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Was sind kapazitive Sensoren und wofür werden sie verwendet?

Professionelle kapazitive Sensoren messen eine Vielzahl von industriellen Größen, z.B. die Menge von Granulat, den Füllstand von Flüssigkeiten oder die Befüllung von Tanks. Eine weitere Aufgabe der kapazitiven Sensoren ist die Erkennung von metallischen und nichtmetallischen Materialien in einem Stapel, wie z.B. Papierelemente oder Flüssigkeit in einem leitfähigen Element. Die Vielseitigkeit ist der große Vorteil dieser Sensoren.

Das Funktionsprinzip der berührungslosen kapazitiven Sensoren ist mit dem eines Kondensators vergleichbar und beruht auf der Messung von Kapazitätsänderungen. Dieser Parameter spiegelt die Eigenschaften des elektrischen Feldes wider und beschreibt, wie zwei leitende Körper auf eine zwischen ihnen angelegte Spannungsdifferenz reagieren. In den folgenden Abschnitten werden wir die Messfunktionen und das Funktionsprinzip der Sensoren näher erläutern und ihre Komponenten mit denen der induktiven Sensoren vergleichen.

Kapazitiver Sensor - was ist das?

Industrielle kapazitive Sensoren sind elektronische Geräte, die ein Ausgangssignal erzeugen, wenn sie die Anwesenheit eines Objekts in ihrem Magnetfeld erkennen. Das Signal wird von einer elektronischen Schaltung und einem Mikroprozessor verarbeitet, was Aufgaben wie die Materialerkennung und die Unterscheidung zwischen Kunststoff, Metall und Holz ermöglicht.

Diese Sensoren werden oft als kapazitive Näherungssensoren bezeichnet, weil sie Änderungen im elektromagnetischen Feld erkennen, die durch die Annäherung eines Objekts verursacht werden. Der Hauptunterschied zwischen kapazitiven und induktiven Näherungssensoren liegt in ihrem Aufbau.

Induktive Sensoren basieren auf einer eingebetteten Spule zur Erkennung, während kapazitive Sensoren aus einer Abdeckung, die als Kondensator fungiert, und der Oberfläche des zu erkennenden Objekts bestehen. Im Gegensatz zu induktiven Sensoren sind kapazitive Sensoren widerstandsfähiger gegen Ausfälle und mechanische Beschädigungen.

Welche Materialien erkennt ein kapazitiver Sensor?

Eine Hauptanwendung von kapazitiven Sensoren ist die berührungslose Erkennung von elektrisch leitenden und nicht leitenden Materialien. Diese Sensoren werden in der Regel zur Erkennung von Feststoffen wie Kunststoffen, Metallen und Holz sowie von verschiedenen Flüssigkeiten eingesetzt. Ihre Fähigkeit, Flüssigkeiten zu erkennen, macht sie ideal für die Messung des Füllstands und die Erkennung von Flüssigkeiten in Flaschen.

Wie funktioniert ein kapazitiver Sensor?

Wir haben kurz das Funktionsprinzip und die Anwendungen von kapazitiven Näherungssensoren besprochen. Diese Sensoren funktionieren ähnlich wie Kondensatoren. An die Elektroden des Sensors wird eine Wechselspannung angelegt, die bewirkt, dass die positiven und negativen Ladungen kontinuierlich ihre Position wechseln. Diese Bewegung erzeugt ein elektrisches Feld, und die Änderungen in diesem Feld bilden die Grundlage für die Messung des Sensors.

Der Näherungssensor fungiert als eine Hülle eines Kondensators, während das zu messende Objekt als die andere Hülle dient. Die Kapazität im Messsystem ist direkt proportional zur Oberfläche der beiden Leiter und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen. Darüber hinaus hilft die Beziehung zwischen der Kapazität und der Dielektrizitätskonstante des Materials dabei, die Beschaffenheit nichtmetallischer Objekte zu erkennen.

Ein wichtiger Faktor, der die Messung beeinflusst, ist die Schaltfrequenz, die typischerweise im Bereich von einigen zehn Hertz liegt. Dadurch sind kapazitive Sensoren für die Messung von Systemen mit schnellen dynamischen Änderungen weniger geeignet. Die Standardempfindlichkeit dieser Sensoren beträgt 1 V/0,1 mm, d. h. für jede Änderung des Sensor-Objekt-Abstands um 0,1 mm ändert sich die Ausgangsspannung um 1 V.

Bei der Auswahl eines Sensors ist es wichtig, Faktoren zu berücksichtigen, die die Messung negativ beeinflussen können. Eines der Schlüsselelemente, die die Messgenauigkeit beeinflussen, sind elektromagnetische Störungen und Verunreinigungen zwischen dem Sensor und dem Objekt. Diese Faktoren können die Änderung der Dielektrizitätskonstante beeinflussen. Außerdem ist es wichtig, die vom Hersteller angegebenen Temperaturgrenzen und die Korrosionsanfälligkeit des Sensors zu berücksichtigen.

Anwendung von kapazitiven Sensoren in verschiedenen Branchen

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit können kapazitive Sensoren in zahlreichen Branchen eingesetzt werden, z. B. in der Lebensmittel-, Automobil- und Logistikbranche, wobei vor allem die Industrie von ihren Vorteilen profitiert.

Präzise kapazitive Näherungssensoren werden insbesondere zur berührungslosen Erkennung von Verpackungsinhalten, zur Kontrolle des Füllstands von Flüssigkeiten in Flaschen und zur Überwachung der Bedingungen in verschiedenen Prozessen eingesetzt. Darüber hinaus spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Erkennung der Ausrichtung von Produkten auf Förderbändern und gewährleisten so eine effiziente und genaue Handhabung von Materialien.

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