سنسور سطح خازنی (Capacitive Level Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور سطح خازنی (Capacitive Level Sensor) :
سنسور سطح خازنی برای اندازه گیری سطح مایعات و جامدات دانه ای با استفاده از تغییر ظرفیت خازن طراحی شده است. این سنسورها می توانند هم به صورت نقطه ای (سوئیچ سطح) و هم به صورت پیوسته عمل کنند. اصل کار بر اساس تغییر ثابت دی الکتریک (
\[ \epsilon_r \]) محیط بین دو الکترود (یا یک الکترود و دیواره فلزی مخزن) با تغییر سطح ماده است. ظرفیت خازن از رابطه
\[ C = \epsilon_0 \epsilon_r \frac{A}{d} \]به دست می آید. در یک سنسور سطح خازنی، الکترودها معمولا به صورت یک میله (probe) که درون مخزن قرار می گیرد و دیواره مخزن (یا یک الکترود مرجع) هستند.
هنگامی که مخزن خالی است، محیط بین الکترودها هوا (یا گاز) با
\[ \epsilon_r \approx 1 \]است. با ورود ماده (مایع یا جامد) با
\[ \epsilon_r > 1 \]به ناحیه بین الکترودها، ظرفیت خازن افزایش می یابد. در حالت اندازه گیری پیوسته، یک پروب بلند در تمام ارتفاع مخزن نصب می شود. ظرفیت اندازه گیری شده مجموع ظرفیت قسمت های پوشیده شده با ماده و قسمت های خالی است و بنابراین با سطح ماده رابطه خطی (تقریبا) دارد. مدار الکترونیکی سنسور این تغییر ظرفیت را به سیگنال خروجی استاندارد (۴-۲۰ میلی آمپر یا دیجیتال) تبدیل می کند.
در کاربرد نقطه ای (سوئیچ سطح خازنی)، یک پروب کوتاه در ارتفاع مورد نظر (مثلا حد بالا) نصب می شود. وقتی ماده به پروب برسد، ظرفیت به شدت تغییر کرده و سوئیچ فعال می شود.
\[ C = C_{air} + C_{material} = \epsilon_0 \left[ (H - h) \frac{A}{d} + \epsilon_r h \frac{A}{d} \right] \propto h \]مزایا:
بدون قطعات متحرک (قابلیت اطمینان بالا).
مناسب برای مایعات و جامدات.
قابلیت اندازه گیری از طریق دیواره های غیرفلزی (مانند مخازن پلاستیکی) در برخی مدل ها.
قیمت نسبتا مناسب.
معایب:
وابستگی به ثابت دی الکتریک ماده (در صورت تغییر ماده یا دما، کالیبراسیون مجدد نیاز است).
چسبندگی ماده به پروب می تواند باعث خطا (خوانش کاذب) شود.
برای مایعات رسانا، باید پروب عایق کاری شود (insulated probe).
تحت تأثیر تغییرات رطوبت و ترکیب ماده قرار می گیرد.
کاربردها: اندازه گیری سطح مایعات (آب، اسیدها، روغن ها)، مواد پودری (سیمان، آرد، پلاستیک)، دانه های کشاورزی، و تشخیص سطح در مخازن کوچک و بزرگ.
