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- ELETTRONICA OGGI 457 - OTTOBRE 2016
COVERSTORY
Il rilevamento capacitivo è una tecnologia
flessibile che sta diventando sempre più
diffusa, specie per progetti che devono
funzionare in ambienti pericolosi
Rich Miron
Digi-Key Electronics
PER APPLICAZIONI NEI SETTORI
PROGETTO PER RILEVAMENTO
L’
Internet delle cose (IoT) richiede un nu-
mero enorme di sensori economici per
acquisire le informazioni sul mondo re-
ale e convertirle in forma digitale. Al momento
sono disponibili diverse tecnologie di rileva-
mento, ma non tutte sono idonee per appli-
cazioni industriali o impegnative dal punto di
vista ambientale dove potrebbero essere pre-
senti liquidi e gas corrosivi o esplosivi.
Per queste applicazioni è invece particolar-
mente idoneo il rilevamento di prossimità ca-
pacitivo. Trattandosi di una tecnologia di ri-
levamento senza contatto, i componenti attivi
possono essere a tenuta stagna e senza parti
mobili, il che elimina il rischio di esplosioni
causate da contatti che provocano scintille.
La base di un sensore capacitivo è elementare:
un condensatore semplice è formato da due
piastre parallele; il valore della sua capacità
elettrica C, in Farad, è dato dall’equazione:
Dove:
r
= la costante dielettrica del materiale tra le
piastre
0
= la costante dielettrica dello spazio libero
(8,85 x 10-12 F/m)
A = l’area tra le piastre (L x L)
d = la separazione tra le piastre in metri
0
è una costante, ma la modifica di una qualsi-
asi delle altre variabili influenzerà il valore di C.
Il sensore capacitivo più semplice può essere
formato realizzando una piastra sensore isola-
ta da un’area conduttiva su una scheda e ap-
plicando poi una carica. Quando un oggetto
conduttivo collegato a terra (ad esempio un
dito), o un qualsiasi oggetto con una costan-
te dielettrica diversa dall’aria, si avvicina alla
piastra sensore, si forma un condensatore. La
capacità elettrica aumenta man mano che l’og-
getto si avvicina al sensore. Anche se il cam-
biamento è piccolo e non lineare, è comunque
misurabile e, pertanto, costituisce la base di un
sensore di prossimità.
A seconda dell’obiettivo del progetto, è possi-
bile usare tre comuni (Fig. 1) per i sensori di
prossimità capacitivi. La figura 1(a) mostra lo
schema già ricordato. È presente una sola pia-
stra sensore e un dito funge da piastra di mes-
sa a terra. Man mano che il dito si avvicina alla
piastra sensore, la capacità elettrica misurata
aumenta finché non supera la soglia, attivando
un evento On/Off come la chiusura di un inter-
ruttore. È possibile usare più sensori indipen-
denti per interpretare i gesti per il rilevamento
su/giù e sinistra/destra. La capacità elettrica
di tutti e quattro i sensori cambia man mano
che un dito o un oggetto si sposta sopra l’area
target. Un rilevatore multicanale legge i quattro
valori e il software calcola poi la velocità e la
direzione in base alla differenza nelle letture.
Il metodo di misurazione indiretta illustrato
nella figura 1(b) è diffuso per il rilevamento
del livello dei liquidi. Il sensore e le piastre di
messa a terra sono adiacenti l’uno all’altro e
le linee del campo elettrico passano attraverso
il liquido. La capacità elettrica cambia con la
salita e la discesa del livello del liquido.
Il rilevamento diretto può essere usato anche
per misurare i liquidi; in questo caso, entram-
be le piastre sensore sono immerse nel liquido.
Entrambe le tecniche hanno degli svantaggi:
il metodo diretto non è in grado di misurare
i liquidi conduttivi, mentre il metodo indiretto
espone i sensori all’ambiente esterno.
Il rilevamento dei liquidi si basa sulla misura-
zione metrica del rapporto e in genere usa tre
sensori di capacità elettrica/piastre di messa