Sensor de Proximidad Capacitivo
Calcula la capacitancia entre la placa del sensor y el objetivo, y la sensibilidad (pF/mm) para diseño de sensor de proximidad capacitivo.
Fórmula
C = ε₀εᵣA/d
Cómo Funciona
Un sensor de proximidad capacitivo detecta la presencia de objetos midiendo el cambio en la capacitancia cuando un objetivo se acerca o entra en contacto con la placa del sensor. La capacitancia entre dos placas paralelas es C = a/d, donde π = 8,854 × 10～²² f/M es la permitividad del espacio libre, μes la permitividad relativa del dieléctrico entre las placas, A es el área de la placa y d es la distancia de separación. La sensibilidad (cambio de capacitancia por cambio de distancia) es dc/dD = −a/d², que aumenta a medida que disminuye el espacio; el sensor se vuelve más sensible a distancias más cortas. Los sensores capacitivos pueden detectar objetivos metálicos y no metálicos; la permitividad del medio intermedio (aire = 1, vidrio = 4 a 10, agua = 80) influye considerablemente en la capacitancia. Las pequeñas capacitancias (de 1 a 100 pF) se miden normalmente mediante circuitos de excitación de corriente alterna con oscilador, amplificador de carga o puente de Wheatstone. El rango de detección suele ser de 1 a 15 mm para los sensores industriales estándar.
Ejemplo Resuelto
Problema: un sensor de proximidad capacitivo tiene un área de placa de 2 cm² y necesita detectar un objetivo con un espacio de 3 mm en el aire (μ= 1). Calcule la capacitancia y la sensibilidad. Solución: 1. Superficie: A = 2 cm² = 2 × 10-5.4 m² 2. Separación: d = 3 mm = 3 × 10-7.³ m 3. Capacitancia: C = (8.854×10～²² × 1 × 2×10-7.4)/(3×10⁻³) = 5.90 × 10-7.¹ F = 0.59 pF 4. Sensibilidad: dc/DD = a/d² = (8,854 × 10～²² × 1 × 2 × 10-4)/(3 × 10____³) ² = 0,197 pF/mm Resultado: la capacitancia del sensor es de 0,59 pF con una sensibilidad de 0,197 pF/mm con un espacio de 3 mm.
Consejos Prácticos
- ✓Utilice un diseño de electrodo protegido (blindado) para restringir el campo eléctrico a la cara activa y rechazar las interferencias de los lados y la parte posterior del sensor.
- ✓Para la detección del nivel de líquido, elija un sensor que tenga en cuenta la permitividad del líquido y asegúrese de que el montaje permita que el campo eléctrico penetre en la pared del recipiente.
- ✓Reduzca la sensibilidad a la temperatura mediante el uso de una medición diferencial (dos placas con cambios de separación opuestos) en lugar de una única medición de capacitancia absoluta.
Errores Comunes
- ✗Ignore la contaminación ambiental: el agua (μ= 80) o el aceite en la superficie del sensor aumentan drásticamente la capacitancia y pueden provocar una falsa activación; utilice sensores empotrados con protección para entornos húmedos.
- ✗Al superar el rango de detección lineal, la capacitancia varía en 1/d, por lo que la sensibilidad no es lineal; durante los primeros milímetros cerca de la placa, el sensor es muy sensible y se satura fácilmente.
- ✗Montaje junto al metal (efecto de incrustación): el hardware de montaje conductivo dentro de las líneas de campo del sensor actúa como un objetivo; siga siempre la zona libre de metales recomendada por el fabricante.
Preguntas Frecuentes
¿Qué materiales pueden detectar los sensores de proximidad capacitivos?
Los sensores capacitivos detectan materiales conductores y no conductores si tienen una permitividad suficientemente diferente a la del fondo. Los metales se detectan fácilmente (provocan un cortocircuito en el campo). Los plásticos, el vidrio, la madera, los líquidos y los materiales granulares también son detectables si su permitividad (μ> 1) desplaza la capacitancia por encima del umbral de detección.
¿En qué se diferencia la detección capacitiva de la detección inductiva?
Los sensores inductivos detectan solo objetivos conductivos (metálicos) midiendo las pérdidas por corrientes parásitas en una bobina osciladora. Los sensores capacitivos detectan cualquier material con una permitividad diferente a la del aire, incluidos los objetivos no metálicos. Los sensores capacitivos tienen un alcance más corto y son más sensibles a la contaminación ambiental que los sensores inductivos.
¿Qué es la enseñanza a distancia de detección?
Muchos sensores capacitivos industriales tienen un potenciómetro o botón de entrada que establece el umbral de activación a una distancia de separación específica. El sensor se coloca a la distancia de detección deseada con el objetivo presente, y Teach-in almacena la capacitancia en ese punto como umbral de activación.
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