Sensore capacitivo: prove di presenza e misurazioni della distanza in un’area molto piccola
Un sensore capacitivo è perfettamente adatto per condurre prove di presenza e misurare le distanze in un’area molto piccola. I valori possono essere definiti esattamente fino al nanometro. I sensori sono quindi adatti per ampi campi di applicazione. Sono impiegati per es. nei touch screen degli smartphone, nei microscopi a scansione a effetto tunnel oppure negli impianti di montaggio.
Come funziona un sensore capacitivo?
I sensori capacitivi funzionano secondo il principio di un condensatore a piastre ideale. Una piastra è il sensore stesso. L’altra è l’oggetto di misurazione contrapposto. Tra le due piastre si genera un campo elettrico. Un anello di protezione posto attorno alla struttura fa sì che il campo elettrico sia il più omogeneo possibile. Se un corpo finisce nel campo, la distanza tra le due piastre cambia e può essere misurata.
Il procedimento di misurazione – come misura un sensore capacitivo?
Le due piastre in quanto corpo elettroconduttore accumulano una quantità di carica (Q). Il rapporto tra questa quantità di carica e la tensione elettrica (U) è designata capacità (C). C = Q/U.
In un sensore capacitivo, la quantità di carica è subordinata alla dimensione (A) delle piastre ovvero degli elettrodi nonché al materiale del dielettrico (lo spazio tra le piastre, nel quale permane il campo elettrico). La lettera di identificazione e (“costante dielettrica”) designa la permittività (“permeabilità per i campi elettrici”) del dielettrico. La tensione è l’inverso della distanza tra le due piastre (d), l’una rispetto all’altra.
Un sensore capacitivo calcola quindi secondo la seguente formula C = eA/d.
Come esempio ideale per un procedimento di misurazione: e per un vuoto ha il valore “1” ed è proprio questa circostanza che il sensore sfrutta. Qualsiasi altro materiale possiede una costante dielettrica superiore. Se un altro materiale penetra, quindi, nel campo elettrico, la capacità aumenta, come evidenzia la formula di cui sopra. Il sensore oscilla. A titolo di esempio: I sensori capacitivi servono a misurare l’usura dei dischi del freno. Essi si deformano in misura minima per via dell’utilizzo. Il disco si inarca nel campo elettrico – la capacità aumenta di conseguenza e il sensore oscilla. (L’aria possiede un valore e pari a 1,00059. Tutte le altre sostanze raggiungono sempre una costante dielettrica superiore.)
Nel caso di un touch screen, il funzionamento è simile – ora si impiega un sensore di pressione capacitivo che funge da trasmettitore di impulsi. Esercitando una leggera pressione sul vetro, una membrana si sposta nel dielettrico. Il cambiamento è registrato e si impartisce il comando previsto, per es. l’apertura di una app.
Quali materiali conduttori si utilizzano per i sensori capacitivi?
Per es. si impiegano:
– metalli
– acetone
– acqua
– inchiostro
In generale, i mezzi conduttori sono adatti se la loro conducibilità è > 20 µS/cm. µS sta per il valore di resistenza microsiemens.
Un sensore capacitivo è quindi adatto per es. anche per monitorare il livello di riempimento di liquidi, sostanze pastose oppure materiale sfuso. I nostri modelli possono gestire, come standard, temperature comprese tra -25 e +70°. I modelli resistenti alla temperatura con un range compreso tra -200 e +250° possono essere per l’appunto ordinati. I sensori possono essere, quindi, impiegati agevolmente in macchine, impianti e veicoli. Gli alloggiamenti dei sensori garantiscono che essi siano insensibili a imbrattamenti, urti ed acqua (a seconda del modello fino a IP68 a tenuta d’acqua).
Quali materiali riconosce un sensore capacitivo?
Di norma, un sensore capacitivo reagisce bene a tutti i materiali, la cui conducibilità elettrica è < 20 µS/cm. Occorre osservare soltanto che il valore e dovrebbe essere il più alto possibile. Se il coefficiente è troppo piccolo, si avvicina troppo al valore del materiale isolante nel dielettrico – il che significa che diventa difficile operare una distinzione. A titolo di esempio: L’alcol ha un valore e pari a 25 ed è ben riconoscibile. La carta sottile arriva a 1,2 ed è quindi problematica – sensori speciali sono adatti per tali applicazioni personalizzate (sensori sviluppati direttamente per il cliente).
Collegamento in serie e in parallelo
Gli interruttori di prossimità a due e tre fili con uscita binaria possono essere azionati in collegamento in serie oppure in parallelo analogamente ai contatti meccanici. Occorre osservare la caduta di tensione tipica per l’apparecchio, la tensione residua Ud , che nel collegamento in serie si moltiplica conformemente al numero di apparecchi. Nel collegamento in parallelo dei sensori con uscita a tiristore è l’uscita collegata per prima ad assorbire la corrente di carico totale.
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