سنسور خازنی (Capacitive Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور خازنی (Capacitive Sensor) :
سنسور خازنی یک سنسور مجاورتی است که برای تشخیص حضور انواع مواد (فلزی و غیرفلزی) بدون تماس فیزیکی استفاده می شود. این سنسورها بر اساس تغییر ظرفیت خازنی بین یک الکترود (صفحه سنسور) و یک جسم (یا تغییر در ثابت دی الکتریک محیط) کار می کنند. یک اسیلاتور الکترونیکی در داخل سنسور، یک میدان الکتریکی متناوب در جلوی صفحه سنسور ایجاد می کند. ظرفیت خازنی سنسور به عوامل زیر بستگی دارد:
\[ C = \epsilon_0 \epsilon_r \frac{A}{d} \].
وقتی یک جسم به صفحه سنسور نزدیک می شود، یکی از دو اتفاق می افتد:
اگر جسم رسانا باشد: مانند یک صفحه خازن دیگر عمل کرده و ظرفیت خازنی را افزایش می دهد (زیرا فاصله مؤثر کاهش می یابد).
اگر جسم دی الکتریک باشد (پلاستیک، چوب، شیشه، مایعات): ثابت دی الکتریک مؤثر (
\[ \epsilon_r \]) در ناحیه میدان افزایش می یابد که باعث افزایش ظرفیت خازنی می شود.
افزایش ظرفیت خازنی باعث تغییر در فرکانس یا دامنه نوسانات اسیلاتور می شود. مدار آشکارساز این تغییر را تشخیص داده و خروجی را فعال می کند. برخی سنسورهای خازنی دارای یک ترمینال تنظیم حساسیت هستند تا بتوان آنها را برای مواد مختلف تنظیم کرد.
\[ C = \epsilon_0 \epsilon_r \frac{A}{d} \quad \Rightarrow \quad \text{نزدیک شدن جسم} \Rightarrow C \uparrow \]مزایای سنسور خازنی:
قابلیت تشخیص انواع مواد (فلز، پلاستیک، چوب، شیشه، مایعات، پودرها).
غیرتماسی و طول عمر بالا.
امکان تشخیص از طریق دیواره های غیرفلزی (مثلا تشخیص سطح مایع درون ظرف پلاستیکی).
حساسیت بالا.
معایب: حساسیت به رطوبت و تغییرات دی الکتریک محیط، فاصله تشخیص محدود (معمولا کمتر از سنسورهای القایی)، و تحت تأثیر قرار گرفتن توسط اجسام مجاور (زمین).
کاربردها:
تشخیص سطح (Level sensing): تشخیص سطح مایعات یا پودرها در مخازن (از طریق دیواره یا تماس مستقیم).
تشخیص مواد: تشخیص حضور قطعات پلاستیکی یا شیشه ای در خطوط تولید.
صفحه نمایش لمسی (Touch screens): سنسورهای خازنی سطحی در تلفن های هوشمند و تبلت ها برای تشخیص لمس انگشت استفاده می شوند.
سنسور مجاورتی: در رباتیک و اتوماسیون.
رطوبت سنج: سنسورهای رطوبت خازنی از تغییر
\[ \epsilon_r \]در اثر جذب رطوبت استفاده می کنند.
سنسور فشار خازنی: قبلا توضیح داده شد.
سنسورهای خازنی به دلیل توانایی تشخیص مواد غیرفلزی، مکمل سنسورهای القایی در اتوماسیون صنعتی هستند و کاربردهای متنوعی دارند.
