Sensor capacitivo: Controles de presencia y mediciones de distancia en espacios reducidos

Un sensor capacitivo es especialmente adecuado para efectuar controles de presencia y mediciones de distancia en espacios muy pequeños. Los valores pueden determinarse con una exactitud nanométrica. Por tanto, los sensores son aptos para un amplio abanico de aplicaciones. Se usan, por ejemplo, en pantallas táctiles de teléfonos inteligentes, en microscopios de túneles de barrido o en instalaciones de montaje.

¿Cómo funciona un sensor capacitivo?

Los sensores capacitivos funcionan según el principio de un condensador de placas ideal. Una de las placas es el sensor propiamente dicho. La otra es el objeto de medición opuesto. Entre las dos placas se genera un campo eléctrico. Un anillo protector alrededor de la estructura garantiza que el campo eléctrico sea lo más homogéneo posible. Si un cuerpo entra en el campo cambia la distancia entre las dos placas. Esto puede medirse.

El procedimiento de medición – ¿Cómo mide un sensor capacitivo?

Las dos placas, en calidad de cuerpo conductor de electricidad, acumulan una cantidad de carga (Q). La relación entre esta cantidad de carga y la tensión eléctrica (U) se denomina capacitancia (C). C = Q/U.

La cantidad de carga de un sensor capacitivo depende del tamaño (A) de las placas y/o electrodos así como del material del dieléctrico (el espacio entre las placas en el que se mantiene el campo eléctrico). La letra de identificación e («constante dieléctrica») describe la permitividad («permeabilidad para campos eléctricos») del dieléctrico. La tensión es el valor inverso de la distancia entre ambas placas (d).

En consecuencia, un sensor capacitivo calcula según la fórmula siguiente: C =eA/d.

El ejemplo ideal de un procedimiento de medición es el siguiente: un vacío e tiene la constante «1» y es justamente esta circunstancia la que aprovecha el sensor. Cualquier otra sustancia dispone de una constante dieléctrica mayor. Por tanto, si otra sustancia entra en el campo eléctrico, aumenta la capacitancia tal y como muestra la fórmula anterior. El sensor se activa. Por ejemplo: Los sensores capacitivos se usan para medir el desgaste de discos de freno. Estos discos se deforman mínimamente durante el uso. El disco se arquea hacia el campo eléctrico: aumenta la capacitancia y el sensor se dispara. (El aire tiene un valor e de 1,00059. El resto de sustancias tiene una constante dieléctrica mayor.)

Para una pantalla táctil, el funcionamiento es similar. En este caso se emplea un sensor de presión capacitivo que actúa de emisor de impulsos. Gracias a la ligera presión sobre el cristal se mueve una membrana hacia el dieléctrico. El cambio se registra y se da el comando previsto para ello, por ejemplo, se abre una aplicación.

¿Qué materiales conductores se usan para sensores capacitivos?

Se usan, por ejemplo:

– metales

– acetona

– agua

– tinta

Por lo general son aptos los medios con una conductividad >20 µS/cm. µS es el valor de resistencia microsiemens.

Por tanto, un sensor capacitivo también es apto, por ejemplo, para supervisar el nivel de líquidos, sustancias pastosas o materiales a granel. Nuestros modelos pueden trabajar de forma estándar con temperaturas entre -25 y +70 grados. Ahora bien, pueden pedirse también modelos resistentes a temperaturas entre -200 y +250 grados. Los sensores pueden instalarse sin problemas en máquinas, instalaciones y vehículos. La carcasa de los sensores garantiza que estos sean resistentes a la suciedad, sacudidas y agua (dependiendo del modelo hasta IP68).

¿Qué sustancias/materiales detecta un sensor capacitivo?

Un sensor capacitivo responde bien a todas las sustancias/materiales cuya conductividad eléctrica sea < 20 µS/cm. Solo debe procurarse que e tenga el valor más alto posible. Si este número es demasiado pequeño se acerca demasiado al valor del material de aislamiento en el dieléctrico y esto dificulta la diferenciación. Por ejemplo: el alcohol tiene un valor e de 25 y puede reconocerse con facilidad. El papel fino solo de 1,2 y, por tanto, es problemático, por lo que deben emplearse sensores especiales para estas aplicaciones individuales (sensores desarrollados especialmente para el cliente).

Conexión en serie o en paralelo

Los interruptores de proximidad de dos y tres hilos con salida binaria pueden operarse en serie o en paralelo, de forma similar a los contactos mecánicos. Debe tenerse en cuenta la caída de tensión típica de los aparatos, la tensión residual Ud, que con una conexión en serie se multiplica en correspondencia al número de dispositivos. En el caso de la conexión en paralelo de sensores con salida de tirístor, la primera salida conmutada absorbe la corriente de carga total.

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