Kapasitif sensör nedir?
Metal dışındaki malzemeleri de temassız algılamak
Kapasitif sensörler, aktif yüzeylerinin çevresindeki elektriksel kapasite değişimini değerlendirerek nesne varlığını veya belirli bir doluluk seviyesini algılar. Plastik, cam, ahşap, kâğıt, toz, granül ve sıvılar yaygın hedeflerdir. Metalleri de algılayabilirler. Yalnızca metal tespiti gereken uygulamalarda ise endüktif sensör, çoğu zaman daha uygun bir başlangıç seçeneğidir.
Elektrik alanındaki değişim nasıl çıkışa dönüşür?
Algılama elektrodu ve çevresi, bir kondansatör gibi davranır. Hedef yaklaştığında kapasitif bağlaşım değişir; elektronik devre bu değişimi değerlendirir ve ayarlanan eşik aşıldığında çıkışın durumunu değiştirir. İletken hedef, karşı elektrot benzetmesiyle açıklanabilir; yalıtkan hedef ise alan içindeki dielektrik koşulları değiştirir. Plastik algılanabilmesi için hedefin metal olması gerekmez.
İdeal paralel plakalı kondansatörde kapasite, alan ve bağıl geçirgenlikle artar, plakalar arasındaki mesafeyle azalır. Ancak bir yakınlık sensörünün alanı bu ideal geometriyle aynı değildir. Bu ilişki, her hedef için doğrudan mesafe ölçüm formülü olarak kullanılamaz. Uygun yöntemi seçerken algılama teknolojilerini karşılaştırmak gerekir.
Hangi malzeme, hangi mesafede algılanır?
Hedefin malzemesi, boyutu, konumu ve montaj çevresi birlikte etkilidir. Özellikle yalıtkanlarda dielektrik özellikler önem kazanır; su içeriği değişen ahşap veya granülün algılama davranışı da değişebilir. Katalogdaki nominal mesafe, belirtilen referans hedef ve test koşulları içindir. Bütün kapasitif sensörler için geçerli bir 4 cm üst sınırı yoktur. Gerçek çalışma mesafesi, seçilen modelin veri sayfası ve uygulama denemesiyle belirlenir.
Editörün notu: “2 mm'de algılamıyor ama 1 cm'de algılıyor” ifadesi, kapasitif sensörlerin genel çalışma kuralı değildir. Böyle bir sonuçta hedefin aktif yüzeye göre konumu, ayar, yakındaki metal ve bağlantılar kontrol edilmelidir. Farklı boyut veya malzemedeki iki hedefin tepkisi, yalnızca uzaklıklarına bakılarak karşılaştırılamaz. Önce aynı hedefle, aynı doğrultuda ve sabit ayarla test yapın.
Plastik tankın dışından sıvı seviyesi algılama
Uygun bir sensör, elektriksel olarak yalıtkan tank duvarının dışına yerleştirilerek içerideki sıvıyı algılayabilir. Ayar, boş tank duvarıyla dolu tankın oluşturduğu farkı ayırt etmelidir. Duvar kalınlığı, malzemesi, sıvı ve birikintiler sonucu etkiler. Bu yöntem, sıradan bir kapasitif sensörün metal tankın içini görebileceği anlamına gelmez.
Şemada sensör sabittir; sıvı algılama hizasına yükselince örnek NO çıkış etkinleşir. Başlat hareketi çalıştırır, Durdur başlangıç durumuna döndürür. Bu, tek noktada seviye tespitidir; tankın tamamındaki seviyeyi sürekli ölçmez. Şema ölçekli değildir ve belirli bir modelin tepki süresini göstermez.
Hassasiyet ayarı ve PLC bağlantısı
Potansiyometre veya teach-in işlevi bulunan modeller, gerçek hedef ve gerçek montaj koşullarıyla ayarlanmalıdır. Hassasiyeti gereğinden fazla artırmak nem, kir veya çevredeki nesnelere karşı istenmeyen anahtarlamayı kolaylaştırabilir. Histerezis, algılama ve bırakma eşiklerinin farklı olmasıdır; sınırda çıkışın sürekli değişmesini azaltır.
PNP ve NPN çıkışlar, alıcının giriş yapısıyla eşleşmelidir; NO/NC ise hedef algılandığında çıkışın hangi mantıkla çalışacağını belirtir. Bunlar aynı ayrım değildir. İki telli sensörlerin kaçak akımı ve gerilim düşümü de değerlendirilmelidir. PLC girişine bağlamadan önce modelin şeması, besleme aralığı ve çıkış yükü kontrol edilir; güç kaynağı buna göre seçilir. Daha yüksek yükler için gerekirse uygun arayüz rölesi kullanılır.
Anahtarlama ile hassas ölçümün ayrımı
Yaygın kapasitif yakınlık anahtarları var/yok bilgisi verir; çıkışlarından doğrudan milimetre değeri okunmaz. Kapasitif algılama ailesinde analog çıkışlı ve özel mesafe ölçümüne yönelik sistemler de bulunur. Bunların kalibrasyonu ve ölçüm aralığı, standart yakınlık anahtarlarına genellenemez. “Her kapasitif sensör 100 mikrometrede 1 V değiştirir” gibi sabit bir aktarım oranı doğru değildir.
Seçimde gövde çapı ve mesafe kadar montaj açıklıkları, anahtarlama frekansı ve ortam koşulları da incelenir. IP koruma sınıfı, sıcaklık ve kimyasal dayanım birlikte değerlendirilmelidir. Devreye almada sensör göstergesiyle alıcının giriş durumu karşılaştırılır; hedef varken ve yokken, üretimde beklenen kirlenme ve malzeme değişimleriyle tekrar denenir.
İlgili sensör konuları
Fotosel ile algılama; ultrasonik sensörler; fiber optik algılama; lazer sensörler; sensör çeşitleri; NAMUR sensör ve arayüz ayrımı.
Kontrol ve elektrik bağlantıları
PLC çalışma mantığı; uzak I/O bağlantıları; akıllı röle uygulamaları; endüstriyel güç kaynakları; rölelerin çalışma prensibi; IP koruma sınıfları.