Teoría de sensorescapacitivos

– Sin contacto– Libres de desgaste– Sin efectos de retroacción– Señal de salida sin rebotes– Indicador de funcionamiento

LED– Detección de prácticamente

cualquier material– Detección de objetos a través

de determinados materialesno metálicos

Un condensador ... en su forma tradicional secompone de dos placas deelectrodo y un dieléctrico, unmedio no conductivo, obien, sólo de conductibilidaddébil.

La capacidad C = εεεεε (A/d)es determinada por la super-ficie A, la distancia d, y laconstante dieléctricaε ε ε ε ε = (εεεεε0 × εεεεεr).ε indica la propiedad

dieléctrica de este medio.

ε0 es la constante dieléctricaabsoluta del vacío.

εr es la constantedieléctrica, una constantedel material (dependientede la densidad).

trodo intermedio” Z adicionalplegado, de buena conducti-bilidad, de grosor D → 0.Una tensión aplicada generaun campo eléctrico entre A1

y A2. Éste induce en el elec-trodo Z el potencial U/2.Como consecuencia de ello,el “electrodo intermedio”asume la función de otraplaca de condensador. Deeste modo, el condensadorqueda dividido tanto geo-métrica como eléctricamenteen dos condensadores co-nectados en serie.

Si se desensamblan estoscondensadores parciales, lasplacas A1 y A2 se encuentranuna junto a otra en un mis-mo plano y el “electrodo in-termedio” Z en un segundoplano a la distancia d/2.Así se obtiene un condensa-dor “abierto”.

Los campos están orienta-dos en sentido opuesto enlas mitades de condensador.

... y su efecto se explicanmediante una deducciónpaso a paso de su formageométrica. Los campos dedispersión en los bordes deplacas no deben tenerse encuenta.En el centro, entre dos pla-cas circulares A1 y A2 de uncondensator, se encuentra auna distancia d/2 un “elec-

El electrodo de sensor

En sensores capacitivos ... este condensador “abierto”se emplea como elementosensor. La placa A2 está, sinembargo, concebida para lasimetría del campo eléctricocomo un electrodo en anilloconcéntrico respecto a A1

(carcasa), y el “electrodo in-termedio” es el “elemento deaccionamiento”. La “superfi-cie activa” de este elementosensor corresponde al elec-trodo en anillo A2.

Por tanto, el valor de capaci-dad C como función de ladistancia disminuye de for-ma hiperbólica (con 1/d).

La fórmula de capacidadtambién sigue siendo válida– con las premisas definidasanteriormente – para estageometría de condensador.

Los materiales noconductivos

... (plásticos, vidrio y tambiénlíquidos) pueden ser detec-tados por sensores capaciti-vos si εr es muy superior a ε0;las consideraciones realiza-das hasta ahora se basabanen que para las líneas decampo el recorrido de me-nor resistencia pasa por el

elemento de accionamiento.Si ahora falta el elemento deaccionamiento (d → ∞;εr = 1, C → 0) las líneas dis-curren en forma de arco delelectrodo central al electro-do en anillo. El recorrido demenor resistencia estádeterminado por el efecto de

rechazo de las líneas decampo de idéntico sentido.De este modo, los arcos y susdistancias van aumentandocada vez más hacia fuera.

Dado que la distancia asig-nada de actuación sn se re-fiere a una placa de mediciónnormalizada puesta a tierra deFe 360, deben corregirse lasdistancias de actuación paraotros materiales.Los factores de correcciónpara materiales típicos figu-ran en la siguiente tabla:

Si un elemento de acciona-miento eléctrico no conduc-tivo penetra en el campo desensor, la capacidad varíaproporcionalmente a εr y a laprofundidad de penetración,o bien, a la distancia respec-to a la “superficie activa”. Sinembargo, nunca es superiora en los metales.

Condiciones de aplicacióny factores de corrección

Definiciones, principio del sensor,dependencia del material

Elemento de accionamiento

Superficie activa

Sensorescapacitivos

Material Factor de correcciónMetales 1,0Madera 0,2...0,7Vidrio 0,5Agua 1,0PVC 0,6Aceite 0,1

Los grupos funcionales

Superficie activa

Placa de mediciónnormalizada

Distancia de actuaciónútil su

Distancia de actuaciónasegurada sa

Ventajas

Ejemplos de aplicación

Diagnóstico de funciona-miento

... de un detector de proxi-midad capacitivo son lossiguientes:

Campo yelectrodode sensor

Oscilador Demodulador Disparador Amplificadorde salida

espacio de aire. Está deter-minada principalmente por lasuperficie básica de lacubierta protectora y corres-ponde a aproximadamentela superficie del electrodo desensor externo.

... es la zona a través de lacual el campo de sensor dealta frecuencia penetra en el

“Superficie activa”

Cam

po d

e se

nsor

Pla

ca d

e m

edi-

ción

nor

mal

izad

a

... es una placa cuadradapuesta a tierra de Fe 360(ISO 630), con la cual secalculan las distancias deactuación s segúnEN 60947-5-2.

El grosor es de d = 1 mm; yla longitud de lado a corres-ponde:– Al diámetro del círculo

inscrito de la “superficieactiva”

– 3 sn si el valor es superioral diámetro mencionado.

– Funcionamiento sin con-tacto

– Construcción robusta– Insensibles a anomalías

Vigilancias de nivel de llena-do en caso de:– Líquidos– Sustancias pulverizadas y

granuladas

Detección y cómputo de pie-zas de los siguientes mate-riales:– Metales– Plásticos– Vidrio

Descripción defuncionamiento

Los detectores de proximi-dad con diagnóstico de fun-cionamiento permiten una vi-gilancia prácticamente com-pleta de todas las funcionesde sensor, incluidos los ca-bles de conexión.

Por ello, Balluff ofrece elaparato de diagnóstico defuncionamientoBES 113-FD-1, que puedemontarse fácilmente en uncontrol.

El aparato y su funciona-miento se describen en lapágina 1.5.19.

Comparación de materialesen dieléctricos sólidos.

Sensorescapacitivos

... es la distancia de actua-ción admisible de un detec-tor de proximidad concretodentro de los márgenes de

tensión y de temperaturaindicados(0,72 sn ≤ su ≤ 1,325 sn).

... es la distancia de actua-ción a la cual queda garanti-zado un servicio aseguradodel detector de proximidad

con un margen de tensión yde temperatura determinado(0 ≤ sa ≤ 0,72 sn).

Sup

erfic

ieac

tiva

su

sa

72 % 0 %100 %

132 %

nortécnica Calle 103 (ex Heredia) Nº 638 (B1672BKD), Villa Lynch, Gral. San Martín, Pcia. de Bs. As. Argentina