Spis treści:
Pomimo umacniającej się pozycji czujników i mierników opartych na zasadzie działania lasera, na rynku wciąż znaczącą rolę odgrywają nieco starsze rozwiązania. Są one często niezbędne do prawidłowego funkcjonowania linii produkcyjnej, zapewnienia ciągłości procesów oraz prowadzenia skutecznej kontroli jakości. Jednymi z takich urządzeń są czujniki pojemnościowe, czyli elementy automatyki przemysłowej, które wykrywają każdy obiekt zbliżający się do ich aktywnej powierzchni roboczej. Brzmi ciekawie, tym bardziej że nie ma tu mowy o zjawiskach nadprzyrodzonych.
Budowa i działanie czujników pojemnościowych
Każdy czujnik pojemnościowy składa się z kilku kluczowych elementów działających jako jeden spójny zespół, który z powodzeniem można porównać do małej wersji linii produkcyjnej. Pierwszy z nich to kondensator w postaci okładki. Gdy dany obiekt zbliża się do czoła sensora, dokonywany jest pomiar pojemności pomiędzy dwoma okładzinami. Detektor wraz z kondensatorem stanowi jedną z nich. Drugą natomiast jest sam obiekt. Jeżeli obydwie okładziny zbliżą się do siebie wystarczająco blisko, to pojemność zmieni się na tyle, że fakt ten zostanie zarejestrowany przez obwód czujnika, a sygnał zacznie wywoływać drgania. Te są następnie podtrzymywane przez oscylator, czyli drugi element układu. Tak utrwalone wibracje wędrują w postaci wytworzonego napięcia do tzw. przerzutnika Schmitta. Jest to niewielki układ o specyficznej konstrukcji, potrafiący zmieniać stan na wyjściu, po przekroczeniu z góry ustalonego poziomu napięcia wejściowego. Jeżeli więc napięcie okaże się na tyle wysokie, że przekroczy wyznaczony poziom, to wzmacniacz intensyfikuje ten impuls, który następnie przekazywany jest do innych urządzeń automatyki, informujących o całym zdarzeniu.
Jak zatem widać podstawą detekcji jest zbliżenie się obiektu. W skrócie zasada wygląda prosto – jeśli przedmiot zbliży się do sensora, zostanie wykryty. Wszystko w zgodzie z prawami fizyki i elektrotechniki. Cały ten proces realizowany przez specjalistyczne czujniki pojemnościowe jest dodatkowo sterowany komputerowo, z użyciem odpowiedniego oprogramowania.
Zastosowanie pojemnościowych systemów detekcji
Detektory pojemnościowe są stosowane nie tylko do wykrywania metali (jak to najczęściej bywa w przypadku innych rodzajów czujek). Umożliwiają bowiem wykrywanie wielu różnorodnych materiałów, zarówno tych przewodzących, jak i nieprzewodzących prąd elektryczny. Mogą one występować w stanie stałym, ciekłym lub sproszkowanym, co czyni je bardzo uniwersalnymi urządzeniami. Tworzywami wykrywalnymi oprócz metalu będą, chociażby szkło, plastik, olej, woda, a nawet papier. Stąd też czujnik pojemnościowy z powodzeniem znajduje zastosowanie przy produkcji okien, tworzeniu zabawek z materiałów syntetycznych czy podczas butelkowania różnego rodzaju cieczy. Można spotkać je również w magazynach i sortowniach, gdzie wykorzystywane są do bezdotykowego rozpoznawania zawartości opakowań. Skutecznie radzą sobie też przy zliczaniu przedmiotów z bezbarwnych surowców oraz stwierdzaniu obecności lub braku płynu w butelce. Jak widać, zastosowanie czujników pojemnościowych jest więc bardzo szerokie i nie ogranicza się jedynie do kilku branż.
Mocne i słabe strony sensorów pojemnościowych
Jedną z podstawowych zalet takiego rozwiązania jest stosunkowo duża odporność przyrządów na zakłócenia elektromagnetyczne, szczególnie w porównaniu do innych rodzajów detektorów. Dzięki temu mogą one pracować w pobliżu innych urządzeń, bez obawy o przerwy w działaniu. Pozytywem jest również to, że działają one bez względu materiał wykonania obiektów, co stanowi o ich dużej funkcjonalności. Jednocześnie posiadają jednak wady i drobne mankamenty, które mogą negatywnie wpływać na ich pracę. Przede wszystkim są wysoce wrażliwe na właściwości dielektryka znajdującego się pomiędzy okładzinami. Dielektrykiem jest przykładowo powietrze, którego zbyt duża wilgotność lub zanieczyszczenie, mogą zakłócać wyniki pomiarów. Dodatkowo czujniki te występują zazwyczaj w egzemplarzach z niską maksymalną częstotliwością przełączania. Fakt ten utrudnia ich współpracę z nowoczesnymi aplikacjami, przez co niektóre procesy produkcyjne i kontrolne, mogą ulegać spowolnieniu.
Przedstawiony opis jasno wskazuje, że pomimo ery laserów, sprawdzone rozwiązania wciąż pełnią w przemyśle istotną funkcję. Pomimo kilku mankamentów, czujniki pojemnościowe są zasadniczo bardzo uniwersalne i wydajne.