Stosowanie czujników w automatyce przemysłowej stanowi podstawę wielu procesów technologicznych. Dzięki nim możliwe jest między innymi kontrolowanie pracy urządzeń, wykrywanie obecności obiektów oraz określenie ich cech, takich jak pojemność, położenie czy przemieszczanie. Bezkontaktowe pomiary są rozwiązaniem, które sprawdza się przede wszystkim w procesach kontroli jakości oraz szeroko pojętych systemach produkcyjnych. Jednym z podstawowych rodzajów tego typu modułów są czujniki pojemnościowe.

W jaki sposób działa czujnik pojemnościowy?

Budowa czujnika opiera się na działaniu dwóch okrągłych metalowych płytek przewodzących (elektrod), które tworzą kondensator otwarty i umieszczone są w głowicy pomiarowej. Tworzy to tak zwaną strefę czułą. Oprócz tego w czujniku znajduje się system analizujący i przetwarzający mierzoną wielkość i przekazujący sygnał na kolejny element, jakim jest wzmacniacz. Ten ostatni dostosowuje poziom sygnału na potrzeby sterowania pozostałymi komponentami automatyki, do których należą np. wejścia sterowników lub przekaźniki. Powietrze, które otacza sensor, stanowi izolator i w momencie, gdy w strefie detekcji czujnika nie pojawia się żaden obiekt, pojemność układu jest niewielka. Możemy ją określić jako pojemność bazową. W momencie, gdy obiekt pojawi się we wspomnianej strefie, pole pomiarowe ulega zmianie. Czujnik pojemnościowy oscyluje, gdy zbliżający się przedmiot pojawi się w zasięgu jego działania. Zmiana ta powoduje reakcję i cały proces odnotowywany jest przez obwód czujnika. Działanie sensora wykorzystuje stałą dielektryczną, czyli przenikliwość elektryczną, która jest wyższa w przypadku ciał stałych i cieczy, a niższa w przypadku powietrza stanowiącego izolator. Dzięki temu czujka obecności może wykrywać obiekty niemetalowe, a pomiarów dokonywać można na materiałach, takich jak szkło, drewno, papier, tworzywa sztuczne lub materiały organiczne. Podkreślenia wymaga fakt, że im mniejsza jest przenikliwość elektryczna danego materiału, który ma być wykrywany, tym mniejsza odległość od czujnika powinna być zadana jako bazowa. Czujniki tego typu posiadają potencjometr, dzięki któremu możliwa jest ich regulacja mająca na celu dopasowanie działania sensora w taki sposób, by niwelować wpływ tła a wykryciu podlegał tylko interesujący nas obiekt.

Zastosowanie czujników pojemnościowych

Czujnik obecności tego rodzaju wykorzystywany jest najczęściej do wykrywania materiałów w stanie stałym lub ciekłym, a także substancji sproszkowanych. Dzięki niemu możliwe jest przykładowo ustalenie przekroczenia ich właściwej zawartości. Czujnik obecności stosowany jest więc bardzo często jako detektor poziomu cieczy. Oprócz tego przy jego pomocy możliwe jest wykrywanie obiektów, co czyni go przydatnym do kontrolowania obecności danego materiału w zbiornikach cienkościennych. Może też pełnić funkcję sensora wykrywającego poziom substancji w formie sypkiej oraz wszelkiego rodzaju granulatów. Sprawdzi się też jako czujnik zasypu i poziomu napełniania. Czujniki takie wykorzystywane są też w roli detektorów do bezdotykowej analizy zawartości opakowań i zliczania obiektów. Dzięki nim sprawdzimy między innymi obecność cieczy w butelkach. Warto pamiętać, że wykazują one dość dużą czułość. W związku z tym niezalecane jest ich stosowanie do pomiaru cieczy lepkich oraz substancji sypkich o wysokim poziomie higroskopijności, które mogłyby doprowadzić do oblepienia sensora. W konsekwencji tego wynik pomiaru mógłby zostać zafałszowany i wskazywać niemal pusty zbiornik, jako maksymalnie zapełniony.

Czujniki pojemnościowe do wykrywania obecności to bardzo ważny element współczesnych systemów automatyki. Niezależnie od roli, jaką mają odgrywać, przy ich doborze warto brać pod uwagę przede wszystkim prognozowane warunki pracy. Prawdopodobnie pozwoli to na wyeliminowanie potencjalnych błędów w pomiarach.