Kapazitiver Näherungsschalter
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Einordnung: Automatisierungstechnik
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Ein kapazitiver Näherungsschalter ist ein Sensor, der berührungsfrei auf Annäherung eines leitenden oder nicht leitenden Gegenstandes - auch Flüssigkeiten -, d.h. ohne direkten Kontakt reagiert.
Herzstück dieses Sensors ist ein Kondensator, dessen Kapazität sich bei Annäherung des Gegenstandes vergrössert. Diese Änderung kann als Messgröße z.B. für den Abstand des Gegenstandes vom Sensor verwertet werden. Die Kapazität wird oft zwischen einer Messelektrode und einer elektrischen Masse gemessen. Die Masse kann durch eine Elektrode, durch das Sensorgehäuse oder die Umgebung gebildet werden.
In der Gleichung zur Berechnung des Plattenkondensators befinden sich drei Variable: Elektrodenflächen, Abstand der Elektroden und die Permittivität der Materie zwischen den Elektroden. Es ist möglich, die Kapazität durch diese Variablen zu beeinflussen. Im Vordergrund stehen hier der Abstand und die relative Permittivität, da der kapazitive Sensor auf den Abstand von Körpern reagieren soll. Nähert sich dem Sensor ein elektrisch leitfähiger Gegenstand (dieser bildet eine elektrische Masse, d.h. eine Gegenelektrode), so wird der Abstand verringert und somit die Kapazität größer. Nähert sich dem Sensor ein nicht leitfähiger Körper mit einer relativen Permittivität > 1 (z.B. Porzellan 5 bis 6,5), so wird die Kapazität ebenfalls größer, da dieser Gegenstand in das Feld zwischen Messelektrode und elektrischer Masse eintritt.
Der kapazitive Sensor eignet sich damit zur Erfassung fester Materialien und zur Erfassung von Flüssigkeiten wie z.B. Transformatorenöl (relative Permittivität = 2…2,5). Viele kapazitive Sensoren werden daher zur Füllstandsüberwachung eingesetzt.
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