Fatti interessanti su sensori capacitivi e interruttori di prossimità

• Cosa sono i sensori capacitivi e quali sono le applicazioni?

• Come funzionano i sensori capacitivi?

• Quali specifiche devo osservare durante l'acquisto?

• La giusta distanza di commutazione: Sensibilità e costante dielettrica

• Conclusioni

 

Cosa sono i sensori capacitivi e quali sono le applicazioni?

Un sensore capacitivo o un interruttore di prossimità capacitivo attiva un segnale binario senza contatto meccanico già vicino ad un oggetto.
La particolarità del sensore capacitivo è inoltre che non solo riconosce materiali conduttori come i metalli, ma tutte le sostanze con una maggiore dielettrico rispetto all'aria. Tra questi rientrano, ad esempio, acqua, plastica, vetro e persino pelle umana.

Grazie alla massima precisione con funzionalità universale, un sensore capacitivo può svolgere un'ampia gamma di attività in quasi tutti i settori industriali, come la misurazione dello spessore, la misurazione della posizione o anche i controlli di livello.

Un grande vantaggio dell'interruttore di prossimità capacitivo è che l'attivazione non meccanica esclude l'accensione a contatto e simili fenomeni di usura. I produttori indicano quindi una durata fino a 50 milioni di cicli.

 

Come funzionano i sensori capacitivi?

Un interruttore di prossimità capacitivo si basa sul principio di un condensatore elettrico. In poche parole, due elettrodi, l'elettrodo di misura e l'elettrodo schermato, le due piastre del condensatore. In questo modo si crea un campo elettrico su un lato del sensore, la cosiddetta superficie attiva. Non appena un oggetto entra in questo campo, cambia la capacità del condensatore. Questo viene rilevato da un demodulatore a valle e convertito in un segnale analogico.

A differenza degli interruttori di prossimità induttivi, i sensori capacitivi funzionano anche con sostanze non conduttive con costanti di dielettrico maggiori rispetto all'aria (quasi tutti i solidi e i liquidi). Anche in questo caso, l'inserimento del materiale nel campo elettrico garantisce un aumento della capacità del condensatore.

 

Quali specifiche devo osservare durante l'acquisto?

Il collegamento

Qui è possibile scegliere tra dispositivi con cavo o con connettori a spina (principalmente connettori standard a 3, 4 e 6 poli M12 o M8). Questi ultimi vengono collegati tramite collegamenti a spina.

L'uscita

PNP o NPN? Lo standard europeo è PNP, il NPN asiatico. La differenza: Per i circuiti PNP "Plus" è il filo di commutazione, per i circuiti NPN è "zero".

La maneggevolezza

È inoltre possibile distinguere tra interruttori a filo e non a filo. I sensori di prossimità a filo si chiudono in modo piatto con la superficie circostante, mentre per un funzionamento senza interferenze è necessario uno spazio libero sul lato della superficie attiva.

Il tipo di contatto

Se un interruttore di prossimità capacitivo è stato riconosciuto come "NA", quando viene attivato si chiude un circuito, quindi lo si collega. Un "dispositivo di apertura" fa l'opposto e separa un circuito esistente. Il "commutatore" garantisce sempre un cambiamento dello stato attuale.

La struttura e le dimensioni

I sensori di prossimità capacitivi sono disponibili in forma rotonda (M12, M18, M22, M30) o in forma quadrata e con dimensioni di pochi millimetri o più di 10 centimetri di lunghezza. Tra le altre cose, il montaggio è fondamentale. Ad esempio, i sensori rotondi possono essere fissati tramite il supporto del sensore, mentre altri possono anche essere incollati. Si deve tenere conto anche dell'uso previsto. Questi sensori sono, ad esempio, progettati appositamente per l'utilizzo come pulsante di avvio/arresto a scatto manuale e possono essere assegnati al loro significato utilizzando dischi di simboli.

In generale, tuttavia, la scelta è la seguente: Un sensore più grande significa una maggiore distanza di commutazione.

 

La giusta distanza di commutazione: Sensibilità e costante dielettrica

Una delle considerazioni più importanti per l'acquisto è la distanza di commutazione richiesta, cioè la distanza alla quale la misura dovrebbe portare ad un intervento. In generale, gli interruttori di prossimità capacitivi offrono distanze notevolmente inferiori rispetto ai sensori induttivi fino a circa 40 millimetri.

A proposito: Come il fattore di riduzione dei materiali metallici negli interruttori di prossimità induttivi, anche la distanza di commutazione cambia con la controparte capacitiva a seconda della natura dell'oggetto di innesco.

Con gli interruttori di prossimità capacitivi, la larghezza di banda è ancora più grande, in quanto il sensore rileva sostanze molto diverse. In generale, una maggiore costante di dielettrica relativa garantisce una maggiore capacità elettrica e quindi un'attivazione più rapida dell'interruttore. Inoltre, una variazione della temperatura o dell'umidità dell'aria nell'ambiente dell'interruttore può influenzare la distanza necessaria.

La nostra buona pratica: Calibrazione di interruttori di prossimità

Gli interruttori di prossimità dispongono generalmente dell'opzione di calibrazione con un potenziometro, a causa delle molteplici possibilità di utilizzo. Pertanto, è importante ricordarsi di regolare la distanza di commutazione corretta dopo il montaggio nella posizione prevista.

Costante dielettrica di materiali comuni

Materiali	Costante dielettrica relativa
Aria	1
Carta	1,2 - 4,0
Olio	2,2 - 2,4
Gomma	2,5 - 3,0
PVC	3
epossidico;	3,2 - 3,9
Plexiglas	3,0 - 4,0
Porcellana	4,5 - 6,5
Vetro	5,0 - 7,0
Acqua distillata	80,8

 

Conclusioni

I sensori capacitivi offrono la possibilità di misurare distanze o livelli di riempimento, possono essere attivati con la mano come pulsanti di avvio/arresto senza contatto e aiutano anche nel posizionamento degli utensili, indipendentemente dal fatto che le sostanze da rilevare siano conduttive o meno. Un tuttofare quindi indispensabile di quasi tutti i processi operativi e viene utilizzato in modo entusiasmante e corretto per un periodo di tempo molto lungo.