Capacitive Proximity Sensor digunakan untuk mengukur posisi, perpindahan, atau kedekatan objek. Mereka umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi kontrol pabrik manufaktur. Sensor ini dapat diterapkan untuk memeriksa dan memantau produk dan alat, mengontrol sistem mesin, dan memposisikan bagian yang bergerak. Sensor jarak, yang mengukur perpindahan dan gerakan sudut atau linier, juga sering digunakan sebagai sensor keselamatan dan untuk mengatur kontrol operasional dalam pencetakan, pengemasan, pencetakan, serta bidang pemrosesan makanan dan bahan kimia. Perangkat ini mampu mendeteksi dan melacak kedekatan objek ke batas yang telah ditentukan tanpa menyentuh objek secara fisik. Dengan demikian perangkat ini disebut sebagai sensor non-kontak.
Capacitive Proximity Sensor memiliki fungsi yang mirip dengan sensor induktif tetapi memiliki spesifikasi desain dan parameter operasi tertentu yang unik. Mereka mengandalkan prinsip kapasitansi untuk mendeteksi objek kecil dan dapat menangani bahan konduktif (logam) dan non-logam, termasuk permukaan mekanis yang belum disiapkan dan barang yang bergerak di sepanjang konveyor. Gaya paket biasa berbentuk silinder kecil dengan elektroda dan kabel di ujungnya. Keluaran sensor jarak kapasitif biasanya ditransmisikan sebagai penutupan kontak atau pulsa yang diaktifkan saat objek mencapai ambang jarak tertentu.
Baca Juga : Prinsip Kerja Mechanical Vibration Switch
Prinsip Kerja Capacitive Proximity Sensor
Sensor kedekatan kapasitif bergantung pada kemampuan objek untuk menahan muatan listrik meskipun objek tidak konduktif. Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan yang dapat disimpan di bawah penerapan tegangan yang diberikan. Sensor beroperasi dengan mencatat perubahan kapasitansi yang terjadi ketika sebuah objek (biasanya disebut “target”) mendekati sensor.
Kapasitor tipikal terdiri dari dua pelat yang dipisahkan oleh isolator, juga dikenal sebagai dielektrik. Dielektrik isolasi dapat dari berbagai jenis bahan, termasuk keramik, kertas, plastik, atau bahkan udara. Di dalam sensor jarak kapasitif terdapat satu pelat kapasitor – target berfungsi sebagai pelat lainnya. Celah udara antara sensor dan target berfungsi sebagai dielektrik. Pelat yang ada di dalam sensor dihubungkan ke rangkaian osilator yang digunakan untuk menghasilkan medan elektrostatik.
Dengan tidak adanya target, rangkaian osilator tidak memicu. Saat target mendekati sensor, amplitudo osilasi meningkat, saat sensor mendeteksi target, hal itu menyebabkan perubahan jumlah muatan yang dapat disimpan pada pelat internal, yang mengubah nilai kapasitansi tersebut. Setelah osilasi melebihi ambang batas, pemicu diatur yang menghasilkan sinyal keluaran dari sensor yang menunjukkan bahwa target telah mendekati dalam rentang aktivasi yang ditetapkan. Kemampuan untuk menyimpan muatan bergantung pada jarak antara kedua pelat ini, yang dapat disesuaikan untuk menetapkan rentang aktivasi tertentu.
Dalam sensor jarak, satu pelat berfungsi sebagai sakelar, yang lain berfungsi sebagai target deteksi, dan permukaan sensor adalah isolator. Level arus berkurang seiring bertambahnya jarak, yang merupakan kebalikan dari parameter sensor induktif. Banyak sensor memiliki sekrup atau penyesuaian yang dapat mengatur sensitivitas perangkat yang dapat berguna untuk mendeteksi kontainer penuh versus kosong, misalnya.
Baca Juga : Definsi, Prinsip Kerja, dan Aplikasi Inductive Proximity Senso
Desain Capacitive Proximity Sensor
Sama seperti sensor induktif, sensor kedekatan kapasitif umumnya terdiri dari empat kelompok komponen: sensor, rangkaian osilator, rangkaian detektor, dan rangkaian output keadaan padat. Meskipun komponen ini dapat disusun dalam beberapa konfigurasi berbeda, format silinder adalah yang paling umum. Ini terdiri dari dua elektroda konsentris yang melekat pada permukaan ujung silinder dan dua cincin logam konsentris pada permukaan penginderaan aktif, dengan output dinyatakan sebagai tegangan, penutupan kontak, atau sinyal analog. Ketika sebuah objek mendekati sensor, kopling elektroda meningkat, memicu rangkaian osilator.
Osilasi didaftarkan pada rangkaian detektor, yang mengaktifkan rangkaian solid-state untuk menghasilkan keluaran sesuai dengan tingkat amplitudo. Objek konduktif berukuran serupa biasanya terdeteksi pada rentang yang sama, sedangkan rentang deteksi untuk objek isolasi bergantung pada konstanta dielektrik. Konstanta dielektrik mengukur berapa banyak energi listrik yang dapat disimpan oleh suatu bahan. Sensor yang lebih kuat akan menggunakan bahan dengan konstanta dielektrik tinggi untuk merasakan objek target, meskipun area pelat dan ruang antar elektroda juga meningkatkan kekuatannya.
Baca Juga : Cara Menentukan Pressure Gauge
Fitur Utama Sensor Kapasitif
Untuk sensor kedekatan kapasitif dan induktif, histeresis merupakan karakteristik operasi yang penting. Histeresis ditentukan oleh perbedaan antara permukaan penginderaan dan jarak deteksi target, serta jarak penginderaan dan jarak pelepasan target. Ciri-ciri ini menentukan garis penggambaran antara deteksi objek dan non-deteksi. Namun terlepas dari kemiripannya dengan sensor induktif, sensor kapasitif memiliki sejumlah fitur berbeda, termasuk:
- Kemampuan untuk mendeteksi benda bukan logam.
- Kemampuan untuk mendeteksi benda ringan kecil yang tidak dapat diambil oleh sakelar batas mekanis.
- Output solid-state yang tidak memantulkan sinyal kontaknya.
- Tingkat peralihan tinggi yang memberikan reaksi cepat dalam aplikasi penghitungan objek.
- Kemampuan untuk mendeteksi target cair melalui penghalang tertentu.
- Umur operasional yang panjang.
Meskipun sensor proximity kapasitif berguna untuk berbagai aplikasi, mereka dapat dipengaruhi secara negatif oleh peningkatan tingkat kelembaban dan kelembaban. Selain itu, bidang penginderaan mereka harus relatif luas untuk memberikan deteksi yang efektif.
Rentang Penginderaan Kapasitif
Sensor jarak kapasitif biasanya memiliki jarak penginderaan yang lebih besar daripada rekan induktifnya, dan biasanya berada di antara 5 dan 40 milimeter. Jangkauan deteksi bergantung pada diameter pelat, karena sensor kapasitif mengukur celah dielektrik. Banyak sensor jarak kapasitif dilengkapi dengan kontrol penyesuaian sensitivitas untuk jarak penginderaan, yang memungkinkan mereka untuk mengkompensasi objek target dan kondisi aplikasi.
Baca Juga : Prinsip Kerja, Keunggulan, dan Kekurangan Jenis Limit Switch
Spesifikasi Utama
Sensor jarak kapasitif biasanya ditentukan berdasarkan spesifikasi dan parameter utama yang ditunjukkan di bawah ini. Spesifikasi akan bervariasi menurut pabrikan, dan pemasok mungkin menggunakan spesifikasi yang agak berbeda untuk menjelaskan penawaran produk mereka. Informasi yang diberikan di bawah ini adalah untuk referensi umum dan harus memungkinkan pembuat spesifikasi untuk mempersiapkan diskusi lebih lanjut dengan pemasok yang berpusat pada kebutuhan aplikasi.
Jarak penginderaan – memberikan indikasi jangkauan perangkat yang akan mendeteksi target.
Jenis atau gaya pemasangan – menjelaskan metode yang digunakan sensor untuk dipasang di lingkungan pengoperasiannya. Contoh jenis gaya pemasangan termasuk dipasang di braket, dipasang rata, dipasang di kabel, dipasang di panel, dipasang di colokan, atau disekrup. Gaya berulir mencakup konfigurasi utas M5, M8, M12, M18, M20, dan M30.
- Konfigurasi keluaran – menunjukkan opsi keluaran sensor. Pilihan umum yang tersedia termasuk Biasanya Tertutup (NC), Biasanya Terbuka (NO), I2C, arus analog, tegangan analog, NPN, PNP, atau SCR (Lihat juga Terminologi dan Definisi di bawah).
- Bahan bodi – menjelaskan bahan yang digunakan untuk membentuk bodi sensor, yang mungkin termasuk polimer seperti ABS, PVC, PA, PTFE, atau logam seperti aluminium, kuningan, kuningan berlapis nikel, baja tahan karat, atau cetakan seng. Pemeran.
- Tegangan pasokan – menunjukkan tegangan operasi untuk perangkat dan apakah pasokan input arus bolak-balik atau searah.
- Kisaran suhu pengoperasian – memberikan nilai suhu minimum dan maksimum yang telah dinilai oleh sensor.
- Gaya tubuh – menunjukkan jenis casing tempat sensor ditempatkan. Gaya bodi yang tersedia secara umum termasuk silinder berulir, gaya keping, dan SMD (perangkat yang dipasang di permukaan).
- Gaya terminal – menunjukkan jenis koneksi terminal pada sensor untuk daya input dan sinyal output. Terminal sekrup, port USB, ujung kabel, atau kabel penghubung adalah contoh opsi.
Kode Ingress Protection (IP) – juga dikenal sebagai peringkat perlindungan internasional, kode ini adalah kode dua digit setelah huruf IP dengan mengikuti huruf opsional. Sistem kode dirancang untuk mencerminkan tingkat perlindungan yang diberikan oleh kemasan mekanis atau selungkup listrik ke perangkat terhadap intrusi lingkungan dari benda padat dan cairan, termasuk kontak yang tidak disengaja oleh personel. Digit pertama menandakan proteksi terhadap benda padat sedangkan digit kedua menandakan proteksi terhadap cairan. Digit yang lebih tinggi dalam setiap kasus menandakan tingkat perlindungan yang lebih besar. Tabel di bawah menunjukkan nomor IP dan deskripsi tingkat perlindungan yang terkait dengan setiap kode unik.
Baca Juga : Prinsip Kerja Capacitance Level Switch
Terminologi dan Definisi
Berikut ini adalah ringkasan terminologi dan definisi yang relevan terkait dengan sensor kedekatan kapasitif.
- Normally Open (NO) – sebuah sensor yang keadaan keluarannya adalah sirkuit terbuka ketika tidak ada target dalam rentang penginderaan dan tertutup ketika target terdeteksi.
- Normally Closed (NC) – sebuah sensor yang outputnya tertutup memungkinkan aliran arus ketika tidak ada target dalam rentang penginderaan yang beralih ke keadaan terbuka ketika target terdeteksi.
- Output NPN – juga disebut sebagai arus-tenggelam atau tenggelam output, adalah salah satu di mana penginderaan target memicu peralihan tegangan umum atau negatif ke beban sehingga arus mengalir dari beban melalui output ke ground ketika sakelar keluaran aktif.
- Keluaran PNP – juga dikenal sebagai sumber arus atau keluaran sumber, adalah salah satu di mana penginderaan target menghasilkan aliran arus melalui keluaran perangkat, melalui beban ke ground saat keluaran sakelar aktif.
- Jarak penginderaan (jarak operasi) Sn – didefinisikan sebagai jarak maksimum dari sensor ke sepotong besi persegi dengan ketebalan 1 mm yang sisi-sisinya sejajar dengan permukaan sensor yang akan mengakibatkan sensor memicu deteksi.
- Pengulangan – mewakili variabilitas dalam pengukuran yang diamati dari penginderaan atau jarak operasi yang dibuat selama periode 8 jam dengan suhu operasi antara 15oC dan 30oC dan dengan deviasi tegangan suplai ≤ 5%.
- Histeresis – ukuran jarak antara titik di mana sensor memicu deteksi target pada pendekatannya dan titik di mana sensor mati saat target mundur.
Baca Juga : Apa itu Sistem Pengukuran Gas?
Aplikasi Capacitive Proximity Sensor
Aplikasi sensor kapasitif telah tersebar di berbagai rentang. Sensor kapasitif memiliki aplikasinya di bidang dinamis tinggi. Anda dapat melihat pusat aplikasi kami untuk mengetahui lebih banyak konten terkait produk lainnya.
Mereka memiliki resolusi tinggi dan ketahanan tinggi terhadap suhu 200 derajat Celcius. Sensor kapasitif juga digunakan untuk mengukur jarak pada suhu rendah sebagai sistem referensi untuk sensor jarak lainnya.
Salah satu aplikasi khas lainnya dari sensor kapasitif adalah:
- Pengujian toleransi dan produksi massal
- Pengukuran getaran
- Pengukuran regangan
- Pengukuran ketebalan
- Kontrol ketebalan foil logam yang sangat tipis
- Pengukuran ketebalan foil plastik selama produksinya
- Beveling dan bending wafer dalam produksi semikonduktor
Beberapa Aplikasi Sensor Kedekatan Kapasitif diberikan secara rinci di bawah ini.
Capacitive Proximity Sensor Dalam Pengukuran Pada Turbin Atau Mesin
Berbicara tentang Turbin, gaya sentrifugal yang ada pada bilah turbin mengarah ke perpanjangan bilah serta desain dan konstruksi turbin.
Tidak ada jenis ketidakseimbangan yang harus muncul-perpanjangan bilah, yang memperoleh kemampuan untuk membuat sistem tidak seimbang. Sensor kapasitif dapat mendeteksi perubahan dalam rentang nanometer, dan kemudian memastikan penyediaan data penting untuk analisis FEM.
Aplikasi Sensor Kapasitif Lainnya
Berbicara tentang layar sentuh kapasitif, mereka lebih responsif daripada layar sentuh resistif. Karena layar sentuh resistif bereaksi terhadap objek apa pun, tidak ada kapasitansi yang terlibat, dan kurang akurat. Namun, melalui penggunaan kapasitansi projektif, kami dapat meningkatkan akurasi layar sentuh karena menghasilkan pembentukan grid triangulasi yang ada di sekitar titik sentuh,
Sensor kapasitif bersama memastikan untuk memberikan gambar dua dimensi dari perubahan yang terjadi di medan listrik. Melalui gambar ini, berbagai macam aplikasi telah diajukan, seperti autentikasi pengguna, estimasi orientasi jari yang menyentuh layar, dan perbedaan antara telapak tangan dan jari. Semua menjadi mungkin melalui penggunaan sensor kapasitif. Karena sensor kapasitif digunakan, gambar kapasitif tidak terlihat oleh lapisan aplikasi.
Baca Juga : Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Kelebihan Ultrasonic Proximity Sensor
Keuntungan dari Capacitive Proximity Sensor
- Deteksi tanpa kontak
- Beragam bahan dapat dideteksi
- Mampu mendeteksi objek melalui dinding non-logam dengan pita sensitivitasnya yang lebar
- Sangat cocok digunakan di lingkungan industri
- Berisi potensiometer yang memungkinkan pengguna untuk mengatur sensitivitas sensor, sehingga hanya objek yang diinginkan saja yang dapat dideteksi
- Tidak ada bagian yang bergerak, memastikan masa pakai yang lebih lama
Baca Juga : Prinsip Kerja, Kelebihan, dan Aplikasi Optical Proximity Sensors
Kekurangan dari Capacitive Proximity Sensor
Kisaran relatif rendah, meskipun peningkatan bertahap dari sensor induktif
Harga lebih tinggi dibandingkan dengan sensor induktif
Penggunaan teknologi penginderaan kapasitif dalam teknologi penginderaan lain seperti:
- Aliran/Flow
- Tekanan/Pressure
- Tingkat Cairan/Liquid Level
- Jarak/Spacing
- Ketebalan/Thickness
- Mendeteksi Es
- sudut poros atau posisi linier/shaft angle or linear position
- Sakelar redup/Dimmer switches
- Sakelar Kunci/Key Switches
- x-y tablet
- akselerometer
Baca Juga : Klasifikasi Sensor dan Transduser
Capacitive Sensors vs. Inductive Sensors
Sensor induktif dan kapasitif mendeteksi objek melalui metode yang serupa, tetapi sementara sensor kapasitif dapat mendeteksi material apa pun, termasuk melalui objek non logam seperti dinding tangki, sensor induktif hanya dapat mendeteksi logam. Kelemahan dari sensor kapasitif adalah meskipun mereka mendeteksi semuanya, mereka kurang akurat dan lebih lambat; mereka harus ditempatkan dengan hati-hati untuk menghindari alarm palsu. Sensor induktif, meskipun memiliki jarak penginderaan yang lebih kecil, adalah pilihan yang lebih baik jika objek yang ingin dideteksi memiliki logam di dalamnya, dan sensor tersebut mendeteksi objek lebih cepat.
Sementara kedua jenis sensor mendeteksi objek melalui osilasi medan magnet, sensor induktif akan mendeteksi sesuatu yang mengganggu osilasinya, sedangkan sensor kapasitif mulai berosilasi saat objek muncul di medannya. Ini karena sensor induktif menghasilkan medan magnet melalui inti ferit dengan kumparan, dan sensor kapasitif menggunakan dua pelat konduksi untuk bertindak seperti kapasitor terbuka, dengan udara di antaranya bertindak sebagai isolator. Ketika sesuatu melewati antara pelat eksternal dan internal, itu meningkatkan kapasitansi.
Baca Juga : Jenis dan Aplikasi Proximity Sensor
Kesimpulan
Artikel ini menyajikan informasi tentang sensor jarak kapasitif, termasuk apa itu, prinsip pengoperasian, fitur, dan spesifikasi utama. Semoga artikel ini akan membantu Anda memahami prinsip kerja Capacitive Proximity Sensor lengkap.
Sumber : www.thomasnet.com
