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Sensoretechnologie_Kapazitiv.png

Im Prinzip funktioniert der kapazitive Sensor wie ein offener Kondensator. Zwischen der Messelektrode und der GND-Elektrode wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Sollte ein Material mit einer Dielektrizitätszahl εr grösser als Luft in das elektrische Feld  eindringen, vergrössert sich je nach εr dieses Materials die Kapazität des Feldes.

Die Elektronik misst diese Kapazitätserhöhung, das erzeugte Signal wird in der nachfolgenden Signalaufbereitung ausgewertet und führt bei entsprechender Grösse zum Schalten des Ausgangs.

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Sensoren mit GND-Elektrode

Diese Sensoren können mit der aktiven Fläche bündig in ein Material eingebaut werden. Da sich bei diesen Sensoren das Messfeld von der Mess- zur integrierten GND-Elektrode ausbreitet, entsteht ein definiertes Messfeld. Sie eignen sich besonders zur Detektion von nicht leitenden Materialien wie z.B. Ölen, Glas, Holz oder Kunststoffen, können aber genauso gut leitende Medien detektieren. Um ein unerwünschtes Schalten bei Schmutzablagerungen und Feuchtigkeit auf der Sensorfläche zu verhindern, wurde eine Kompensationselektrode eingebracht, mithilfe derer unerwünschte Objekte ausgeblendet werden.

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Sensoren ohne GND-Elektrode

Diese Sensoren sind generell nicht bündig einbaubar. Die GND-Elektrode ist nicht integriert, sondern wird vom zu detektierenden Objekt dargestellt. Sensoren ohne GND-Elektrode zeichnen sich durch geringe Empfindlichkeit gegen Verschmutzung und Betauung aus und sind besonders für Füllstandsaufgaben geeignet. Um hohe Schaltabstände zu erreichen, sollte das zu detektierende Medium leitend und optimalerweise geerdet sein.

Dielektrizitätszahl

Kapazitive Sensoren detektieren sowohl leitende als auch nicht leitende Medien mit einer Dielektrizitätszahl εr > 1. Die Dielektrizitätszahl εr (auch Permittivitätszahl oder dielektrische Leitfähigkeit) eines Materials gibt an, wievielmal grösser die elektrische Flussdichte wird, wenn statt Vakuum (Luft) das entsprechende Material in das Messfeld eindringt.

Leitende Medien

Leitende Medien besitzen typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit von > 20 µS/cm. Sie können von allen Sensortypen, ob mit GND-Elektrode oder ohne, gut detektiert werden. Bei leitenden Medien spielt die Dielektrizitätszahl keine Rolle für den Schaltabstand. Der Schaltabstand wird durch die Grösse des Objektes und dessen Erdung beeinflusst.

Zu den leitenden Medien zählen: 

Nicht leitende Medien

Nicht leitende Medien besitzen typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit von < 20 µS/cm. Für diese Medien werden generell Sensoren mit GND-Elektrode empfohlen. Wird ein nicht leitendes Objekt in das Feld des Sensors gebracht, verstärkt sich das Feld in Abhängigkeit der Dielektrizitätszahl und der Grösse des zu erfassenden Materials und vergrössert damit die Kapazität des Messfeldes. Je tiefer εr ist, desto schwieriger ist das Medium zu detektieren. Generell kann man sagen, dass z.B. bei Kunststoffen mit εr = 3 der Realschaltabstand Sr etwa 50% des Nennschaltabstandes Sn entspricht.

RTEmagicC_DE_KAP_Dielektrizitaetszahl_Grafik_17_v2.gif

Zchn-1590.jpg

Schaltabstand in Abhängigkeit von εr


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