Sensori capacitivi di prossimità

I sensori capacitivi di prossimità rilevano la presenza di un oggetto vicino senza contatto, sfruttando la variazione di capacità elettrica che l’oggetto produce quando entra nel loro campo. A differenza dei sensori induttivi, che rilevano solo i metalli, i sensori capacitivi rilevano quasi qualsiasi materiale: metalli, ma anche plastica, legno, vetro, liquidi e polveri. Questo li rende molto versatili nell’automazione, dove servono a contare oggetti, rilevare la presenza di prodotti, controllare il livello di riempimento di contenitori, anche attraverso una parete. Il principio è lo stesso della misura capacitiva: la presenza di un materiale nel campo del sensore ne cambia la capacità, e questa variazione viene rilevata. Capire come funzionano i sensori capacitivi di prossimità aiuta a usarli correttamente e a conoscerne pregi e limiti.

Questa pagina spiega come la variazione di capacità rileva l’oggetto, cosa possono rilevare, e i loro usi. È una guida per il tecnico che si occupa di automazione e rilevamento di presenza.

La variazione di capacità

Il sensore capacitivo di prossimità genera un campo elettrico davanti alla sua faccia sensibile e si comporta come un condensatore, di cui misura la capacità. Quando un oggetto si avvicina ed entra in questo campo, cambia le condizioni elettriche davanti al sensore e ne modifica la capacità. Poiché quasi tutti i materiali hanno proprietà dielettriche diverse dall’aria, la loro presenza aumenta la capacità misurata dal sensore. Il sensore rileva questa variazione e, quando supera una soglia, commuta la sua uscita, segnalando la presenza dell’oggetto. È lo stesso principio della misura capacitiva di umidità e dei sensori a sfioramento degli schermi tattili, qui usato per rilevare la vicinanza di un oggetto. Poiché la rilevazione avviene attraverso il campo elettrico, non serve contatto, e il sensore funziona anche a piccola distanza, rendendolo adatto al rilevamento senza usura in ambienti industriali.

Cosa possono rilevare

Il grande vantaggio dei sensori capacitivi è che rilevano quasi qualsiasi materiale, non solo i metalli. Rilevano oggetti in plastica, legno, vetro, ceramica, carta, oltre ai metalli, e anche liquidi e materiali sfusi come granuli e polveri. Questo li rende ideali per applicazioni dove i sensori induttivi, limitati ai metalli, non sono utilizzabili. Una capacità particolarmente utile è quella di rilevare un materiale attraverso una parete non metallica: poiché il campo penetra nei materiali non conduttivi, un sensore capacitivo può rilevare la presenza di liquido o di prodotto dentro un contenitore di plastica o di vetro, misurandone di fatto il livello dall’esterno, senza forare. Questa versatilità li rende molto usati per il controllo di livello e per il rilevamento di prodotti di materiale vario. Il rovescio della medaglia è che, rilevando quasi tutto, possono essere più sensibili a disturbi come polvere, sporco e umidità sulla faccia sensibile.

Aspetto	Caratteristica
Grandezza sfruttata	Variazione di capacità
Materiali rilevati	Metalli e non metalli, liquidi, polveri
Uso tipico	Presenza e controllo di livello

Gli usi e i limiti

I sensori capacitivi di prossimità sono molto usati nell’automazione. Contano e rilevano la presenza di oggetti di ogni materiale su nastri e linee; controllano il livello di liquidi, granuli e polveri nei serbatoi e nelle tramogge, anche attraverso pareti non metalliche; verificano la presenza di prodotto in confezioni e contenitori. Sono senza contatto, quindi senza usura, e versatili. I limiti derivano dalla loro sensibilità: la distanza di rilevamento è in genere breve, la risposta dipende dal materiale, che ha proprietà dielettriche diverse, e sono sensibili a sporco, polvere e umidità sulla faccia sensibile, che possono causare falsi rilevamenti. Vanno quindi regolati con cura, impostando la sensibilità giusta per l’oggetto e le condizioni, e installati proteggendoli dai disturbi. Conoscere questi aspetti permette di sfruttarne la versatilità evitando i problemi. Sono complementari ai sensori induttivi, che restano preferibili quando si rilevano solo metalli in ambienti sporchi.

• Rilevano la presenza dalla variazione di capacità.
• Rilevano metalli e non metalli, liquidi e polveri.
• Possono misurare il livello attraverso pareti non metalliche.
• Sono senza contatto e senza usura.
• Vanno regolati e protetti da sporco e umidità.

Affidabilità della misura

Per un funzionamento affidabile conta regolare la sensibilità del sensore in base al materiale da rilevare e alla distanza, e installarlo tenendo conto di eventuali disturbi come sporco, condensa e oggetti vicini. La distanza di rilevamento va scelta adatta all’applicazione, ricordando che dipende dal materiale. Nelle applicazioni di livello attraverso parete, conta lo spessore e il materiale del contenitore. Mantenere pulita la faccia sensibile evita falsi rilevamenti. Documentare regolazione, materiale e condizioni rende l’installazione affidabile. Con la giusta regolazione, i sensori capacitivi di prossimità offrono un rilevamento versatile e senza contatto di quasi ogni materiale, complementare ai sensori induttivi e ottici nell’automazione industriale.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie elettriche e dielettriche del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato all’impedenza e misura capacitiva non distruttiva. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo i sensori di prossimità e posizione fanno capo ai sensori laser di distanza e posizione, nella famiglia sensori di processo, velocità, lunghezza, distanza e colore. Se ti servono sensori di prossimità per il rilevamento o il livello, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.