Im Prinzip funktioniert der kapazitive Sensor wie ein offener Kondensator. Zwischen der Messelektrode und der GND-Elektrode wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Sollte ein Material mit einer Dielektrizitätszahl εr grösser als Luft in das elektrische Feld eindringen, vergrössert sich je nach εr dieses Materials die Kapazität des Feldes.
Die Elektronik misst diese Kapazitätserhöhung, das erzeugte Signal wird in der nachfolgenden Signalaufbereitung ausgewertet und führt bei entsprechender Grösse zum Schalten des Ausgangs.
Dielektrizitätszahl
Kapazitive Sensoren detektieren sowohl leitende als auch nicht leitende Medien mit einer Dielektrizitätszahl εr > 1. Die Dielektrizitätszahl εr (auch Permittivitätszahl oder dielektrische Leitfähigkeit) eines Materials gibt an, wievielmal grösser die elektrische Flussdichte wird, wenn statt Vakuum (Luft) das entsprechende Material in das Messfeld eindringt.
Leitende Medien
Leitende Medien besitzen typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit von > 20 µS/cm. Sie können von allen Sensortypen, ob mit GND-Elektrode oder ohne, gut detektiert werden. Bei leitenden Medien spielt die Dielektrizitätszahl keine Rolle für den Schaltabstand. Der Schaltabstand wird durch die Grösse des Objektes und dessen Erdung beeinflusst.
Zu den leitenden Medien zählen:
- Wasser
- Blut
- Tinte
- Milch
- Aceton
- Metalle
Nicht leitende Medien
Nicht leitende Medien besitzen typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit von < 20 µS/cm. Für diese Medien werden generell Sensoren mit GND-Elektrode empfohlen. Wird ein nicht leitendes Objekt in das Feld des Sensors gebracht, verstärkt sich das Feld in Abhängigkeit der Dielektrizitätszahl und der Grösse des zu erfassenden Materials und vergrössert damit die Kapazität des Messfeldes. Je tiefer εr ist, desto schwieriger ist das Medium zu detektieren. Generell kann man sagen, dass z.B. bei Kunststoffen mit εr = 3 der Realschaltabstand Sr etwa 50% des Nennschaltabstandes Sn entspricht.
