Kapazitiver Sensor

Inhaltsverzeichnis

Dielektrizitätskonstante (Permittivität)

Was ist ein kapazitiver Sensor?

Kapazitive Annäherung Sensoren (KAS) sind berührungslose Schalter. Sie erfassen leitende- und nichtleitende Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Holz, Flüssigkeiten, Pasten sowie Schüttgüter. Selbst Messungen durch nichtleitende Materialien sind möglich. So können z.B. Flüssigkeiten durch Kunststoffwandungen hindurch erfasst werden. Die technische Grundlage für die Funktion kapazitiver Sensoren bildet der Kondensator. Sehen wir uns deshalb den Plattenkondensator genauer an.

Plattenkondensator an Wechselspannung:

Wird an einen Plattenkondensator eine Wechselspannung angelegt, fließt Strom. Die Stromstärke ist abhängig von dem sich zwischen den Platten befindlichen Medium. Genauer: Von der Dielektrizitätskonstante des jeweiligen Mediums. Je höher der Wert des Dielektrikums desto größer ist die Kapazität des Kondensators und somit auch der Stromfluss. Jedes Medium hat seine eigene spezifische Dielektrizitätskonstante (DK).

Der Stromfluss ist zudem abhängig vom Plattenabstand und der Plattengröße des Kondensators. Diese Eigenschaften eines Kondensators sind die Grundlage für kapazitive Sensoren.

Aufbau und Wirkungsweise Kapazitiver Sensoren:

Bei Kapazitiven Annäherung Sensoren (KAS) aus den Hause Rechner Sensors sind die Kondensatorplatten nicht gegenüber angeordnet, sondern hintereinander (nichtbündige Sensoren) oder auf einer Ebene (bündige Sensoren). Der Plattenabstand sowie die Plattengröße sind konstant. Eine Änderung der Kapazität wird demnach ausschließlich durch das sich annähernde Medium verursacht.

Die Elektronik des Sensors erfasst die Kapazitätsänderung und wandelt diese, je nach Ausführung, in ein analoges Signal oder bei Erreichen eines Schwellwertes (Einstellbar über ein Potentiometer) in ein Schaltsignal um.

Dielektrizitätskonstante (Permittivität)

Die Permittivität ε (v. lat.: permittere = erlauben, überlassen, durchlassen), auch dielektrische Leitfähigkeit genannt, gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an.

Sie wird aus historischen Gründen als das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante bzw. Dielektrizitätskonstanten des Vakuums, und der materialspezifischen dimensionslosen Dielektrizitätszahl (relative Dielektrizitätskonstante / Permittivität) geschrieben:

e = e0*er e = Dielektrizitätskonstante, kurz DK

e ist immer größer als 1, allerdings unterscheidet sie sich bei Gasen nur sehr wenig von 1. Bei Flüssigkeiten und Festkörpern können höhere Werte vorkommen, besonders groß ist die Dielektrizitätszahl von Wasser mit 80.