مزایای استفاده از سنسور خازنی چیست؟

سنسور خازنی یکی از انواع سنسورهای مجاورتی و بدون تماس است که عملکرد آن بدون کنتاکت الکتریکی است. این سنسورها به فلزات و اجسام رسانا و اغلب برای اجسام غیر فلزی و نارسانا کاربرد دارند. سنسورهای خازنی برای کنترل سطح مخازنی که از مواد مایع، پودری و یا دانه دانه پر شده‌اند مناسب هستند

روش عملکرد این سنسورها به سنسورهای القایی شباهت زیادی دارد اما تفاوت این دو در روش اندازه گیری تغییر ظرفیت خازن در سنسور خازنی است. البته سنسور القایی قابلیت تشخیص اجسام عایق و نارسانا را ندارد ولی سنسور خازنی قادر به تشخیص اجسام هادی و عایق نیز می‌باشد.

اجزای تشکیل دهنده سنسور خازنی

سنسورهای خازنی از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که شامل موارد زیر می‌باشد:

1. اسیلاتور
2. اشمیت تریگر
3. تقویت خروجی
4. دمدولاتور

روش عملکرد اجزای سنسور خازنی

در صورت نزدیک شدن یا تماس مستقیم اجسام به سنسور خازنی، قسمت خازنی آن تغییر می‌کند و قسمت خروجی حسگر تحریک می‌شود. به بیان دیگر هنگامی که قطعات فلزی یا غیر فلزی به مدار رزونانس RC نزدیک می‌شوند، ظرفیت خازن تغییر پیدا کرده و این سنسور آن را اندازه گیری می‌نماید.

قسمت اصلی یا اسیلاتور سنسور خازنی از دو عدد قطعه فلزی ساخته شده است. این دو قطعه به شکلی قرار گرفته‌اند که یک ظرفیت خازنی را تشکیل داده اند. هنگامی که قطعه‌ای به صفحه حساس حسگر نزدیک شود، ظرفیت خازنی بین صفحات تغییر پیدا می‌کند. به این ترتیب تغییر ظرفیت خازن، دامنه خروجی اسیلاتور را نیز تغییر می‌دهد.

قسمت دمدولاتور، تغییر دامنه اسیلاتور را آشکار می‌سازد و آن را سطح مرجع مقیاس می‌کند.

مزایای استفاده از سنسور خازنی

سنسورهای خازنی یکی از پرکاربردترین سنسورهای مجاورتی به شمار می‌روند که قادر به تشخیص دقیق اجسام فلزی و غیر فلزی می‌باشند. از این خازن‌ها برای کنترل و اندازه گیری مخازن مایعات، مواد پودری، غلات استفاده می‌شود.
همچنین این سنسورها برای شمارش یا تشخیص مواد فلزی و غیر فلزی استفاده می‌شود. کنترل صحیح بسته‌بندی و اطمینان از مقدار اجسام در داخل کارتن‌ها یا بطری‌ها نیز از این مدل از سنسورها استفاده می‌شود.

البته سنسورهای مجاورتی به شرایط محیطی مانند رطوبت و آلودگی حساس هستند و این گونه عوامل می‌تواند روی عملکرد آن‌ها تاثیر منفی داشته باشد.
سنسورهای خازنی دیجیتال به شکل تکی، کنار هم، روبروی هم، موازی، سری و یا برای اتصال به کنترلرها در شبکه‌های صنعتی به کار می‌روند. سنسورهای خازنی را می‌توان بر اساس جنس تنظیم و کالیبره نمود. فاصله بین سنسورها، روش اتصال، تنظیم حساسیت و … از تنظیماتی است که می‌توان روی سنسورهای خازنی انجام داد.

به صورت کلی مزایای استفاده از این سنسورها شامل موارد زیر می‌باشد:

• قابلیت تشخیص اجسام مات و تیره
• قابلیت تشخیص کابل یا سیم مسی
• کنترل وجود اجسام در کارتن‌های مقوایی
• اندازه گیری و شمارش تولید
• اندازه گیری مقدار ضخامت مواد نارسانا

انواع مختلف سنسورهای خازنی

سنسورهای خازنی در دو مدل آنالوگ و دیجیتال و با دو نوع بدنه پلاستیکی و فلزی تولید می‌شوند. اما در تقسیم‌بندی بر اساس توابع خروجی انواع سنسورهای خازنی شامل موارد زیر می‌باشد:

1. دو سیمه (AC)
2. سه سیمه (DC)
3. چهار سیمه (DC)

در ادامه به توضیح این موارد می‌پردازیم.

1. دو سیمه (AC)

این مدل از سنسورهای خازنی تنها دو حالت دارند (باز یا بسته شدن) و به همین علت تنها دو سیم در آن‌ها به کار رفته است. البته سنسورهای دو سیمه در نوع مختلف ساخته می‌شوند.

2. سه سیمه (DC)

این سنسورها در دو مدل NPN و PNP ساخته و تولید می‌شوند. همان طور که از نام این سنسورها پیداست سنسورهای سه سیمه شامل سه حالت مختلف می‌شوند. یک حد وسط در بین باز یا بسته شدن این سنسورها وجود دارد.

بیشترین کاربرد سنسورهای سه سیمه در دستگاه‌های فشارسنج می‌باشد. با استفاده از سنسور سه سیمه مشخص می‌شود که فشار کم یا زیاد و یا به حالت تعادل رسیده است.

3. چهار سیمه (DC)

سنسورهای چهار سیمه نیز در دو نوع NPN و PNP تولید و ساخته می‌شوند.

کاربرد انواع سنسور خازنی در صنعت

انواع سنسورهای خازنی در صنعت کاربرد فراوانی دارند برخی از کاربردهای این سنسور شامل موارد زیر می‌باشد:

• کنترل سیستم هد
• وزن کردن در حرکت
• اندازه گیری ضخامت مواد
• تشخیص پر شدن بطری‌ها

در ادامه به توضیح این موارد می‌پردازیم.

کنترل سیستم هد

سیستم کنترل هد به نحوی است که باید اجسام روی آن با فاصله معینی در یک سطح و با دقت و سرعت بالایی در حرکت باشند. برای این کار نیاز به یک سنسور با پهنای باند زیاد است که بتواند با سرعت و دقت زیاد تغییر موقعیت هد را تشخیص دهد. سنسورهای خازنی یکی از متداول‌ترین سنسورهایی است که برای این کار استفاده می‌شود.
همچنین از سنسورهای خازنی برای کنترل موقعیت فاصله هد هارد دیسک با سطح دیسک استفاده می‌شود و یا این سنسورها برای هد ربات‌هایی که بردها و وسایل الکتریکی ظریف می‌سازند به کار می‌رود.

برای استفاده سنسورهای خازنی در کنترل هد، ابتدا سنسور را به هد متصل می‌نمایند، زمانی که فاصله هد با سطح تغییر پیدا می‌کند، ظرفیت خازنی سنسور نیز تغییر می‌کند.

وزن کردن در حرکت

این قابلیت سنسورهای خازنی برای وزن کردن وسایل نقلیه به کار می‌رود که به آن وزن کردن استاتیک گفته می‌شود.
برای این کار وسیله نقلیه روی یک ترازو متوقف می‌شود. این روش وزن کردن از دقت زیادی برخوردار می‌باشد اما نمی‌توان با این روش وزن هر محور را به صورت جداگانه تعیین کرد.
برای وزن کردن خودروهای در حال حرکت می‌توان از سنسورهای خازنی استفاده کرد. این سنسورها با خازن‌های معمولی تفاوت دارند. این روش وزن کردن نسبت به روش استاتیک راحت‌تر و سبک‌تر انجام می‌شود و نیازی به توقف خودرو برای اندازه گیری وزن نیست.

اندازه گیری ضخامت مواد

دو صفحه خازن در این روش به شکل ثابت هستند و تنها دی الکتریک بین آن تغییر می‌کنند. در این روش برای تعیین ضخامت یک ماده به خصوص استفاده می‌شود و سنسورهای خازنی به کار رفته، تنها با آن ماده کالیبره شده است.

البته سنسورهای خازنی برای کنترل کیفیت مواد ساخته شده نیز به کار می‌روند. همچنین از این حسگرها برای اندازه گیری میزان نیرو، فشار و سایر تنش‌ها نیز استفاده می‌شود.

تشخیص پر شدن بطری‌ها

تشخیص پر شدن بطری‌ها از مایع مورد نظر یکی از کاربردهای مهم سنسورهای خازنی است.
برای این منظور در هنگام پر شدن بطری و حرکت روی نقاله، سنسور هم برای تشخیص وجود بطری و هم برای تشخیص مایع درون بطری به کار می‌رود. هنگامی که سنسور حضور بطری را تشخیص دهد، عمل پر کردن بطری نیز انجام می‌شود. سپس سنسور دوم برای تشخیص مقدار مایع به کار می‌افتد و پس از رسیدن مایع به سطح مورد نظر، عمل پر کردن بطری نیز متوقف خواهد شد.