سنسور خازنی چیست؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: سنسورهای خازنی سنسورهای بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند که در مقابل فلزات و اغلب غیر فلزات عمل می‌نمایند. این سنسور‌ها برای کنترل سطوح در مخازنی که از مواد پودری، مایع و با دانه دانه پر شده اند مناسب می‌باشند. همچنین از آن‌ها می‌توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات برای شمارنده‌ها و آشکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.

 

عملکرد:

ساختمان اساسی این سنسور‌ها از چهار قسمت تشکیل شده است:

 

قسمت اساسی اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده است. وضعیت قرارگیری این قطعات فلزی نسبت به هم طوری است که باعث ایجاد یک ظرفیت خازنی می‌شود. هرگاه قطعه‌ای با ضریب الکتریکی E. به صفحه حساس نزدیک گردد باعث تغییر ظرفیت خازنی بین صفحات می‌شود. این تغییر ظرفیت خازنی باعث تغییر دامنه خروجی اسیلاتور می‌شود.
دمدولاتور دامنه اسیلاتور را آشکار می‌کند و این مقدار را با سطح مرجع مقایسه می‌نماید. هرگاه دامنه این مقدار از دامنه مرجع بیشتر باشد، خروجی سنسور تحریک می‌شود. آمپلی فایر خروجی وظیفه تامین جریان بار را به عهده دارد.


نمونه تصویری کاربرد این سنسور‌ها را در تصاویر زیر مشاهده می‌نمائید:

 

در اینجا به سه کاربرد دیگر این نوع سنسور‌ها اشاره‌ای می‌شود.

کنترل فاصله هد از سطح:

در سیستم کنترل یک هد که می‌بایست با فاصله معینی روی یک سطح با سرعت و دقت بالا در حرکت باشد، نیاز به یک سنسور با حساسیت و پهنای باند بالا می‌باشد که بتواند تغییرات موقعیت هد را به سرعت و با دقت حس کند.

یکی از انواع سنسورهایی که امروزه به طور متداول برای این کار مورد استفاده قرار می‌گیرند، سنسورهای خازنی می‌باشند که حساسیت و پهنای باند بالایی دارند. به عنوان مثال برای کنترل موقعیت یا فاصله هد هارد دیسک از سطح دیسک یا




هد روباتی که برای ساخت برد‌ها و وسایل ظریف الکترونیکی به کار می‌رود، از این نوع سنسور‌ها استفاده می‌شود.

در این کاربرد‌ها، یک سنسور را به هد متصل می‌کنند که با تغییر فاصله هد با سطح، ظرفیت خازنی سنسور تغییر می‌کند.

در واقع در اینجا probe به عنوان صفحه متغییر خازن به کار می‌رود. با تغییر موقعیت هد، probe نیز جابجا می‌شود و همین باعث تغییر ظرفیت خازن و تغییر ولتاژ خروجی سنسور می‌گردد. البته تصویر فوق زیاد گویا نیست و فقط شماتیک روش را بیان می‌کند.
سیستم وزن کردن در حرکت برای وسایل نقلیه:

روش متداول برای وزن کردن وسایل نقلیه، وزن کردن استاتیک می‌باشد که وسیله را روی یک ترازو (کرنش سنج متداول) متوقف می‌کنند؛ این روش دقت زیادی دارد، ولی وزن هر محور را نمی‌توان به طور مجزا تعیین نمود، همچنین در بعضی کاربرد‌ها مطلوب نیست که وسیله نقلیه را متوقف کرد.

این سیستم با نام WIM (Wiegh In Motion معرفی شده است. یک روش بری اندازه گیری وزن خودرو در حال حرکت، استفاده از سنسور خازنی است که البته با خازنهای معمولی تفاوت دارد.

 

این ساختار نسبت به تداخل الکترومغناطیسی حساسیت کمتری دارد.

این روش وزن کردن نسبت به روشهای قبلی خیلی سبک‌تر و راحت‌تر است و نیاز به توقف کامل وسیله نقلیه برای اندازه گیری وزن آن نیست.

در جدول زیر نتایج حاصل از آزمایش با سرعتهای مختلف را داریم.

 

در زیر نیز پاسخ سنسور به عبور یک وسیله نقلیه را می‌بینیم.

 

اندازه گیری ضخامت مواد عایق:

در این روش دو صفحه خازن ثابت هستند و دی الکتریک بین آن‌ها تغییر می‌کند. از آنجایی که تغییر ظرفیت، متناسب با تغییر ضخامت عایق بین صفحات است، از این روش می‌توان برای تعیین ضخامت مواد عایق استفاده کرد.


روش فوق فقط برای تعیین ضخامت یک ماده:



خاص به کار می‌رود و سنسور برای همان ماده کالیبره شده است.
در روش دیگر سنسور نسبت به تغییر جنس ماده عایق بین صفحات واکنش بیشتری نشان می‌دهد که این روش بیشتر برای کنترل کیفیت مواد ساخته شده به کار می‌رود

در نهایت با توجه به کاربردهای فوق، متداول‌ترین روش استفاده از سنسورهای خازنی، تغییر فاصله بین صفحات آن می‌باشد که بیشتر برای اندازه گیری نیرو، فشار یا هر تنش دیگری به کار می‌رود. روشهای دیگر بر اساس تغییر سطح مشترک صفحات خازن و یا ماده دی الکتریک بین صفحات به کار می‌روند.