Czujniki zbliżeniowe, powszechnie stosowane w aplikacjach automatyki, są niezbędne do pracy wielu maszyn oraz całych linii technologicznych. Wykrywają one obecność obiektów lub wskazują na ich brak. Na rynku dostępne są różne rodzaje czujników. Należą do nich między innymi czujniki pojemnościowe, indukcyjne, magnetyczne lub optyczne. Każdy z nich jest stosowany do wykrywania innych elementów.
Działanie czujników pojemnościowych
Zasada działania czujników pojemnościowych nie jest skomplikowana. Dwie koncentrycznie umieszczone metalowe elektrody tworzą kondensator, kształtując strefę czułości czujnika. Przedmiot wprowadzony w pole elektryczne wytworzone pomiędzy diodami powoduje zmianę objętości kondensatora, czego skutkiem jest zmiana jego impedancji. Ta ostatnia zmiana jest przetwarzana na sygnał wyjściowy czujnika.
Jeżeli dany przedmiot znajdzie się w polu czułości czujnika, zostaną wytworzone drgania. Jest to element odróżniający czujnik pojemnościowy od czujnika indukcyjnego, który oscyluje, gdy obiekt nie znajduje się w jego zasięgu.
Elementy wykrywane przez czujniki pojemnościowe
Czujniki pojemnościowe odznaczają się wysoką uniwersalnością, ponieważ reagują na każdy materiał znajdujący się w ich zakresie. Wykrywanie elementów wykonanych z dowolnych tworzyw sprawia, że są one stosowane zamiennie z innymi czujnikami, których zakres wykrywania elementów jest ograniczony. Dla przykładu, gdy niemożliwe jest wykorzystanie czujników indukcyjnych, wykrywających wyłącznie metale, najlepszym zamiennikiem będzie czujnik pojemnościowy.
Czujniki pojemnościowe, posiadające szeroki zakres pomiarowy, stosuje się głównie do wykrywania materiałów przewodzących lub nieprzewodzących prąd elektryczny, takich jak metale, szkła, plastiki, papiery, oleje czy woda.
Zastosowanie czujników pojemnościowych
Czujniki pojemnościowe stosowane są m.in. do:
- wykrywania materiałów proszkowych oraz ziarnistych,
- namierzania przedmiotów wykonanych z tworzyw sztucznych,
- oceny poziomu cieczy oraz wykrywania czy ciecz nie przekracza danego poziomu,
- bezdotykowej detekcji zawartości opakowań i obecności płynów w butelkach,
- kontroli poziomu napełniania i zasypu,
- kontroli obecności oraz poziomu substancji chemicznych,
- wykrywania obecności papieru na stosie oraz ciągłości papieru.
Wady czynników pojemnościowych
Czujniki pojemnościowe charakteryzuje duża wrażliwość na właściwości dielektryka pomiędzy okładzinami, czyli na zanieczyszczenia oraz wilgotność powietrza. Kolejnym problemem jest podwyższona czułość na przeszkody znajdujące się pomiędzy nimi a elementami, które mają zostać wykryte. Niska częstotliwość przełączania (nieprzekraczająca 50Hz), sprawia, że czujniki te są wolne w porównaniu np. z czujnikami indukcyjnymi, których częstotliwość przełączania oscyluje między 1 a 2,5 kHz. Wysoka czułość czynników pojemnościowych sprawia, że trzeba uważać na substancje sypkie wykazujące dużą higroskopijność oraz na lepkie ciecze, mogące obkleić czoło czujnika. W ten sposób zostanie bowiem zakłócone działanie czujnika, wskutek czego będzie mógł powstać fałszywy zakres pomiarowy. Uniwersalność czynników pojemnościowych góruje jednak nad ich drobnymi wadami, które w wielu przypadkach można łatwo rozwiązać i zneutralizować. Dla przykładu czujniki stosowane do wykrywania substancji lepkich powinny być wyposażone w zabudowę czoła, która zapobiegnie oblepianiu się cieczy.
Czujnik pojemnościowy od innych modeli tego typu odróżnia się przede wszystkim funkcjonalnością, umożliwiającą wykrywanie dowolnych elementów. Czujniki pojemnościowe, dzięki stałej ładowania/rozładowania kondensatora, wykazują ponadto wysoką odporność na zakłócenia. Fakt ten może zostać wykorzystany na przykład przy ich zastosowaniu jako alternatywa konwencjonalnych czujników indukcyjnych.
