۱۴۰۳-۰۸-۰۷

16 دقیقه

فهرست مطالب

سنسور خازنی چیست؟

ساختار سنسور خازنی

اصول عملکرد سنسور خازنی

فرمول سنسور خازنی

نحوه محاسبه فاصله عملکرد یک سنسور خازنی

انواع سنسورهای خازنی

سنسور خازنی مینیاتوری
سنسور خازنی استوانه‌ای
سنسور خازنی دما بالا
سنسور خازنی آنالوگ
مدار سنسور خازنی

مقایسه سنسور خازنی و سنسور القایی

رابط سنسور خازنی با آردوینو

پین‌های MPR121

ویژگی‌های سنسور خازنی

مزایا و معایب سنسور خازنی

کاربردهای سنسور خازنی

کاربردهای سنسور خازنی در صنعت

سنسور خازنی ساده سال‌هاست که برای تشخیص اجسام غیرفلزی در محدوده معمولاً کمتر از 1 سانتی‌متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور کلی، سنسور خازنی (Capacitive Sensor) یکی از انواع سنسورهای مجاورتی است که برای تشخیص اجسام مجاور از طریق اثر میدان الکتریکی آن‌ها که از طریق سنسور ایجاد می‌شود، به کار می‌رود. این نوع سنسور شباهت‌هایی با رادار در توانایی آن‌ برای حس کردن مواد رسانا از طریق مواد عایق مانند پلاستیک یا چوب دارد. البته، تفاوت‌های سنسور خازنی در مقایسه با رادار قابل توجه است. سنسورهای خازنی کوچک‌تر، ساده‌تر، ارزان‌تر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند. در این مطلب، با سنسور خازنی و عملکرد و کاربردهای آن آشنا می‌شویم.

سنسور خازنی چیست؟

سنسور خازنی یک قطعه الکترونیکی است که برای تشخیص اهدافی مانند مایعات یا جامدات بدون تماس فیزیکی استفاده می‌شود. برای شناسایی این اهداف، سنسور خازنی یک میدان الکتریکی از انتهای سنسور تولید می‌کند و هر هدفی که بتواند این میدان الکتریکی را قطع کند از طریق این سنسور قابل شناسایی است.

مواد جامدی مانند کاغذ، پلاستیک، شیشه، پارچه و چوب که توسط سنسور خازنی قابل تشخیص هستند. همچنین، از مایعاتی که توسط سنسور خازنی قابل تشخیص هستند می‌توان به روغن، رنگ، آب و غیره اشاره کرد.

تصویر ۱: سنسور خازنی

ساختار سنسور خازنی

سنسورهای خازنی یکی از پرکاربردترین سنسورها در صنعت و تکنولوژی هستند که برای تشخیص تغییرات محیطی مانند نزدیکی، رطوبت، و سطح مواد استفاده می‌شوند. ساختار پایه‌ای یک سنسور خازنی شامل دو صفحه رسانا است که با یک دی‌الکتریک (ماده عایق) از هم جدا شده‌اند. این ساختار یک خازن ساده را تشکیل می‌دهد که ظرفیت الکتریکی آن بر اساس فاصله بین صفحات، سطح صفحات و خصوصیات دی‌الکتریک تغییر می‌کند. این تغییرات در ظرفیت خازنی به‌عنوان سیگنال ورودی توسط مدارهای الکترونیکی حسگر تفسیر می‌شود.

برای افزایش حساسیت و دقت سنسور، طراحی صفحات و ماده دی‌الکتریک بهینه‌سازی می‌شود. به‌عنوان‌مثال، در بسیاری از سنسورهای خازنی، از صفحات فلزی یا مواد رسانای انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود تا امکان انطباق با شرایط مختلف فراهم شود. ماده دی‌الکتریک می‌تواند هوا، گازهای خاص یا حتی مواد جامد و مایع باشد، بسته به اینکه کاربرد سنسور چیست. در برخی موارد، سنسورهای خازنی از یک صفحه به‌عنوان الکترود حساس و یک سطح مرجع مانند بدنه دستگاه استفاده می‌کنند که این امر امکان استفاده در کاربردهای کوچک و پیچیده را فراهم می‌کند.

در نهایت، سنسور خازنی معمولاً با یک مدار الکترونیکی همراه است که تغییرات ظرفیت را به سیگنال‌های الکتریکی قابل‌اندازه‌گیری تبدیل می‌کند. این سیگنال‌ها می‌توانند برای تشخیص حضور اجسام، اندازه‌گیری فاصله، یا حتی تعیین ترکیب مواد استفاده شوند. ساختار ساده و انعطاف‌پذیر این نوع سنسورها، همراه با هزینه تولید نسبتاً پایین، آن‌ها را به ابزاری ایده‌آل برای کاربردهای مختلف از دستگاه‌های لمسی گرفته تا حسگرهای صنعتی تبدیل کرده است.

اصول عملکرد سنسور خازنی

سنسور خازنی مانند یک خازن معمولی کار می‌کند. در این سنسور، یک صفحه فلزی در صفحه سنسور به صورت الکتریکی به یک مدار نوسانگر متصل می‌شود و هدف شناسایی شده می‌تواند به عنوان صفحه دیگر خازن عمل کند. برعکسِ یک سنسور القایی که یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند، سنسور خازنی یک میدان الکترواستاتیک ایجاد می‌کند.

تصویر ۲: تولید میدان الکترواستاتیک

بلوک دیاگرام سنسور خازنی در شکل زیر نشان داده شده است. نمودار خازنی در بالا نشان داده شده است. این سنسور شامل یک نوسان‌ساز فرکانس بالا با سطح حسگر است که از دو الکترود فلزی تشکیل می‌شود. هنگامی که یک جسم به سطح حسگر نزدیک می‌شود، در میدان الکترواستاتیک الکترودها حرکت می‌کند و ظرفیت اسیلاتور را تغییر می‌دهد.

تصویر ۳: عملکرد سنسور خازنی

در نتیجه، مدار نوسان‌گر شروع به نوسان می‌کند و شرایط خروجی سنسور را پس از رسیدن به دامنه خاصی تغییر می‌دهد. هنگامی که هدف از سنسور خازنی دور شد، دامنه نوسانگر کاهش می‌یابد و سنسور خازنی به موقعیت اصلی خود باز می‌گردد.

محدوده تشخیص معمولی این سنسور حدوداً 1 اینچ یا 25 میلی‌متر است، در حالی که محدوده برخی از سنسورها به 2 اینچ نیز می‌رسد.

سنسورهای خازنی ثابت دی الکتریک بالای یک جسم را به سادگی تشخیص می‌دهند. این امر تشخیص مواد در ظروف غیرفلزی را امکان‌پذیر می‌کند، زیرا ثابت دی الکتریک مایع در مقایسه با ظرف بسیار بالاتر است. بنابراین، این قابلیت سنسور را برای مشاهده در سراسر ظرف و تشخیص مایع فراهم می‌کند. برای عملکرد بهتر، سنسورها باید در شرایطی با دما و رطوبت کاملاً ثابت استفاده شوند.

فرمول سنسور خازنی

همان‌طور که گفتیم، سنسور خازنی قطعه‌ای است که برای سنجش خازنی استفاده می‌شود. عملکرد این سنسور عمدتاً بر اساس اصل تزویج یا کوپلاژ خازنی است. سنسور به سادگی می‌تواند عوامل مختلفی مانند حرکت، ترکیب شیمیایی، جابه‌جایی و میدان الکتریکی را شناسایی و اندازه‌گیری کند و به طور غیرمستقیم بسیاری از متغیرهای دیگر را که می‌توانند به ثابت دی الکتریک یا حرکت مانند شتاب، فشار، ترکیب سیال و سطح سیال تبدیل شوند، تشخیص دهد.

یک سنسور خازنی شامل دو صفحه فلزی است که با فاصله “d” و مساحت “A” از هم جدا می‌شوند. بنابراین، ظرفیت “C” بین دو پایانه را می‌توان با عبارت زیر به دست آورد.

C = ε0*εr*A/h

که در آن، “C” ظرفیت خازنی برحسب فارادی، “εr” ثابت دی الکتریک نسبی عایق، “ε0” ثابت دی الکتریک برای فضای آزاد، “A” مساحت روی هم افتاده دو صفحه و “h” عرض شکاف بین دو صفحه است.

نحوه محاسبه فاصله عملکرد یک سنسور خازنی

فاصله عملکرد سنسور خازنی به میزان تغییر ظرفیت خازنی بین الکترودهای سنسور و جسم هدف بستگی دارد. برای محاسبه این فاصله، ابتدا باید ویژگی‌های فیزیکی و الکتریکی سیستم را شناسایی کرد. ظرفیت خازنی یک سنسور به‌وسیله فرمول زیر تعیین می‌شود:

که در این فرمول:

𝐶 ظرفیت خازنی (بر حسب فاراد) است،

ε𝑟 ثابت دی‌الکتریک ماده بین صفحات (بدون واحد)،

ε0 ثابت دی‌الکتریک خلا،

سنسور خازنی

𝐴 مساحت مؤثر صفحات (بر حسب مترمربع)

𝑑 فاصله بین صفحات یا جسم هدف و الکترود (بر حسب متر) است.

تأثیر ماده دی‌الکتریک و ابعاد جسم

در محاسبه فاصله عملکرد، ثابت دی‌الکتریک ماده هدف و محیط اطراف نقش کلیدی ایفا می‌کند. اگر جسمی که قرار است تشخیص داده شود دارای ثابت دی‌الکتریک بالایی باشد، ظرفیت خازنی در فاصله بیشتری تغییر خواهد کرد و در نتیجه سنسور می‌تواند از فاصله دورتری آن را شناسایی کند. همچنین، مساحت جسم هدف و نحوه قرارگیری آن نسبت به الکترود سنسور بر حساسیت و فاصله عملکرد تأثیر مستقیم دارد. برای مثال، اجسام بزرگ‌تر یا نزدیک‌تر، تغییرات بیشتری در ظرفیت ایجاد می‌کنند.

تنظیم و کالیبراسیون سنسور

برای محاسبه دقیق فاصله عملکرد، سنسور خازنی معمولاً نیاز به کالیبراسیون دارد. در این فرایند، دستگاه ابتدا در شرایط بدون جسم (ظرفیت اولیه) و سپس در حضور جسم هدف (ظرفیت نهایی) اندازه‌گیری می‌شود. مدارهای الکترونیکی سنسور معمولاً قادر به شناسایی تغییرات کوچک در ظرفیت هستند و این تغییرات را به یک سیگنال ولتاژ یا جریان قابل‌اندازه‌گیری تبدیل می‌کنند. فاصله عملکرد نهایی توسط سیگنال خروجی، باتوجه‌به حساسیت سنسور و خصوصیات محیطی، تخمین زده می‌شود. برای محیط‌های مختلف (مانند رطوبت بالا یا دماهای متغیر)، ممکن است تنظیمات خاصی برای دقت بیشتر لازم باشد.

انواع سنسورهای خازنی

سنسورهای خازنی تشخیص هدف را به صورت غیرتماسی انجام می دهند. این سنسورها نه تنها وجود یا عدم وجود یک هدف را تشخیص می‌دهند، می‌توانند فشار، جریان، فاصله، سطح مایع و غیره را نیز تشخیص دهند. از این قابلیت می‌توان به سادگی برای مواد مختلف در صنایع مختلف استفاده کرد. سنسورهای خازنی انواع مختلفی دارند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

سنسور خازنی مینیاتوری

این نوع سنسور خازنی به صورت ویفری یا استوانه‌ای موجود است و می‌توان از آن در فشرده‌ترین مکان‌ها استفاده کرد. این سنسورها عمدتاً برای نظارت و کنترل، فرایندهای ماشینی و آشکارسازهایی که برای شمارش استفاده می‌شوند، به کار می‌روند. برای ارائه بهترین تناسب در جاگیری در فضاهای تنگ، لازم است سرهای سنسور کوچک را به یک تقویت‌کننده خارجی متصل کرد. با وجود این، تقویت‌کننده خارجی، می‌توان توسط پتانسیومتر حساسیت را تنظیم کرد.

تصویر ۴: سنسور خازنی مینیاتوری

سنسور خازنی استوانه‌ای

سنسورهای خازنی استوانه‌ای در مقایسه با سنسورهای نوع مینیاتوری که از ∅6.5 – M12 و M12 – M30 متغیر است، بزرگ‌تر هستند. این سنسورها عمدتاً شامل فاصله قابل تنظیم، محدوده قطر محفظه و گزینه‌های نصب فلاش و غیرفلاش هستند. سنسور خازنی استوانه‌ای عمدتاً تشخیص سطح یا تشخیص مجاورت بدون تماس را مستقیماً در سراسر دیواره ظرف انجام می‌دهد.

تصویر ۵: سنسور خازنی استوانه‌ای

سنسور خازنی دما بالا

از سنسورهای خازنی با دمای بالا در جایی که سر سنسور در معرض دماهای بالا قرار دارد استفاده می‌شود. این سنسورها می‌توانند حتی در تماس مستقیم از طریق مواد و دماهای بالا برای تشخیص سطوح دمای مایعات و کالاهای حجیم حتی در شدیدترین شرایط کار کنند.

تصویر ۶: سنسور خازنی دما بالا

سنسور خازنی آنالوگ

سنسور خازنی آنالوگ مانند سنسورهای خازنی معمولی کار می‌کند، اگرچه بسته به نحوه استفاده از آن، مزیت‌هایی نسبت به سنسور خازنی رایج دارد. به عنوان مثال، این سنسورها برای انتخاب مواد، نظارت بر اختلاف ضخامت و غلظت در مقایسه با سایر کاربردها بسیار عالی هستند.

تصویر ۷: سنسور خازنی آنالوگ

مدار سنسور خازنی

مدار سنسور خازنی با برق شبکه در زیر نشان داده شده است. این مدار را می‌توان با قطعات الکترونیکی مانند سنسور خازنی، مقاومت‌های R1= 220K و R2 = 47K و R3=1K و دیود D1=TIC106M 600V 5A SCR و هر لامپ نئون کوچک LP1، لامپ 230 ولت LP2 و بازر 230 ولت BZ1 (اختیاری) و شبکه برق اصلی PL1 ساخت.

این مدار به عنوان یک سنسور خازنی با حساسیت بالا عمل می‌کند. هنگامی که بخشی از بدن انسان به سنسور نزدیک شود، بازرها (زنگ‌ها) و لامپ‌ها در نیمی از منبع ولتاژ اصلی عمل می‌کنند. از این مدار می‌توان به عنوان جایگزینی برای مدار آلارم در یا مدار سنسور خازنی استفاده کرد.

تصویر ۸: مدار سنسور خازنی

هنگامی که از این مدار به عنوان زنگ هشدار یا آلارم در استفاده شود، اگر کسی دستگیره در را از بیرون لمس کند، زنگ یا لامپ‌ها فعال می‌شوند. زنگ و لامپ به خودی خود غیرفعال نمی‌شود و تنها وقتی این اتفاق خواهد افتاد که دستگیره در رها شود.

کنترل حساسیت گسترده “R2” امکان استفاده از مدار را بر روی انواع مختلف درها، دستگیره‌ها و قفل‌ها فراهم می‌کند. این مدار حتی زمانی که بخشی از قفل با دیوار تماس پیدا می‌کند، سازگاری مناسبی دارد، اما عملکرد آن برای درهای تمام‌فلزی مناسب نیست.

مدار بالا را می‌توان به عنوان یک سیستم کنترل لمسی ساده استفاده کرد، زیرا با لمس ترمینال سمت چپ “R1” کار می‌کند. در این صورت، می‌توان بدون صفحه سنسور از آن استفاده کرد. از طرف دیگر، با استفاده از یک ورق آلومینیومی یا مسی نازک برای اندازه‌گیری 30×20 سانتی‌متر سنسور، می‌توان بخشی از بدن انسان را در فاصله 20 سانتی‌متری مشاهده کرد.

این مدار عمدتاً برای کارکرد در ولتاژ 230 ولت AC طراحی شده است. در صورتی که بخواهیم از 110 تا 120 ولت AC استفاده کنیم (که البته در ایران معمول نیست)، مقدار R1 باید به 100K تغییر یابد. اگر مدار به درستی کار نکرد، سعی کنید دوشاخه برق را در بیاورید و آن را برعکس وصل کنید، زیرا سیم نول باید به ترمینال کاتد D1 وصل شود. هنگامی که مدار به عنوان زنگ هشدار دستگیره درب استفاده می‌شود، با یک تریمر R2 سیستم بهتری خواهیم داشت، در غیر این صورت پتانسیومتر در محدوده 5K تا 10K.

لازم به ذکر است که مدار با نصف منبع ولتاژ اصلی موجود کار می‌کند و نباید مشکلی ایجاد شود، زیرا لامپ نور کافی برای سیگنال دادن تولید می‌کند و زنگ هشدار کار می‌کند و تنها صدای کمتری دارد. وقتی مدار را به برق 230 ولت AC وصل کردید، از مدار دور شده و آن را در یک جعبه پلاستیکی قرار دهید.

مقایسه سنسور خازنی و سنسور القایی

تفاوت سنسور خازنی با سنسور القایی شامل موارد زیر است.

سنسور خازنی	سنسور القایی
سنسورهای خازنی با استفاده از میدان الکتریکی اجسام را تشخیص می‌دهند.	سنسوزهای القایی اجسام را با استفاده از میدان مغناطیسی تشخیص می دهند.
برای تشخیص یک جسم از طریق سنسور خازنی، جسم نیازی به رسانایی ندارد.	برای تشخیص یک جسم از طریق سنسور القایی، جسم باید رسانا باشد.
این سنسورها برای تشخیص فلزات و مواد نارسانا استفاده می‌شوند.	این سنسور برای تشخیص اجسام فلزی استفاده می‌شود.
عملکرد سنسورهای خازنی به این صورت است که تغییرات را در یک ویژگی الکتریکی به نام ظرفیت خازنی اندازه‌گیری می‌کند.	این سنسورها بر اساس اصل تغییر اندوکتانس کار می‌کنند.
سنسورهای خازنی در چهار نوع مینیاتوری، استوانه‌ای، دما بالا و آنالوگ موجود هستند.	سنسورهای القایی آنالوگ در سه نوع نوسان فرکانس بالا، مغناطیسی و ظرفیت الکترواستاتیک موجود هستند.
فرکانس سوئیچینگ کمتری دارد.	فرکانس سوئیچینگ بالاتری دارد.
دقت به دلیل احتمال وجود تریگر کاذب خوب نیست.	دقت بسیار خوبی دارد.
محدوده تشخیص سنسور خازنی از 2 تا 50 میلی‌متر است.	محدوده تشخیص سنسور القایی از 0.8 تا 100 میلی‌متر است.

رابط سنسور خازنی با آردوینو

می‌دانیم که یک سنسور خازنی به سادگی تغییرات ظرفیت را در محیط اطراف تشخیص می‌دهد. این سنسور به مواد مختلفی که رسانایی خاصی مانند فلزات و مایعات دارند پاسخ می‌دهد. برخی از انواع سنسورها نیز این قابلیت را دارند که حساسیت را تنظیم کنند. این امر از طریق یک دکمه یا یک پتانسیومتر امکان‌پذیر است.

سنسور خازنی اغلب برای تشخیص سطح آب در مخازن، نشتی‌ها یا حباب‌های هوا در داخل لوله‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر این، سنسور خازنی می‌تواند به عنوان یک سنسور لمسی یا در غیر این صورت، تشخیص‌دهده فلز مانند یک کنتاکتِ در کار کند.

رابط سنسور لمسی خازنی MPR121 با آردوینو در زیر نشان داده شده است. در این شکل از ماژول MPR121 به عنوان سنسور لمسی خازنی استفاده شده است که یک سنسور با دقت بالا است.

این ماژول شامل 12 دکمه لمسی است و از ارتباط I2C پشتیبانی می کند تا به راحتی با هر میکروکنترلری ارتباط برقرار کند. این برد هیچ رگولاتوری ندارد، بنابراین منبع ولتاژ باید بین 1.7 تا 3.6 ولت DC باشد.

پین‌های MPR121

پین سنسور لمسی خازنی MPR121 در شکل زیر نشان داده شده است. این ماژول سنسور شامل 6 پین در سمت چپ است که در ادامه مورد بحث قرار گرفته و 12 پین (0 تا 11) در سمت راست دکمه‌های لمسی هستند.

تصویر ۹: ماژول سنسور MPR121

VCC منبع تغذیه یک ماژول مانند 3.3 ولت است.
IRQ یک خروجی وقفه است.
SCL یک ورودی سریال CLK برای پروتکل I2C است.
SDA یک ورودی/خروجی داده سریال برای پروتکل I2C است.
ADD یک آدرس تنظیم برای پروتکل I2C است.
GND یک ترمینال زمین است.

قطعات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مورد نیاز این رابط عمدتاً شامل آردوینو اونو R3، ماژول سنسور لمسی خازنی مجاورتی MPR121، سیم جامپر نر به ماده و آردوینو IDE است. شکل زیر نحوه اتصال Arduino Uno به ماژول MPR121 را از طریق سیم نشان می‌دهد.

شکل ۱۰: رابط سنسور خازنی با آردوینو

هنگامی که اتصالات مدار برقرار شد، به Library manager بروید و کتابخانه Adafruit MPR121 را نصب کنید. پس از آن، باید کد زیر را در برد آردوینو آپلود کنید و سپس Serial Monitor را باز کنید.

Modified on Jan 20, 2021

Modified by MehranMaleki from Arduino Examples

Home

#include <Wire.h>

#include "Adafruit_MPR121.h"

#ifndef _BV

#define _BV(bit) (1 << (bit))

#endif

// You can have up to 4 on one i2c bus but one is enough for testing!

Adafruit_MPR121 cap = Adafruit_MPR121();

// Keeps track of the last pins touched

// so, we know when buttons are ‘released’

uint16_t lasttouched = 0;

uint16_t currtouched = 0;

void setup () {

Serial.begin(9600);

while (!Serial) { // needed to keep leonardo/micro from starting too fast!

delay(10);

}

Serial.println("Adafruit MPR121 Capacitive Touch sensor test");

// Default address is 0x5A, if tied to 3.3V its 0x5B

// If tied to SDA its 0x5C and if SCL then 0x5D

if (!cap.begin(0x5A)) {

Serial.println("MPR121 not found, check wiring?");

while (1);

}

Serial.println("MPR121 found!");

}

void loop() {

// Get the currently touched pads

currtouched = cap.touched();

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

// it if *is* touched and *wasnt* touched before, alert!

if ((currtouched & _BV(i)) && !(lasttouched & _BV(i)) ) {

Serial.print(i); Serial.print(" touched");

}

// if it *was* touched and now *isnt*, alert!

if (!(currtouched & _BV(i)) && (lasttouched & _BV(i)) ) {

Serial.println(" released");

}

// reset our state

lasttouched = currtouched;

// comment out this line for detailed data from the sensor!

return;

// debugging info, what

Serial.print("\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t 0x"); Serial.println(cap.touched(), HEX);

Serial.print("Filt: ");

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

Serial.print(cap.filteredData(i)); Serial.print("\t");

}

Serial.println();

Serial.print("Base: ");

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

Serial.print(cap.baselineData(i)); Serial.print("\t");

}

Serial.println();

// put a delay so it isn’t overwhelming

delay(1000);

}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

Modified on Jan 20, 2021

Modified by MehranMaleki from Arduino Examples

Home

#include <Wire.h>

#include "Adafruit_MPR121.h"

#ifndef _BV

#define _BV(bit) (1 << (bit))

#endif

// You can have up to 4 on one i2c bus but one is enough for testing!

Adafruit_MPR121 cap = Adafruit_MPR121();

// Keeps track of the last pins touched

// so, we know when buttons are ‘released’

uint16_t lasttouched = 0;

uint16_t currtouched = 0;

void setup () {

Serial.begin(9600);

while (!Serial) { // needed to keep leonardo/micro from starting too fast!

delay(10);

}

Serial.println("Adafruit MPR121 Capacitive Touch sensor test");

// Default address is 0x5A, if tied to 3.3V its 0x5B

// If tied to SDA its 0x5C and if SCL then 0x5D

if (!cap.begin(0x5A)) {

Serial.println("MPR121 not found, check wiring?");

while (1);

}

Serial.println("MPR121 found!");

}

void loop() {

// Get the currently touched pads

currtouched = cap.touched();

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

// it if *is* touched and *wasnt* touched before, alert!

if ((currtouched & _BV(i)) && !(lasttouched & _BV(i)) ) {

Serial.print(i); Serial.print(" touched");

}

// if it *was* touched and now *isnt*, alert!

if (!(currtouched & _BV(i)) && (lasttouched & _BV(i)) ) {

Serial.println(" released");

}

// reset our state

lasttouched = currtouched;

// comment out this line for detailed data from the sensor!

return;

// debugging info, what

Serial.print("\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t 0x"); Serial.println(cap.touched(), HEX);

Serial.print("Filt: ");

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

Serial.print(cap.filteredData(i)); Serial.print("\t");

}

Serial.println();

Serial.print("Base: ");

for (uint8_t i = 0; i < 12; i++) {

Serial.print(cap.baselineData(i)); Serial.print("\t");

}

Serial.println();

// put a delay so it isn’t overwhelming

delay(1000);

}

این کد ابتدا بررسی می‌کند که آیا ماژول سنسور خازنی به درستی به برد آردوینو متصل است یا خیر. پس از آن، لمس و رها کردن هر کلید در مانیتور سریال نمایش داده می‌شود.

ویژگی‌های سنسور خازنی

از ویژگی‌های سنسور خازنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

این سنسورها می‌توانند اجسام کوچک یا سبک وزن را که از طریق کلیدهای محدود مکانیکی قابل مشاهده نیستند، تشخیص دهند.
این سنسورها حداکثر نرخ سوئیچینگ را برای پاسخ سریع در کاربردهای مبتنی بر شمارش اشیا فراهم می‌کنند.
سنسورهای خازنی می‌توانند اهداف مایع را در سراسر موانع غیرفلزی مانند پلاستیک، شیشه و غیره حس کنند.
عمر عملیاتی سنسورهای خازنی طولانی است که شامل تقریباً تعداد بیشماری از چرخه‌های عملیاتی است.
خروجی حالت جامد یک سیگنال کنتاکت bounce-free تولید می‌کند.
Standoff یا Range Distance: معمولاً این سنسورها فاصله سنجش بیشتری در مقایسه با سایر سنسورهایی که بین 5 تا 40 میلی متر هستند، دارند.
این سنسورها ترکیبی از خطی بودن، دقت، پایداری، پهنای باند و وضوح را ارائه می‌کنند که بهتر از سنسورهای معمولی مانند استرین‌گیج و LVDT هستند.

مزایا و معایب سنسور خازنی

از مزایای سنسور خازنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

این سنسورها اهداف غیرفلزی را شناسایی می‌کنند.
سنسورهای خازنی می‌توانند با استفاده از انواع خاصی از ظروف کار تشخیص را انجام دهند.
ساخت آن‌ها ساده است.
یک سنسور خازنی برای انواع مختلف مواد قابل تنظیم است.
این سنسورها اهداف جامد و مایع را شناسایی می‌کنند.
هزینه کمی دارند.
حساسیت بالایی دارند و می‌توانند با مقدار کمی انرژی کار کنند.
از آن‌ها برای اندازه‌گیری فشار، رطوبت، نیرو و غیره استفاده می‌شود.
سنسورهای خازنی پاسخ فرکانسی و وضوح خوبی دارند (کمتر از 0.003 میلی‌متر).

از معایب سنسور خازنی نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

به تغییرات در شرایط محیطی مانند رطوبت، دما و غیره بسیار واکنش نشان می‌دهند، بنابراین این موارد بر عملکرد آن‌ها تأثیر می‌گذارد.
اندازه‌گیری ظرفیت در مقایسه با اندازه‌گیری مقاومت آسان نیست.
این سنسورها در مقایسه با سنسورهای القایی دقیق نیستند.

کاربردهای سنسور خازنی

از کاربردهای سنسور خازنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

سنسورهای خازنی اشیایی را که رسانا هستند شناسایی و اندازه‌گیری می‌کنند و در غیر این صورت دی‌الکتریکی به جز هوا دارند.
این سنسورها اغلب برای تعیین تغییر در یک موقعیت هدف رسانا استفاده می‌شوند. با این حال، سنسورهای خازنی می‌توانند در اندازه‌گیری چگالی، وجود، ضخامت و مکان غیرهادی نیز بسیار مؤثر باشند. مواد نارسانا مانند پلاستیک ثابت دی‌الکتریک متفاوتی در مقایسه با هوا دارند.
از سنسورهای خازنی برای تشخیص یا اندازه‌گیری موقعیت، مجاورت، شتاب، جابجایی، سطح سیال و رطوبت استفاده می‌شود.
صفحه نمایش لمسی سنسور خازنی در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، پخش‌کننده‌های صوتی دیجیتال و غیره استفاده می‌شود.
این سنسورها جایگزین دکمه‌های مکانیکی می‌شوند.

کاربردهای سنسور خازنی در صنعت

سنسورهای خازنی به دلیل حساسیت بالا، قابلیت تشخیص مواد مختلف، و دقت در اندازه‌گیری، در صنایع مختلف به‌طور گسترده استفاده می‌شوند. یکی از مهم‌ترین کاربردهای این سنسورها در تشخیص حضور یا عدم حضور اجسام است. در صنایع بسته‌بندی، سنسورهای خازنی برای شناسایی وجود محصولات در خطوط تولید یا بررسی کامل‌بودن بسته‌ها استفاده می‌شوند. همچنین این سنسورها می‌توانند در خطوط مونتاژ به‌عنوان ابزارهای کنترل کیفیت برای اطمینان از جای‌گذاری صحیح قطعات به‌کار روند.

اندازه‌گیری سطح مایعات و مواد جامد

یکی از کاربردهای مهم سنسورهای خازنی در اندازه‌گیری سطح مایعات و مواد جامد در مخازن است. این سنسورها می‌توانند بدون تماس مستقیم، سطح موادی مانند آب، روغن، غلات، یا مواد شیمیایی را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند. سنسور خازنی از طریق تغییرات ظرفیت الکتریکی که به دلیل نزدیکی یا تماس ماده با الکترود سنسور رخ می‌دهد، سطح را شناسایی می‌کند. این ویژگی به‌ویژه در صنایعی مانند نفت و گاز، صنایع غذایی و شیمیایی که تماس مستقیم با مواد ممکن است خطرناک یا غیرعملی باشد، بسیار ارزشمند است.

حسگرهای لمسی و دستگاه‌های الکترونیکی

در دنیای الکترونیک و فناوری، سنسورهای خازنی در طراحی رابط‌های لمسی و دستگاه‌های هوشمند نقش کلیدی دارند. صفحه‌نمایش‌های لمسی که در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، و دستگاه‌های صنعتی استفاده می‌شوند، بر اساس تکنولوژی خازنی کار می‌کنند. این سنسورها با شناسایی تغییرات ظرفیت ایجادشده توسط تماس انگشت یا اشیاء رسانا، امکان تعامل با دستگاه را فراهم می‌کنند. این کاربردها نه‌تنها در لوازم الکترونیکی مصرفی، بلکه در تجهیزات پزشکی، سیستم‌های کنترل صنعتی، و دستگاه‌های خودکار نیز رایج هستند.

تشخیص مواد و تفکیک آن‌ها

سنسورهای خازنی می‌توانند برای شناسایی نوع مواد و تفکیک آن‌ها بر اساس ثابت دی‌الکتریک استفاده شوند. این قابلیت در صنایعی مانند بازیافت، بسته‌بندی، و خودروسازی برای تشخیص جنس مواد (مانند پلاستیک، فلز، یا شیشه) کاربرد دارد. سنسور خازنی می‌تواند نوع ماده را بدون نیاز به تماس مستقیم تشخیص دهد که این ویژگی باعث بهبود سرعت و کارایی در فرایندهای صنعتی می‌شود.

به‌طورکلی، سنسورهای خازنی به دلیل انعطاف‌پذیری در طراحی و کارایی بالا، از ابزارهای اساسی در بسیاری از فرایندهای صنعتی و فناوری‌های نوین به شمار می‌آیند.

جمع‌بندی

در این مطلب یک نمای کلی از یک سنسور خازنی را بیان کردیم. این سنسورها اغلب برای اندازه‌گیری تغییر در یک موقعیت هدف رسانا استفاده می‌شوند. با این حال، می‌توان از آن‌ها در اندازه‌گیری چگالی، وجود، ضخامت و مکان غیر‌هادی استفاده کرد.

سوالات متداول

سنسور خازنی چیست؟

سنسور خازنی نوعی سنسور است که برای تشخیص اجسام بدون تماس فیزیکی استفاده می‌شود. این سنسور با اندازه‌گیری تغییر در ظرفیت الکتریکی بین دو سطح فلزی، حضور یا عدم حضور یک شیء را تشخیص می‌دهد.

سنسور خازنی چگونه کار می‌کند؟

این سنسور با استفاده از دو الکترود فلزی و دی‌الکتریک (مانند هوا یا ماده دیگر) یک خازن تشکیل می‌دهد. وقتی جسمی وارد میدان الکتریکی بین این دو الکترود شود، ظرفیت خازنی تغییر می‌کند. این تغییر توسط سنسور تشخیص‌داده‌شده و به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.

چه موادی را می‌توان با سنسور خازنی تشخیص داد؟

سنسورهای خازنی می‌توانند مواد رسانا و غیررسانا را تشخیص دهند. این مواد شامل:

مایعات (مانند آب، روغن)
مواد جامد (مانند پلاستیک، شیشه، چوب)
فلزات (رسانا)

مزایای استفاده از سنسور خازنی چیست؟

قابلیت تشخیص مواد مختلف
حساسیت بالا
عدم نیاز به تماس فیزیکی
عمر طولانی به دلیل عدم سایش مکانیکی
عملکرد در شرایط محیطی سخت

تفاوت بین سنسور خازنی و سنسور القایی چیست؟

سنسور خازنی می‌تواند مواد رسانا و غیررسانا را تشخیص دهد.
سنسور القایی تنها مواد رسانا (مانند فلزات) را تشخیص می‌دهد.
سنسور القایی معمولاً در فاصله کوتاه‌تری عمل می‌کند، درحالی‌که سنسور خازنی ممکن است در فواصل بیشتر نیز قابل‌استفاده باشد.

کاربردهای سنسور خازنی چیست؟

کنترل سطح مایعات در مخازن
شمارش و تشخیص اشیاء در خطوط تولید
اندازه‌گیری ضخامت مواد
استفاده در صفحات لمسی دستگاه‌های الکترونیکی

آیا عوامل محیطی بر عملکرد سنسور خازنی تأثیر می‌گذارند؟

بله عواملی مانند دما، رطوبت و آلودگی می‌توانند بر عملکرد سنسور خازنی تأثیر بگذارند. به همین دلیل، در طراحی سیستم باید به این موارد توجه شود.

چگونه می‌توان حساسیت سنسور خازنی را تنظیم کرد؟

حساسیت این سنسور معمولاً از طریق یک پیچ تنظیم (پتانسیومتر) قابل‌تغییر است. با افزایش یا کاهش حساسیت، محدوده تشخیص سنسور تغییر می‌کند.

محدودیت‌های سنسور خازنی چیست؟

حساسیت به نویز الکترومغناطیسی
محدودیت در دقت اندازه‌گیری در برخی کاربردها
هزینه نسبتاً بالا در برخی مدل‌ها

چگونه می‌توان عمر سنسور خازنی را افزایش داد؟

نصب صحیح و دور از نویز الکترومغناطیسی
تمیز نگه‌داشتن سطح سنسور
جلوگیری از قرارگیری در شرایط دمایی یا رطوبتی شدید

منبع: elprocus

اطلاعات

لینک و اشتراک

سنسور خازنی

سنسور خازنی چیست؟

ساختار سنسور خازنی

اصول عملکرد سنسور خازنی

فرمول سنسور خازنی

نحوه محاسبه فاصله عملکرد یک سنسور خازنی

تأثیر ماده دی‌الکتریک و ابعاد جسم

تنظیم و کالیبراسیون سنسور

انواع سنسورهای خازنی

سنسور خازنی مینیاتوری

سنسور خازنی استوانه‌ای

سنسور خازنی دما بالا

سنسور خازنی آنالوگ

مدار سنسور خازنی

مقایسه سنسور خازنی و سنسور القایی

رابط سنسور خازنی با آردوینو

پین‌های MPR121

ویژگی‌های سنسور خازنی

مزایا و معایب سنسور خازنی

کاربردهای سنسور خازنی

کاربردهای سنسور خازنی در صنعت

اندازه‌گیری سطح مایعات و مواد جامد

حسگرهای لمسی و دستگاه‌های الکترونیکی

تشخیص مواد و تفکیک آن‌ها

جمع‌بندی

سوالات متداول

شاید برای شما مفید باشد

آموزش نرم‌افزار B4A (اندروید) و...

J-Link رو چطور نجات بدیم...

رنگ مقاومت ها را بشناسید...

فضیله حمیدی

پالت | بازار خرید و فروش قطعات الکترونیک

آیسی | موتور جستجوی قطعات الکترونیک

فروشگاه سیسوگ

سیسوگ فروم | محلی برای پاسخ پرسش‌های شما

نویسنده شو !

نویسنده شو !

پالت | بازار خرید و فروش قطعات الکترونیک

آیسی | موتور جستجوی قطعات الکترونیک

فروشگاه سیسوگ

سیسوگ فروم | محلی برای پاسخ پرسش‌های شما

دیدگاه ها

نویسنده شو !

نویسنده شو !

آموزش ها

منو و لینک‌ها

شبکه‌های اجتماعی