Kapazitive Sensoren

Bei kapazitiven Sensoren handelt es sich um berührungslose Schalter bzw. Messeinrichtungen, die leitende und nichtleitende Materialien wie Metalle, Holz, Kunststoffe, Flüssigkeiten, Pasten und Schüttgüter erfassen. Selbst Messungen durch nichtleitende Materialien lassen sich damit realisieren.

Zu den wichtigsten technischen Grundlagen gehört der integrierte hochfrequente Schwingkreis, der ein oszillierendes elektrisches Feld an der aktiven Sensorfläche erzeugt. Wenn sich dieser Fläche feste oder flüssige Stoffe nähern, verändert sich die Kapazität des integrierten Kondensators. Diese führt wiederum zu einer Verstärkung des Schwingkreises. Wird ein bestimmter Schwellenwert überschritten, kommt es zur Auslösung eines Schaltsignals.

Kapazitive Sensoren weisen eine Reihe von Vorteilen auf, mit denen sie sich für viele Einsatzbereiche eignen. Zunächst ist hier ihre Fähigkeit hervorzuheben, Materialien sogar durch Wände zu erfassen. Daneben sind vor allem folgende Aspekte relevant.

• Günstige Herstellung
• Geringe Größe und geringes Gewicht
• Hohe Empfindlichkeit
• Ausgeprägte Energieeffizienz
• Lange Lebensdauer

Kapazitive Sensoren von Dietz Sensortechnik kommen in verschiedensten Bereichen zum Einsatz. Profitieren auch Sie von unserer jahrelangen Erfahrung und finden Sie genau das richtige Modell für Ihren Bedarf.

Drucksensoren:

Bei kapazitiven Drucksensoren führt der Druck auf eine als Kondensatorplatte fungierende Membran dazu, dass sich die Kapazität des Kondensators ändert. Diese Änderung wird in ein Signal umgewandelt und weiterverarbeitet bzw. ausgewertet. Da sie sehr gering ausfällt, ist besonders empfindliche Verarbeitungstechnik erforderlich.

Abstandssensoren:

Beim kapazitiven Abstandssensor bzw. Näherungsschalter macht man sich den Umstand zunutze, dass die Kapazität eines Kondensators mit sinkendem Plattenabstand steigt. Die Platten bestehen in diesem Fall aus dem kapazitivem Abstandssensor und der beweglichen Gegenfläche. Abstandssensoren nutzt man zum Beispiel bei der Überwachung von Seil-Lagen in Seilbahnen, bei Spaltsensoren und bei Rastertunnelmikroskopen.

Weitere Anwendungsbereiche:

• Näherungsschalter
• Füllstandsensor
• Beschleunigungssensor
• Wegsensor
• Winkelsensor

Kapazitive Sensoren gibt es in verschiedensten Ausführungen, weshalb bei der Auswahl einige Dinge beachtet werden sollten.

Der Schaltabstand:

Der Schaltabstand hat einen maßgeblichen Einfluss darauf, in welchen Einsatzgebieten ein kapazitiver Sensor genutzt werden kann. Er ist definiert als der Abstand zwischen der Fläche des Sensors und dem überwachten Gegenstand. Beim kapazitiven Sensor ist der Schaltabstand von der Sensorfläche und der Dielektrizitätskonstante des jeweiligen Materials abhängig. Da die Dielektrizitätskonstante von Wasser hoch ist, hat der Feuchtigkeitsgehalt des Mediums einen entsprechend großen Einfluss.

Damit die Sensoren korrekt arbeiten und sich nicht gegenseitig beeinflussen, sind bestimmte Abstände einzuhalten. Bei seitlichem Einbau beträgt die Distanz mindestens das Doppelte des Sensordurchmessers. Auf der sicheren Seite ist man mit Abständen in einer Größenordnung vom Achtfachen des Sensordurchmessers. Bei gegenüberliegenden Sensoren sollte der Mindestabstand dem Achtfachen des Nennschaltabstands entsprechen.

Das Gehäuse:

Vom Gehäuse hängt es ab, in welchen Bereichen der Sensor eingesetzt werden kann. Besonders in Gebieten mit Extremklima sind robuste Materialkombinationen wie Edelstahl und PTFE notwendig. Sie verkraften Temperaturen von bis zu 125 °C und widerstehen auch Chemikalien. In diesem Zusammenhang ist auch auf die Schutzart zu achten, die angibt, wie gut der Sensor gegen Spritzwasser und eindringende Fremdkörper geschützt ist. Für die Reinigung mit Hochdruckgeräten sind beispielsweise Sensoren mit der Schutzart IP68/69 geeignet.

Die Präzision:

Kapazitive Sensoren weisen eine Genauigkeit von ca. 3 % auf. Hochpräzise Referenzfühler kommen auf bis zu 1 %. In diesem Zusammenhang ist auch die Langzeitstabilität zu berücksichtigen. Sie gibt an, um wie viel Prozent die Genauigkeit pro Jahr abnimmt.

Rufen Sie uns gerne an

An der Vielfalt verschiedener Sensortypen wird deutlich, dass es kein Universalmodell geben kann, das sämtliche Anwendungsfälle abdeckt. In jedem Bereich gibt es individuelle Anforderungen. Um das richtige Modell für Ihr Anwendungsgebiet zu finden, wenden Sie sich jetzt an Dietz Sensortechnik. Gern beraten wir Sie umfassend und finden die richtigen Sensoren für Sie.

Kapazitive Sensoren bieten grundsätzlich eine sehr hohe Genauigkeit und darüber hinaus eine universelle Funktionalität. Aufgrund dieser Eigenschaften kommen kapazitive Näherungsschalter in fast allen Industriezweigen zum Einsatz. Sie erfüllen verschiedenste Aufgaben in sehr unterschiedlichen Produktionsbereichen. Dazu gehören zum Beispiel die Dickenmessung oder die Positionsmessung ebenso wie die Kontrolle von Füllständen.

Das Funktionsprinzip eines kapazitiven Sensors ist das eines offenen Kondensators. Zwischen Elektroden wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Wenn dann ein Material in das elektrische Feld eindringt, das eine höhere Dielektrizitätszahl hat als die Luft, so vergrößert sich die Kapazität des Feldes. Die Präzisionselektronik misst diese Erhöhung der Kapazität. Ein Signal wird erzeugt und im Zuge der Signalaufbereitung genau ausgewertet. Dieser Vorgang führt dann zum Schalten des Ausgangs.

Leitende Materialien haben normalerweise eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 20 µS / cm. Deshalb können sie von allen kapazitiven Näherungsschaltern sehr gut erkannt werden. Das heißt, dass die Dielektrizitätszahl (siehe unten) keine Rolle für den Schaltabstand spielt. Der Schaltabstand hängt von der Größe des Objektes und dessen Erdung ab.

Nicht leitende Materialien haben in der Regel eine elektrische Leitfähigkeit von unter 20 µS / cm. Wenn ein nicht leitendes Objekt in das Feld eines Sensors gebracht wird, dann verstärkt sich das Feld. Diese Verstärkung hängt ab von der Dielektrizitätszahl und der Größe des zu detektierenden Materials. Je tiefer die elektrische Leitfähigkeit ist, desto schwieriger ist es, das Medium tatsächlich zu detektieren.

Kapazitive Sensoren können leitende und nicht-leitende Medien mit einer Dielektrizitätszahl größer als eins detektieren. Diese Dielektrizitätszahl wird mitunter auch dielektrische Leitfähigkeit oder Permittivitätszahl bezeichnet. Ihr Wert gibt an, wievielmal größer die elektrische Flussdichte wird, wenn das entsprechende Material in das Messfeld eindringt.

Kapazitive Sensoren sind in runder Form oder in Quaderform erhältlich. Die Abmessungen reichen von wenigen Millimetern bis zu über zehn Zentimetern Länge. Bei der Auswahl spielt unter anderem die geplante Montage eine entscheidende Bedeutung, ebenso der Einsatz. So lassen sich runde Sensoren zum Beispiel mit einem speziellen Sensoren-Halter fixieren. Andere Modelle können auch angeklebt werden. Einige Sensoren sind für eine Nutzung als Start- oder Stopp-Taster ausgelegt, die per Handbewegung ausgelöst werden. Die können dann zum Beispiel mittels Symbolscheiben ihrer Bedeutung zugeordnet werden.

Grundsätzlich sind die Gehäuse für kapazitive Sensoren in den gleichen Materialien wie die der induktiven Sensoren erhältlich: Gehäuse aus Messing und Kunststoff werden zum Beispiel im Bereich Maschinenbau verwendet. Rostfreier Edelstahl kommt als Material vorrangig in der Nahrungsmittelindustrie und in der Chemieindustrie zum Einsatz. Das gilt auch für Teflon, wobei letzteres vor allem dort gefragt ist, wo eine große Widerstandskraft gegen Säuren, Laugen, aggressive Öle und ähnliches notwendig ist.

Ja. Mittels Potentiometer können Sie den Schaltabstand stufenlos einstellen. Er berücksichtigt keine Abweichungen aufgrund äußerer Bedingungen wie Temperatur, Spannung oder Feuchtigkeit. Auch Fertigungstoleranzen spielen keine Rolle.

Grundsätzlich haben Sie die Wahl zwischen Steckanschlüssen und Geräten mit Kabel. Bei den Steckanschlüssen handelt es sich in der Regel um drei-, vier- oder sechs-polige Standard-Stecker.

Generell kommen die Standards PNP und NPN zum Einsatz. PNP ist in europäischen Ländern gebräuchlich, NPN hingegen im asiatischen Raum. Der Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass der Schaltdraht bei PNP-Schaltungen „Plus“ ist, aber bei NPN „Null“.

Es gibt bündige und nicht bündige Schalter. Erstere schließen flach ab mit der umliegenden Oberfläche. Aber nicht bündige benötigen einen Freiraum seitlich der aktiven Fläche, um störungsfrei funktionieren zu können.