لوگو الكتنو
021-91017651

سنسور خازني

سنسور خازني

سنسور خازني یکی از سنسورهای بدون تماس می‌ باشد که برای تشخیص دادن اجسام فلزی و غیرفلزی مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این سنسورها دارای پهنای باند و حساسیت بالایی هستند. از مزایای آن‌ ها می‌ توان به سادگی نصب و کم‌ حجم بودن اشاره کرد. سنسورهای خازنی انواع و اقسام مختلفی دارند و دارای کاربرد گسترده‌ ای در صنایع هستند. به همین دلیل ما در این جا به بررسی سنسور خازني، مزایا و معایب و کاربردهای آن می‌ پردازیم.

آشنایی با سنسور خازني

همان‌ طور که در مقدمه گفتیم، سنسورهای خازنی از جمله سنسورهای بدون تماس صنعتی هستند که برای تشخیص اجسام فلزی و غیرفلزی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. این سنسورها پهنای باند و حساسیت بسیار خوبی دارند و سادگی نصب و کم‌ حجم بودن از جمله مزایای آن‌ ها محسوب می‌ شود. کاربردهای سنسور خازنی بسیار گسترده‌ است که از آن جمله می‌ توان به کنترل مایعات داخل محفظه یا بطری، کنترل سطح و عدم شمارش اجسام اشاره کرد. این سنسورها در مقابل همه‌ چیز حساس هستند و در موارد زیر به کار می‌ روند:

  1. شمارش خط تولید
  2. کنترل سطوح مخازن
  3. کنترل حرکت پارچه
  4. تشخیص پارگی نوار مقاله
  5. جدا کردن قطعات غیرفلزی از فلزی

این سنسورها را سنسورهای بدون کنتاکت الکتریکی و بدون تماس می‌ گویند که در مقابل فلزات و بیش تر غیر فلزات واکنش نشان می‌ دهند. علاوه‌ بر آن برای کنترل کردن سطوح در مخازنی که از مواد مایع و پودری و یا دانه ‌دانه پر شده‌ است، مناسب می‌ باشد. سنسورهای مجاورتی خازنی نیز بیش تر برای تشخیص مواد غیرفلزی مانند پلاستیک، چوب و شیشه مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

برای آشکارسازی اجسام فلزی سنسورهای القایی کاربرد بیش تری دارند. علاوه‌ بر آن از این سنسورها می‌ توان به‌ عنوان مولد پالس برای کنترل کردن وضعیت برنامه برای شمارنده ها، ماشین‌ آلات و آشکارسازی همه مواد فلزی و غیرفلزی استفاده کرد.

اساس کار و ساختار سنسور خازنی

ساختمان سنسور خازني از ۴ قسمت مختلف تشکیل‌ شده است که عبارت هستند از:

  1. آمپلی فایر
  2. اشمیت تریکر
  3. اسیلاتور
  4. دمدو لاتور

 اسیلاتور قسمت اساسی این سنسورها است که از ۲ قطعه فلزی تشکیل‌ شده است. نحوه قرارگیری این قطعات نسبت‌ به یک دیگر به گونه‌ ای است که موجب ایجاد یک ظرفیت خازنی می‌ شود. هر چه در قطعه مورد نظر ثابت دی‌ الکتریک بزرگ‌ تر باشد شناسایی آن به وسیله سنسور آسان‌ تر است. هوا با دی‌ الکتریک ۱ به صورت مقدار مبنا قرار می‌ گیرد.

قطعاتی که دی‌ الکتریک بزرگ‌ تر از ۲ دارند، توسط سنسور خازني تشخیص داده می‌ شوند. ولی هر چه اندازه قطعه بزرگ‌ تر باشد، تشخیص دادن آن به وسیله سنسور راحت‌ تر است. اگر قطعه در مقابل سنسور خازنی حضور نداشته باشد، به‌ علت هوایی که در بین صفحات خازن دی‌ الکتریک وجود دارد، دی‌ الکتریک آن برابر با ۱ است، در نتیجه ظرفیت خازن کم می‌ باشد و اسیلاتور عمل نمی‌ کند. به‌ این‌ ترتیب خروجی سنسور نیز خاموش خواهد بود.

 اگر قطعه‌ ای با ضریب الکتریکی E نزدیک صفحه حساس شود، موجب تغییر ظرفیت خازنی در بین صفحات می‌ شود که این تغییرات موجب تغییر یافتن دامنه خروجی اسیلاتور می‌ شود.

دمدو دلاتور موجب آشکار شدن دامنه اسیلاتور می‌ شود که این مقدار را با سطوح مرجع مقایسه می‌ کند. اگر دامنه این مقدار بیش تر از دامنه مرجع باشد، خروجی سنسور تحریک می‌ شود. آمپلی فایر خروجی نیز تأمین جریان بار را بر عهده دارد.

در عملکرد درست و مناسب سنسور خازني عوامل مختلفی مانند گرد و غبار، رطوبت هوا و غیره بر فاصله سوئیچینگ مؤثر هستند. مهم‌ ترین ضرایب تصحیح در سنسورهای خازنی برای قطعات مختلف عبارت هستند از:

 فلز ۱ کیلومتر، آب ۲ کیلومتر، چوب ۰.۲ الی ۰.۶ کیلومتر، PVC ۰.۶ و روغن ۱ کیلومتر.

 اگر فاصله سویچینگ برای فلز مورد نظر ۲۰=Sn باشد، فاصله سویچینگ برای شیشه را طبق رابطه زیر محاسبه می‌ کنند.

S = 20mm x 0.5 = 10mm                     S = Sn x KM

انواع سنسور خازني

سنسور خازني نیز مانند هر نوع سنسور دیگری دارای انواع و اقسام مختلفی می‌ باشند. که کاربردهای آن‌ ها نیز متفاوت و مختلف است. در زیر به چند نمونه از مهم‌ ترین و پرکاربردترین سنسورهای خازنی اشاره می‌ کنیم.

دو سیمه AC

  این نوع از سنسور خازنی در ۲ نوع (Normally Open (NO و (Normally close (NC ساخته می‌ شود و فقط ۲ حالت یا باز یا بسته را دارند. به‌ همین دلیل است که ۲ سیم در آن‌ ها به‌ کار رفته است.

سه سیمه DC

 سنسور خازنی سه سیمه DC در ۲ نوع NPN و PNP تولید می‌ شود. این سنسورها همان‌ طور که از نام شان پیداست ۳ حالت دارند و به‌ صورت یا باز و یا بسته هستند. علاوه‌ بر آن نیز ۱ حد واسط در آن‌ ها وجود دارد. نمونه استفاده از این نوع سنسورها در فشارسنج‌ ها می‌ باشد. سنسور ۳ سیمه DC نشان می‌ دهد که در حال حاضر فشار زیاد یا کم است و در حالت سوم فشار به تعادل رسیده‌ است.

  1. دو سیمه NAMOR
  2. ۴ سیمه DC

 سنسورهای ۴ سیمه DC نیز در ۲ نوع NPN و PNP و به‌ صورت (Normally Open (NO و (Normally close (NC تولید می‌ شوند. این سنسورها عملکردی مانند کلیدهای مرکب دارند که باعث بسته شدن ۱ کنتاکت و باز شدن کنتاکت دیگر می‌ شوند.

کاربرد سنسور خازنی در صنعت

 یکی از مهم‌ ترین کاربردهای سنسور خازني در صنعت جهت تشخیص دادن پر شدن بطری‌ ها از مایعات مورد نظر می‌ باشد. برای این منظور بطری‌ ها روی نوار نقاله برای پر شدن به حرکت درمی‌ آیند. سنسور ۱ برای تشخیص دادن حضور بطری و سنسور دوم برای تشخیص دادن مایعات درون بطری در نظر گرفته می‌ شود. به‌ محض آن که حضور بطری تشخیص داده شود، در محل توسط سنسورهای تشخیص داده شود عمل پر کردن بطری‌ ها آغاز می‌ شود.

در این حالت است که سنسور ۲ هنوز غیرفعال است، پس‌ از رسیدن مایع به سطح مورد نظر و تشخیص دادن آن سنسور ۲ فعال می‌ شود و عمل پر کردن بطری را متوقف می‌ کند.

سنسور خازني کنترل سطح

نوع دیگر سنسور خازني سنسور کنترل سطح است که به‌ منظور تشخیص وجود مواد در مخزن‌ های فلزی به کار می‌ رود. سطح مواد دانه‌ دانه، پودری، مایعات و غیره که در مخازن فلزی انباشته می‌ شوند به وسیله این سنسورها کنترل می‌ شود. اساس کار آن‌ ها نیز به این شکل است که بین بدنه فلزی مخزن و میله پروپ ظرفیت خازنی وجود دارد.

در صورتی‌ که به‌ علت حضور مواد، ظرفیت خازن افزایش پیدا کند و از مقدار معینی فراتر برود، خروجی سنسور فعال می‌ شود که به‌ صورت کنتاکت رله است. از این خروجی رله می‌ توان برای جا به جایی ۱ کنتاکت به‌ صورت نرمال بسته یا نرمال باز انتخاب کرد. سنسور خازنی کنترل سطح در ۲ نوع پروپ بدون روکش و پروپ روکش‌ دار تولید می‌ شود.

سنسور خازنی کنترل سطح پروپ روکش‌ دار برای موادی مانند آب، اکسید آلومینیم، اکسید آهن و غیره که هادی جریان الکتریسیته هستند، مناسب می‌ باشد. نوع بدون روکش نیز برای موادی مانند سیمان، انواع روغن، گچ، گرانول‌ های پلاستیکی، پودر سرامیک، خاک چینی و غیره که مقاومت الکتریکی بالایی دارند، مناسب می‌ باشد.

توصیف عملکرد سنسور خازنی

سنسورهای مجاورتی خازنی ۱ حلقه محافظ و ۱ الکترود حس‌گر یا همان منطقه فعال دارند. الکترود حس‌گر این سنسورها همان منطقه فعال سنسور است که موجب انتشار ۱ میدان الکتریکی AC می‌ شود. این حس‌گر با محیط‌ هایی که به‌ عنوان پتانسیل مخالف وارد عمل می‌ شوند، ظرفیت خازنی را تشکیل می‌ دهد.

اگر مواد هدف به این الکترود حس‌گر فعال نزدیک شوند و حس‌گر فعال شود، پتانسیل متقابل دچار تغییر می‌ شود. به‌ این‌ ترتیب ظرفیت بین هدف و سنسور خازني افزایش می‌ یابد. این تغییر ظرفیت با مقدار مرجع سنسور داخلی قابل‌ مقایسه است چون اگر مقدار مرجع بیش‌ از حد مجاز با سنسور فعال شود، سیگنال انتقالی را به خروجی سنسور می‌ دهد.

میدان الکتریکی سنسور توسط حلقه محافظ خارجی متمرکز می‌ شود و موقعیت نصب بر روی فاصله عملکرد سنسور کاهش پیدا می‌ کند. محدوده فاصله عملکرد در سنسورهای مجاورتی بر اساس اتصال میزان اتصال یک شی‌ء فلزی به زمین با اندازه ویژه می‌ باشد.

 این طول فاصله عملکرد به اندازه الکترود منطقه و متریال شی‌ که باید مشخص شود و هم چنین موقعیت نصب کردن سنسور بستگی دارد. پائین تر بودن عدد permittivity  متریال هدف تحت شرایطی نصب فیزیکی قابل قیاس دیگر و فاصله عملیاتی کوتاه‌ تر می‌ باشد.

حساسیت را می‌ توان با استفاده از ۱ پتانسیومتر بر روی سنسور در محدوده مورد نظر تنظیم کرد. فاصله عملیاتی‌ که توسط کارخانه تنظیم می‌ شود، می‌ تواند مطابق با متریال شی‌، نیازهای کاربردی و موقعیت نصب تنظیم شود.

ارتباط بین فاصله‌ های عملکردی و ثابت‌ های متریال

محدوده فاصله عملکردی در سنسورهای مجاورتی خازنی در کارخانه‌ ها و با استفاده کردن از یک شی‌ء فلزی تنظیم می‌ شود که به زمین اتصال یافته و با یک اندازه ویژه و هم چنین تحت شرایط منظم تعریف‌ شده است. اگر متریال‌ های دیگری بدون شرایط نصب سنسور خازني و بدون تغییر اندازه مورد استفاده باشند، فاصله عملکردی که از پیش تعیین‌  شده است کاهش می‌ یابد.

این سنسورها هم چنین در سنجش دیوار و ضخامت دیوار مورد سنجش قرار می‌ گیرند که بر اساس تغییر در میزان ظرفیت کل خازنی محیط است. در این خصوص به‌ علت ثابت دی‌ الکتریک نسبتاً پایین نیز جزء برای تشخیص دیوار به‌ اندازه کافی حساس نیست. اگر محیط پر کننده در مخزن از مرکز الکترود سنسور بالاتر باشد، هدایت الکتریکی سیستم دچار تغییر می‌ شود، در نتیجه سنسور تحریک خواهد شد.

شرایط نصب سنسور خازنی

نصب کردن سنسور در یک دستگاه یا حتی محیط به دلیل قرار داده شدن در یک محدوده تشخیص خاص می‌ تواند تضعیف شود که این تضعیف شدن منجر به تغییر یافتن فاصله عملکرد از پیش‌ تعیین‌ شده نیز می‌ شود. یک پتانسیومتر نصب‌ شده می‌ تواند برای جبران کردن این تغییرات در محدوده‌ های مشخص و معین مورد استفاده باشند.

با این وجود اگر فاصله عملکردی که از پیش تعیین‌ شده است، تغییر نیابد، باید این اطمینان را داشته باشید که هیچ ماده‌ ای به‌ جز ماده مورد نظر و مشخص در محدوده تشخیص سنسور نمی‌ باشد.