای ویژگی‎‌های منحصر به فردی هستند و در سری‌های مختلف تولید می‌شوند. از جمله مدل‌های این سنسور عبارتند از: سنسور خازنی آتونیکس سری CR دارای مدل‌های سنسور مجاورتی خازنی آتونیکس سری CR18-8D، سنسور مجاورتی خازنی آتونیکس سری CR30-15DN، سنسور مجاورتی خازنی آتونیکس سری CR18-8DP، سنسور مجاورتی خازنی آتونیکس سری CR18-8AC، سنسور مجاورتی خازنی آتونیکس سری  CR30-15DN2 است.

اگر بخواهیم ویژگی‌های این سنسور را بر شماریم می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• قطر سمت حسگر 30 میلی‌متر

• هدف سنجش استاندارد 50×50×1میلی‌متر (آهن)

• متریال برنج (نیکل اندود شده)، پلی آمید 6

• مصرف جریان حداکثر 15 میلی‌آمپر

• قطر جانبی سنجش 15 میلی‌متر

• دارای ساختار حفاظتی IP66

• فاصله سنجش 15 میلی‌متر

• فرکانس پاسخگویی 50 هرتز

• نوع سیم و برق DC 3 سیم 12-24VDC

• کنترل خروجی NPN به طور معمول باز است

• هیسترزیس (فاصله) حداکثر 20 درصد فاصله حسی

• وزن حدود 70 گرم 

• محدوده دمای محیط عملکرد برابر است با 25- تا 70 درجه سانتی‌گراد و ذخیره سازی برابر است با  30- تا 80 درجه سانتی‌گراد 

• محدوده رطوبت محیط عملکرد و ذخیره سازی برابر است با 35 درصد تا 95 درصد 

• سنسور خازنی هانیانگ (anyoung CAPACITIVE PROXIMITY SENSOR)

یکی دیگر از تولید کنندگان به نام سنسور خازنی، برند هانیانگ است. از جمله سری‌های سنسور خازنی هانیانگ می‌توان موارد به سنسور خازنی هانیانگ سری CUP اشاره کرد. از جمله ویژگی‌های این مدل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• داری برق خروجی D.C NPN، D.C PNP output و نوع سیم F A.C/D.C 2 (دوکاره) (بدون قطبی)

• جنس بدنه برنج با آب کاری کروم و جنس سری از پلاستیک (متریال CUP-18R/CUP-30R (آبکاری کروم برنجی، سطح حسگر: رزین PBT) و CUP-18RP/CUP-30RP (سطح محفظه و حسگر یک نوع بدنه: رزین PBT))

• حسگر فاصله 8 و 15 میلی‌متری

• ولتاژ منبع تغذیه 12-24Vd.c. (محدوده ولتاژ قابل استفاده 10-30Vd.c.)

• حداکثر جریان مصرفی 10 میلی‌آمپر

• سرعت سوییچینگ بالا

• مناسب برای کنترل سطح و موقعیت

• جایگزینی مناسب برای میکرو سوئیچ و لیمیت سوئیچ ها 

• نشانگر عملکرد LED قرمز

• دارای پتانسیومتر تنظیم حساسیت

• سنسور خازنی کوینو (KOINO CAPACITIVE PROXIMITY SENSOR)

سنسور خازنی برند کوینو دارای یک مدل سنور خازنی است که عبارت است از سنسور خازنی کوینو سری CPX. از جمله ویژگی‌های این مدل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• این نوع سنسور جز سنسورهای UnShield یا غیر تخت است

• فاصله تشخیص مختلف 8 میلی‌متر تا 15میلی‌متر با ولتاژ 220

• جریان کنترل خروجی حداکثر 200 میلی‌آمپر است

• امکان اتصال و نوع اتصال کابل

• دارای  نمایشگر LED برای نمایش وضعیت خروجی

• طوب سنسور 60 میلی‌متر

• دارای منبع تغذیه VDC24 

• کنترل خروجی PNP به طور معمول بسته است

• دارای شکل استوانه‌ای

• سرعت سوییچینگ بالا

• مناسب برای کنترل سطح و موقعیت

• جایگزینی مناسب برای میکرو سوئیچ و لیمیت سوئیچ ها 

خرید انواع سنسور

آنچه در این مطلب در مورد آن به گفت‌وگو پرداختیم سنسور خازنی (Capacitive Sensor) است. سنسورها خازنی همان طور که مشاهده کردید دارای انواع و اقسام کارکردها و مدل‌ها هستند که علاوه بر تشخیص اهداف کنترلی متفاوت و تشخیص وجود یا عدم وجود یک شی، توانایی تشخیص فشار مایع، سطح مایع، جریان و فاصله را نیز دارند. برای خرید انواع سنسور خازنی می‌توانید به آزندکنترل نمایندگی رسمی فروش انواع سنسور خازنی مراجعه کنید و قیمت آن را از طریق واتساپ استعلام بگیرد.