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Sensor

Capteur de Proximité Capacitif

Calcule la capacité entre la plaque du capteur et la cible, et la sensibilité (pF/mm) pour la conception de capteur de proximité capacitif.

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Formule

C = ε₀εᵣA/d

ε₀— 8.854 × 10⁻¹² F/m (F/m)
εᵣ— Relative permittivity

Comment ça marche

Un capteur de proximité capacitif détecte la présence d'objets en mesurant la variation de capacité lorsqu'une cible s'approche ou entre en contact avec la plaque du capteur. La capacité entre deux plaques parallèles est C =) a/D, où (8,854 × 10¹² F/m) est la permittivité de l'espace libre, la permittivité relative du diélectrique entre les plaques, A est la surface de la plaque et d est la distance de séparation. La sensibilité (variation de capacité par variation de distance) est de dC/dd = −α/d², qui augmente à mesure que l'écart diminue : le capteur devient plus sensible à des distances plus courtes. Les capteurs capacitifs peuvent détecter des cibles métalliques et non métalliques ; la permittivité du milieu intermédiaire (air = 1, verre = 4—10, eau = 80) influence fortement la capacité. Les faibles capacités (1 à 100 pF) sont généralement mesurées à l'aide de circuits de décalage de fréquence d'oscillateur, d'amplificateur de charge ou de circuits d'excitation en courant alternatif à pont de Wheatstone. La plage de détection est généralement comprise entre 1 et 15 mm pour les capteurs industriels standard.

Exemple Résolu

Problème : Un capteur de proximité capacitif possède une surface de plaque de 2 cm² et doit détecter une cible à un intervalle de 3 mm dans l'air (). Calculez la capacité et la sensibilité. Solution : 1. Superficie : A = 2 cm² = 2 × 10⁄4 m² 2. Écart : d = 3 mm = 3 × 10⁄3 m 3. Capacité : C = (8,854 × 10 ¹ ² × 1 × 2 × 10)/(3 × 10 ³) = 5,90 × 10 ¹³ F = 0,59 pF 4. Sensibilité : DC/DD = (8,854 × 10¹² × 1 × 2 × 10¹)/(3 × 10 ³) ² = 0,197 pF/mm Résultat : La capacité du capteur est de 0,59 pF avec une sensibilité de 0,197 pF/mm à un écart de 3 mm.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez une conception d'électrode protégée (blindée) pour limiter le champ électrique à la face active et rejeter les interférences provenant des côtés et de l'arrière du capteur.
  • ✓Pour la détection du niveau de liquide, choisissez un capteur conçu pour la permittivité du liquide et assurez-vous que le montage permet au champ électrique de pénétrer dans la paroi du récipient.
  • ✓Réduisez la sensibilité à la température en utilisant une mesure différentielle (deux plaques avec des variations d'écartement opposées) plutôt qu'une seule mesure de capacité absolue.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer la contamination environnementale : de l'eau (= 80) ou de l'huile sur la face du capteur augmentent considérablement la capacité et peuvent provoquer un faux déclenchement ; utilisez des capteurs encastrés avec protection pour les environnements humides.
  • ✗Dépassement de la plage de détection linéaire : la capacité varie de 1/d, la sensibilité n'est donc pas linéaire ; sur les premiers millimètres près de la plaque, le capteur est très sensible et facilement saturé.
  • ✗Montage à proximité d'un métal (effet d'encastrement) : le matériel de montage conducteur situé dans les lignes de champ du capteur agit comme une cible ; suivez toujours la zone exempte de métal recommandée par le fabricant.

Foire Aux Questions

Les capteurs capacitifs détectent à la fois les matériaux conducteurs et non conducteurs s'ils ont une permittivité suffisamment différente de celle de l'arrière-plan. Les métaux sont facilement détectés (ils court-circuitent le champ). Les plastiques, le verre, le bois, les liquides et les matériaux granulaires sont également détectables si leur permittivité (> 1) déplace la capacité au-dessus du seuil de détection.
Les capteurs inductifs détectent uniquement les cibles conductrices (métalliques) en mesurant les pertes par courants de Foucault dans une bobine d'oscillateur. Les capteurs capacitifs détectent tout matériau dont la permittivité est différente de celle de l'air, y compris les cibles non métalliques. Les capteurs capacitifs ont une portée plus courte et sont plus sensibles à la contamination environnementale que les capteurs inductifs.
De nombreux capteurs capacitifs industriels sont dotés d'un potentiomètre ou d'un bouton d'apprentissage qui définit le seuil de déclenchement à une distance d'écart spécifique. Le capteur est positionné à la distance de détection souhaitée en présence de la cible, et l'apprentissage mémorise la capacité à ce point en tant que seuil d'activation.

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