سنسور خازنی چیست و چه کاربردی دارد؟

در فرآیندهای صنعتی و سیستم‌های اتوماسیون، تشخیص دقیق و به موقع اجسام یک امر ضروری است. تصور کنید در یک خط تولید نوشیدنی، بطری‌ها باید تا سطح مشخصی پر شوند یا در یک کارخانه، تعداد محصولات بسته‌بندی شده باید به درستی شمارش شود. اینجا است که قطعاتی کوچک اما بااهمیت وارد میدان می‌شوند. سنسور خازنی چیست و چرا تا این حد در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار میگیرد؟ این قطعه الکترونیکی یک ابزار تشخیص غیرتماسی است که میتواند حضور یا عدم حضور تقریبا هر نوع جسمی، اعم از فلزی و غیرفلزی، را شناسایی کند. در این نوشته به بررسی کامل این سنسورها می‌پردازیم.

سنسور خازنی چیست؟

سنسور خازنی یک قطعه الکترونیکی بدون تماس است که برای تشخیص اجسام مختلف به کار میرود. برخلاف سنسورهای القایی که تنها قادر به شناسایی فلزات هستند، این سنسورها می‌توانند طیف وسیعی از مواد مانند پلاستیک، شیشه، چوب، آب، پودر و فلزات را تشخیص دهند. اساس عملکرد سنسور خازنی بر پایه تغییرات ظرفیت خازنی است. این سنسور یک میدان الکترواستاتیک در قسمت حساس خود ایجاد می‌کند. هرگاه جسمی وارد این میدان شود، ظرفیت خازنی مدار داخلی سنسور تغییر کرده و این تغییر به عنوان یک سیگنال خروجی ارسال می‌شود. به همین دلیل، این سنسورها برای کاربردهایی که نیاز به تشخیص مواد غیرفلزی دارند، یک انتخاب بسیار مناسب به شمار می‌آیند.

این تجهیزات دارای حساسیت و پهنای باند بالایی هستند و به دلیل حجم کم و نصب آسان، در فضاهای محدود نیز به راحتی قابل استفاده‌اند. سوال اصلی این است که سنسور خازنی چیست و چه چیزی آن را از سایر سنسورها متمایز میکند؟ پاسخ در توانایی آن برای تشخیص تقریبا هر ماده‌ای نهفته است.

همچنین بخوانید: سنسور مغناطیسی چیست؟

کاربرد سنسور خازنی

تطبیق‌پذیری سنسورهای خازنی باعث شده تا در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار بگیرند. این سنسورها به دلیل قابلیت تشخیص مواد رسانا و نارسانا، راه‌حل‌های مناسبی برای مسائل گوناگون ارائه می‌دهند. شاید بتوان گفت مهم‌ترین کاربرد سنسور خازنی در کنترل فرآیندهای صنعتی است. برای مثال، در خطوط تولید از این سنسورها برای شمارش بسته‌ها، بطری‌ها یا هر محصول دیگری که از مقابل آن‌ها عبور می‌کند، استفاده می‌شود. توانایی تشخیص مایعات نیز این سنسورها را به گزینه‌ای عالی برای کنترل سطح مخازن تبدیل کرده است.

برخی از موارد استفاده مشخص این سنسورها عبارتند از:

• کنترل سطح مخازن: تشخیص سطح مواد پودری، دانه‌دانه یا مایعات در سیلوها و مخازن.
• شمارش در خط تولید: شمارش محصولات هنگام عبور از روی نوار نقاله.
• تشخیص پر بودن بطری‌ها: کنترل سطح مایع درون بطری‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی.
• جداسازی مواد: تشخیص و جدا کردن قطعات فلزی از غیرفلزی در برخی فرآیندها.
• کنترل حرکت مواد ورقه‌ای: نظارت بر حرکت صحیح پارچه، کاغذ یا پلاستیک.
• تشخیص پارگی نوار نقاله: شناسایی هرگونه آسیب یا پارگی در تسمه‌های نقاله.

این موارد تنها بخشی از قابلیت‌های این قطعات هستند و نشان میدهند که چرا دانستن اینکه سنسور خازنی چیست، برای مهندسان و طراحان سیستم‌های اتوماسیون اهمیت دارد.

ساختار سنسور خازنی

برای درک بهتر اینکه سنسور خازنی چیست، باید با اجزای تشکیل‌دهنده آن آشنا شویم. شکل سنسور خازنی ممکن است استوانه‌ای یا مکعبی باشد، اما ساختار داخلی و خارجی آن از اصول یکسانی پیروی می‌کند. این ساختار را میتوان به دو بخش فیزیکی و الکترونیکی تقسیم کرد.

بخش فیزیکی شامل اجزایی است که به صورت ظاهری قابل مشاهده هستند و وظیفه حفاظت از مدارات داخلی و ارتباط با محیط بیرون را بر عهده دارند. از سوی دیگر، بخش الکترونیکی قلب تپنده سنسور است که فرآیند تشخیص را مدیریت می‌کند.

نحوه عملکرد سنسور خازنی

اکنون که با ساختار این قطعه آشنا شدیم، بهتر میتوانیم به پرسش “سنسور خازنی چیست و چگونه کار می‌کند؟” پاسخ دهیم. عملکرد سنسور خازنی بر یک اصل ساده فیزیکی استوار است. صفحه حساس سنسور به همراه جسمی که در مقابل آن قرار میگیرد، یک خازن را تشکیل می‌دهند. هوا یا هر ماده دیگری که بین این دو قرار دارد، نقش دی‌الکتریک را بازی می‌کند. ظرفیت این خازن به سه عامل بستگی دارد: مساحت صفحات (صفحه سنسور و سطح جسم)، فاصله بین آن‌ها و ثابت دی‌الکتریک ماده‌ای که بین آن‌ها قرار دارد.

وقتی هیچ جسمی در مقابل سنسور نیست، دی‌الکتریک موجود هوا است که ثابت دی‌الکتریک آن تقریبا برابر با ۱ در نظر گرفته می‌شود. در این حالت، اسیلاتور با یک دامنه مشخص نوسان می‌کند. حال، فرض کنید یک جسم (برای مثال یک قطعه پلاستیکی) به سنسور نزدیک می‌شود. از آنجایی که ثابت دی‌الکتریک پلاستیک از هوا بیشتر است، ظرفیت خازن تشکیل شده افزایش می‌یابد. این افزایش ظرفیت باعث تغییر دامنه نوسان اسیلاتور می‌شود. مدار دمدولاتور این تغییر را تشخیص داده و پس از مقایسه با یک مقدار آستانه، مدار خروجی را فعال می‌کند. این فرآیند باعث روشن شدن چراغ نشانگر و ارسال سیگنال به سیستم کنترل می‌شود.

همچنین برای خرید و اطلاع از قیمت خازن کلیک کنید.

تاثیر مواد مختلف بر فاصله تشخیص

یکی از مسائل مهم در عملکرد سنسور خازنی، تاثیر جنس ماده بر فاصله تشخیص است. هرچه ثابت دی‌الکتریک یک ماده بالاتر باشد، سنسور آن را از فاصله دورتری تشخیص می‌دهد. برای استانداردسازی، معمولا فاصله تشخیص نامی سنسورها بر اساس یک صفحه فلزی استاندارد اعلام می‌شود. برای سایر مواد، از یک ضریب تصحیح (KM) استفاده می‌شود.

برای مثال، اگر فاصله تشخیص یک سنسور برای فلز ۲۰ میلی‌متر باشد، فاصله تشخیص آن برای شیشه حدودا ۱۰ میلی‌متر خواهد بود (۲۰mm x ۰.۵). این موضوع نشان می‌دهد که چرا هنگام نصب و تنظیم این سنسورها، باید به جنس ماده‌ای که قرار است تشخیص داده شود، توجه ویژه‌ای داشت.

همچنین جهت تهیه و خرید سنسور دما کلیک کنید.

انواع سنسور خازنی

سنسورهای خازنی بر اساس ویژگی‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند که این تنوع، کاربرد سنسور خازنی را گسترده‌تر می‌کند. این دسته‌بندی‌ها به طراحان سیستم اجازه می‌دهد تا بهترین گزینه را متناسب با نیاز خود انتخاب کنند. اگر بخواهیم بدانیم انواع سنسور خازنی شامل چه مواردی است، می‌توانیم آن‌ها را از منظر ظاهر فیزیکی، نوع خروجی و اتصالات بررسی کنیم.

دسته‌بندی بر اساس شکل ظاهری

• سنسور مینیاتوری: این سنسورها با شکل سنسور خازنی کوچک به فرم استوانه‌ای یا مکعبی، برای استفاده در فضاهای بسیار فشرده و ماشین‌آلات دقیق طراحی شده‌اند.
• سنسور استوانه‌ای یا سیلندری: رایج‌ترین نوع که در اندازه‌ها و قطرهای مختلف تولید می‌شود و معمولا فاصله تشخیص قابل تنظیمی دارد.
• سنسور دما بالا: این مدل‌ها برای کار در محیط‌هایی با دمای بسیار بالا، مانند کوره‌ها یا نزدیک مواد داغ، ساخته شده‌اند و مقاومت حرارتی بالایی دارند.

دسته‌بندی بر اساس نوع خروجی و اتصالات

• سنسور آنالوگ: برخلاف سنسورهای دیجیتال که فقط وضعیت قطع و وصل را اعلام می‌کنند، این سنسورها یک خروجی ولتاژ یا جریان متناسب با فاصله جسم تولید می‌کنند. این ویژگی برای نظارت بر ضخامت مواد یا تشخیص غلظت مایعات مناسب است.
• سنسورهای دو سیمه: ساده‌ترین نوع که فقط دو سیم برای اتصال دارند و خروجی آن‌ها می‌تواند در حالت عادی باز (NO) یا بسته (NC) باشد.
• سنسورهای سه سیمه: این مدل‌ها دارای دو سیم برای تغذیه و یک سیم برای خروجی هستند و در انواع PNP و NPN تولید می‌شوند.
• سنسورهای چهار سیمه: این سنسورها دو سیم تغذیه و دو سیم خروجی (یک NO و یک NC) دارند و مانند یک کلید مرکب عمل می‌کنند.

جمع بندی

در این مقاله تلاش کردیم به این پرسش که سنسور خازنی چیست به صورت کامل پاسخ دهیم. دیدیم که این سنسورها ابزارهای قدرتمندی برای تشخیص غیرتماسی اجسام فلزی و غیرفلزی هستند. عملکرد سنسور خازنی بر اساس تغییر میدان الکتریکی و ظرفیت خازنی استوار است که آن را قادر می‌سازد تا تقریبا هر نوع ماده‌ای را شناسایی کند. از کنترل سطح مایعات در مخازن گرفته تا شمارش محصولات در خطوط تولید، کاربرد سنسور خازنی بسیار گسترده است. با شناخت انواع سنسور خازنی و درک ساختار آن‌ها، مهندسان و تکنسین‌ها می‌توانند بهترین انتخاب را برای سیستم‌های اتوماسیون خود داشته باشند.

جم ترونیک، به عنوان یکی از بزرگترین ارائه دهندگان انواع ماژول‌ها، سنسورها و قطعات الکترونیک در ایران، از همراهی شما تا پایان این مقاله صمیمانه سپاسگزاری می‌کند. امیدواریم این مطلب اطلاعات مفیدی را در اختیار شما قرار داده باشد. برای خرید انواع سنسور به سایت جم ترونیک مراجعه کنید.

سوالات متداول

• تفاوت سنسور خازنی با سنسور القایی در چیست؟

سنسورهای القایی تنها قادر به تشخیص اجسام فلزی هستند، در حالی که سنسورهای خازنی می‌توانند علاوه بر فلزات، مواد غیرفلزی مانند پلاستیک، شیشه، مایعات و چوب را نیز تشخیص دهند. اساس کار سنسور القایی میدان مغناطیسی و در سنسور خازنی میدان الکتریکی است.

• کاربردهای اصلی سنسور خازنی در صنعت چیست؟

مهم‌ترین کاربردها شامل کنترل سطح مواد (پودری و مایع) در مخازن، شمارش محصولات در خطوط تولید، تشخیص سطح مایع درون بطری‌ها و تشخیص پارگی یا انحراف نوار نقاله است.

• چه عواملی می‌توانند بر عملکرد سنسور خازنی تأثیر بگذارند؟

عواملی مانند رطوبت هوا، گرد و غبار و تغییرات دمایی می‌توانند بر فاصله تشخیص سنسور تاثیر بگذارند. همچنین، ثابت دی‌الکتریک ماده‌ای که تشخیص داده می‌شود، مهم‌ترین عامل در تعیین فاصله سوئیچینگ سنسور است.