Ein kapazitiver Sensor ist eine Art von Sensor, der auf dem Prinzip der Kapazitätsänderung basiert und zur Erfassung von Nähe, Berührung oder anderen dielektrischen Veränderungen in seiner Umgebung verwendet wird. Diese Sensoren finden in verschiedenen Anwendungen ihren Einsatz, von berührungsempfindlichen Bildschirmen, dem sogenannten kapazitiven Touchscreen, bis hin zur Füllstandsmessung von Flüssigkeiten.
Der kapazitive Sensor: Funktion und Anwendungsbereiche
Ein Kapazitiv-Sensor besteht aus mindestens zwei leitfähigen Elektroden, die voneinander isoliert sind. Die Elektroden sind normalerweise auf einem Substrat angeordnet und können verschiedene Formen haben, wie etwa Flächen, Linien oder Gitter.
Die Kapazität eines solchen Sensors hängt von der Grösse der Elektroden, dem Abstand zwischen ihnen und den dielektrischen Eigenschaften des Mediums zwischen den Elektroden ab.
Wenn sich ein Objekt in der Nähe des kapazitiven Sensors bewegt oder diesen berührt, ändert sich die Kapazität des Sensors. Dies geschieht, weil die elektrischen Feldlinien zwischen den Elektroden durch das dielektrische Medium und das Objekt beeinflusst werden.
Die Änderung der Kapazität wird vom Sensor erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal kann dann interpretiert werden, um Informationen über die Position, Annäherung oder Berührung des Objekts zu liefern.
Kapazitive Sensoren werden häufig in berührungsempfindlichen Bildschirmen – dem kapazitiven Touchscreen oder auch “kapazitives Display” genannt –eingesetzt. Die bekanntesten Beispiele sind Smartphones und Tablets. Wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, ändert sich die Kapazität an der Berührungsstelle, und der Sensor erkennt dies als Eingabe.
Wird der Sensor als kapazitiver Drucksensor verwendet, dann wird die Bedienfläche durch einen Druck verformt oder verschoben, wodurch sich der Plattenabstand und damit die elektrisch messbare Kapazität ändert.
Kapazitive Touch Sensoren können an die spezifischen Anforderungen einer Anwendung angepasst werden, indem die Empfindlichkeit eingestellt wird. Auf diese Art kann man den Sensor für verschiedene Materialien und Entfernungen optimieren.
Typische Einsatzgebiete von kapazitiven Sensoren
Kapazitive Touch Sensoren werden als kapazitiver Touchscreen, also in berührungsempfindlichen Bildschirmen von Smartphones, Tablets, Laptops und anderen elektronischen Geräten verwendet, um Benutzereingaben über Berührung zu erkennen.
Darüber hinaus finden sie Anwendung in der industriellen Automatisierung und für Füllstandsmessungen von Flüssigkeiten oder Feststoffen in Tanks oder Behältern. Man findet sie auch in der Medizintechnik, bei Sicherheitssystemen, bei Haushaltgeräten und im Bereich der Raum- und Luftfahrttechnik.
Die breite Anwendbarkeit von kapazitiven Sensoren macht sie zu einem wichtigen Bestandteil in zahlreichen Branchen und technologischen Anwendungen, bei denen die Erkennung von Berührung, Nähe oder Veränderungen in der Umgebung erforderlich ist.
Wo liegen die Anwendungsgrenzen eines kapazitiven Sensors?
Kapazitive Sensoren sind empfindlich gegenüber den dielektrischen Materialeigenschaften der Umgebung. Wenn ein Material eine niedrige dielektrische Konstante hat (z.B. Luft), funktioniert der Sensor normalerweise besser als bei Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (z.B. Metall).
Kapazitive Sensoren können empfindlich auf Umgebungseinflüsse reagieren, wie z.B. Änderungen der Luftfeuchtigkeit oder Temperatur. Diese Faktoren können die Genauigkeit des Sensors beeinträchtigen und erfordern möglicherweise eine regelmässige Kalibrierung.
Fremdobjekte, die in die Nähe eines kapazitiven Sensors gelangen, können unerwünschte Kapazitätsänderungen verursachen und Fehler auslösen. Dies kann in Anwendungen, in denen die Umgebung nicht vollständig kontrolliert werden kann, ein Problem sein.
Kapazitive Sensoren erfordern oft präzise Einstellungen der Empfindlichkeit, um optimal zu funktionieren. Falsche Einstellungen können zu unzuverlässigen Ergebnissen führen.
Schmutz, Feuchtigkeit oder Beschädigungen am Dielektrikum können die Leistung eines kapazitiven Sensors beeinträchtigen. Die regelmässige Wartung und Reinigung können notwendig sein.
PCAP anstelle von kapazitivem Sensor
Der Projected Capacitive (PCAP) ist eine spezielle Art von kapazitivem Sensor, der oft in berührungsempfindlichen Bildschirmen eingebaut wird. Bei PCAP-Sensoren wird eine transparente Schicht mit mikroskopisch kleinsten, leitfähigen Drähten oder Elektroden auf die Oberfläche eines Bildschirms aufgebracht. Diese Elektroden erzeugen ein elektrisches Feld auf der Bildschirmoberfläche. Wenn ein leitfähiges Objekt (z.B. ein Finger) die Oberfläche berührt oder sich ihr nähert, stört es das elektrische Feld und verursacht eine Kapazitätsänderung, die erkannt wird.
PCAP bietet eine präzise und schnelle Berührungserkennung und Multitouch-Funktionalität. Bei der Anwendung hinter Glas sind die Sensoren kratzfest geschützt und langlebig.
