Kapasitif Sensör Nedir?

Otomasyon sistemlerinde kullanım alanlarına göre bir çok sensör bulunmaktadır. Bu sensörlerden bir tanesi olan Kapasitif Sensörler, çevre şartlarından en az etkilenerek ve malzeme ayrımı yapmadan iletken ve iletken olmayan malzemelerin konumunu ve mesafesini  algılamak için kullanılan endüstriyel sensörlerdir. Yaklaşım (proximity) sensörleri olarak da piyasada adlandırılmaktadır.

Kapasitif sensörler elektrik alanın değişimi sonucu etkilenen kapasitans değişimi sonucu algılama yaparlar. Kapasitif sensörler hemen hemen her cismin varlığını veya yokluğunu algılayabilir. Bu nedenle endüstriyel otomasyonda yaygınlaşmıştır.

Kapasitif Sensörün Yapısı

Kapasitif sensörler sensör gövdesi, algılama yüzü, gösterge ışığı ve kablo bağlantı ucu olmak üzere dört ana parçaya sahiptir.

Kapasitif sensörlerin bir algılama aralığı bulunmaktadır. Bazı sensörlerde bu algılama aralığı ayarlanabilmektedir. Bundan dolayı sensörün üzerinde bir algılama vidası bulunur.

Kapasitif Sensörün Çalışma Prensibi

Kapasitif Sensörlerin iç yapısında aşağıdaki şekilde görüldüğü üzere 3 farklı elektronik devre bulunmaktadır. Bu elektronik devreler osilatör devresi, tetikleme devresi ve çıkış devresidir. Ayrıca sensörün algılama yüzünde iki algılayıcı elektrot bulunur.

Metal veya ametal cisim kapasitif sensörün algılama mesafesine girmediğinde osilatör devresi sabit bir frekansta sinyal üretir. Algılanacak cisim kapasitif sensörün algılama mesafesine girdiğinde algılayıcı elektrotlar arasında kapasite değişimi olur ve osilatör devresinin ürettiği sinyal frekansı değişir. Cisim kapasitif sensöre yaklaştığında osilatör frekansı ve sinyal genliği artar. Cisim sensöre en yakın olduğu zaman osilatör frekansı ve sinyal genliği maksimuma ulaşır. Cisim sensörden uzaklaştığında osilatör frekansı ve sinyal genliği azalır. Cisim kapasitif sensörün algılama mesafesinden çıktığında osilatör frekansı ilk haline döner. Osilatör devresi sinüsoidal bir dalga üretir üretilen bu dalga tetikleme devresinde kare dalgaya dönüştürülür ve bu kare dalga çıkış devresinde işlenir ve 24V DC sinyal elde edilir.

NOT: Kapasitif sensörde büyük ve yakın nesneler daha büyük akıma, küçük ve uzak nesneler ise daha küçük akıma neden olur.

Kapasitif Sensörlerin Yapısına Göre Bağlantıları

Kapasitif sensörler farklı giriş ve çıkış tiplerinde bulunabilmektedir. Endüstri dünyasında genel olarak 24V DC enerji girişi ile çalışan modeller kullanılsa da 240 V a kadar  AC enerji ile de çalışan modeller yok sayılmayacak kadar fazladır. Çıkış tiplerine baktığımızda aslında sadece 2 farklı çıkış tipi bulunmaktadır. Bunlar NO (Normally Open) ve NC (Normally Closed) tipidir.

Fakat DC enerji ile çalışan kapasitif sensörlerde, bu çıkış tipleri de PNP ve NPN olarak 2’ye ayrılmaktadır. Yani toplamda 4 farklı çıkış olarak değerlendirilebilir.  AC enerji ile çalışan kapasitif sensörlerde ise PNP ve NPN gibi bir ayrım yoktur.

Kapasitif DC Sensörler 24V DC besleme ile çalışmaktadır ve 3 adet bağlantı kablosu bulunmaktadır. Bu kabloların 2 tanesi besleme (kahverengi ve mavi ) ve 1 tanesi ise sensörün algılama sonrasında  çıkış veren (siyah) sinyal kablosudur. Kapasitif sensörlerin bağlantısı sensörün yapısına göre değişmektedir.

Örneğin: elimizde bulunan sensör PNP yapıda ise yukarıda bahsettiğimiz sinyal kablosunun çıkışından alacağımız voltaj gerilimi ( + ) empedansında olmaktadır. Eğer NPN bir sensör ise bu defa çıkış sinyalimiz (– ) empedansta olmaktadır. Burada sensörü seçerken dikkat edilmesi gereken nokta sensör çıkışında kullanılan malzemenin hangi ucundan besleme yapılacağıdır. Eğer kullanılacak olan malzeme (+) gerilim ile beslenecekse sensör yapısı PNP olmalıdır.

Kapasitif Sensörün Kullanım Alanları

Kapasitif sensörler endüstriyel otomasyon sistemlerinde metal olmayan cisimlerin konumlarının belirlenmesinde kullanılır. Algılanmak istenen cisim ister kağıt, ister ahşab bir malzeme, ister tanecik isterse sıvı olsun kapasitif sensörler ile bu cisimlerin algılanması veya konumlarının bilinmesi oldukça kolaydır. Örneğin hep aynı kalınlıkta olması istenen bir cismin kalınlık kontrolü kapasitif sensörler ile yapılabilir. Yine örnek vermek gerekirse dolum işlemi tamamlanan bir ambalajın üretim hatası olmadan tamamen dolu olup olmadığının kontrolü yine kapasitif sensörler ile mümkündür. Kısacası kapasitif sensörler gıda , otomativ, kimya gibi birçok sektörde kullanılmaktadır. Ayrıca kapasitif sensörler;

-Pozisyon ölçüm ve algılama

-Dinamik hareket

-Kalınlık ölçümü

-Dokunmatik algılama

-Sıvı seviyesi (dolum) algılama

-Hassas ölçüm

-Araç ve personel algılama

gibi birçok alanda kullanılmaktadır.