حسگرهای خازنی چیست؟
سنسور خازنی مانند یک خازن ساده عمل می کند. یک صفحه فلزی در سطح حسگر. حسگر به صورت الکتریکی به یک مدار نوسانگر داخلی متصل است و هدفی که قرار است حس شود به عنوان صفحه دوم خازن عمل می کند. برخلاف سنسور القایی که میدان الکترومغناطیسی تولید می کند، حسگر خازنی میدان الکترواستاتیکی تولید می کند.
ظرفیت خارجی بین هدف و صفحه حسگر داخلی بخشی از خازن بازخورد در مدار نوسان ساز را تشکیل می دهد. با نزدیک شدن به هدف، حسگرها با نوسانات روبرو می شوند تا زمانی که به سطح آستانه برسند و خروجی را فعال کنند.
حسگرهای خازنی قابلیت تنظیم حساسیت یا سطح آستانه نوسان ساز را دارند. تنظیم حساسیت را می توان با تنظیم پتانسیومتر، با استفاده از یک دکمه فشاری یکپارچه یا از راه دور با استفاده از سیم انجام داد. اگر سنسور روش تنظیمی ندارد، سنسور باید به صورت فیزیکی حرکت داده شود تا هدف را به درستی تشخیص دهد. افزایش حساسیت باعث فاصله عملیاتی بیشتر تا هدف می شود. افزایش زیاد حساسیت می تواند باعث شود سنسور تحت تأثیر دما، رطوبت و کثیفی قرار گیرد.
بیشتر بخوانید : تعداد قطب و مسیر در رله کنترل جریان
دو دسته هدف وجود دارد که حسگرهای خازنی می توانند تشخیص دهند که اولی رسانا و دومی غیر رسانا است. اهداف رسانا شامل فلز، آب، خون، اسیدها، بازها و آب نمک است. این اهداف ظرفیت خازنی بیشتری دارند و قدرت دی الکتریک هدف اهمیتی ندارد. بر خلاف سنسور مجاورت القایی، عوامل کاهش فلزات مختلف عاملی در حسگر فاصله سنسور نیستند.
دسته هدف غیر رسانا مانند یک عایق برای الکترود حسگر عمل می کند. ثابت دی الکتریک هدف که گاهی به آن ثابت دی الکتریک نیز می گویند، معیاری از خواص عایق است که برای تعیین ضریب کاهش فاصله حسگر استفاده می شود. جامدات و مایعات دارای یک ثابت دی الکتریک بزرگتر از خلاء (1.00000) یا هوا (1.00059) هستند. مواد با ثابت دی الکتریک بالا، فاصله حسی بیشتری خواهند داشت. بنابراین مواد با محتوای آب بالا، به عنوان مثال چوب، دانه، کثیفی و کاغذ بر فاصله سنجش تاثیر می گذارد.
- هنگام برخورد با اهداف نارسانا، سه عامل تعیین کننده فاصله سنجش وجود دارد.
- اندازه سطح فعال سنسور – هر چه تصویر حسگر بزرگتر باشد فاصله حسگر بیشتر می شود
- خواص خازنی ماده شی مورد نظر که به آن ثابت دی الکتریک نیز گفته می شود – هر چه ثابت بالاتر باشد فاصله حسگر طولانی تر است.
- مساحت سطح جسم مورد نظر که باید حس شود – هر چه مساحت سطح بزرگتر باشد، فاصله حسگر بیشتر می شود.
عوامل دیگری که کمترین تأثیر را بر فاصله حسی دارند :
- درجه حرارت
- سرعت شی مورد نظر
- محدوده سنجش
حداکثر فاصله سنجش منتشر شده حسگر خازنی بر اساس یک هدف استاندارد است که یک صفحه فلزی مربعی زمین (Fe 360) با ضخامت 1 میلی متر است. هدف استاندارد باید دارای طول جانبی باشد که قطر دایره ثبت شده سطح سنجش یا سه برابر فاصله سنجش نامی اگر فاصله سنجش از قطر بیشتر باشد. اجسامی که فلزی نیستند، بر اساس ثابت دی الکتریک آن ماده جسم، ضریب کاهش خواهند داشت. این ضریب کاهش باید برای تعیین فاصله واقعی اندازه گیری شود، با این حال برخی جداول وجود دارد که تقریبی از ضریب کاهش را ارائه می دهد.
فاصله سنجش نامی یا نامی Sn یک مقدار نظری است که موارد تولید، دمای عملیاتی و ولتاژهای تغذیه را در نظر نمی‌گیرد. این معمولاً فاصله سنجشی است که در کاتالوگ های تولیدی مختلف و مواد بازاریابی ذکر شده است.
فاصله سنجش موثر Sr فاصله سوئیچینگ سنسور است که در شرایط مشخصی مانند نصب در سطح، ولتاژ نامی Ue، دمای Ta = 23 درجه سانتیگراد +/- 5 درجه سانتیگراد اندازه گیری می شود. محدوده سنجش موثر حسگرهای خازنی را می توان با پتانسیومتر، سیم از راه دور تنظیم کرد.
هیسترزیس
هیسترزیس تفاوت فاصله بین سوئیچ روشن با نزدیک شدن هدف به صورت حسگر و نقطه خاموش شدن هنگام دور شدن هدف از تصویر حسگر است. Hysteresis در حسگرها طراحی شده است تا در صورت قرار گرفتن هدف در نقطه سوئیچینگ از صدای خروجی جلوگیری کند.
هیسترزیس بر حسب درصد فاصله سنجش نامی بیان شد. به عنوان مثال، یک سنسور با فاصله سنجش نامی 20 میلی متر ممکن است حداکثر پسماند 15٪ یا 3 میلی متر داشته باشد. Hysteresis یک پارامتر مستقل است که ثابت نیست و حسگر به سنسور متفاوت است. چندین عامل وجود دارد که می تواند بر هیسترزیس تأثیر بگذارد، از جمله:
- دمای سنسور هم محیط و هم گرمای تولید شده توسط سنسور در حال تغذیه
- فشار جو
- رطوبت نسبی
- تنش های مکانیکی به محفظه سنسور
- اجزای الکترونیکی استفاده شده بر روی برد مدار چاپی در سنسور
- همبستگی با حساسیت – حساسیت بالاتر به فاصله سنجش امتیاز بالاتر و پسماند بزرگتر مربوط می شود
نحوه تعیین حساسیت سنسور خازنی
حسگرهای خازنی دارای یک پتانسیومتر یا روشی برای تنظیم حساسیت سنسور برای کاربرد خاص هستند. در مورد یک پتانسیومتر، تعداد چرخش ها به چند دلیل مهم نشانگر دقیق تنظیم سنسور را ارائه نمی دهد. اول اینکه، اکثر پتانسیومترها دارای توقف های سخت نیستند.
برای تعیین حساسیت یک حسگر خازنی، فاصله حسگر از یک صفحه فلزی زمین شده با یک میکرومتر اندازه گیری می شود. صفحه به نقطه منفی منبع تغذیه متصل می شود و هدف به صورت محوری به سمت سنسور حرکت می کند. هدف را از محدوده سنجش خارج کرده و سپس آن را به سمت نمای سنسور حرکت دهید. به محض فعال شدن خروجی، پیشروی هدف را متوقف کنید. این فاصله، فاصله حسگر سنسور است.