Für verschiedene Detektionsaufgaben kommen unterschiedliche Sensorfunktionsprinzipien in Frage. Welches Sensorfunktionsprinzip am besten geeignet ist, ergibt sich für den konkreten Anwendungsfall aus verschiedenen Aspekten: Dazu zählen das Material des zu erfassenden Objekts, die Anwendungsumgebung und die Entfernung, aus der die Erfassung erfolgen soll.
Wenn das zu detektierende Objekt aus Kunststoff, Mineralstoff, Glas, Holz oder Papier besteht oder eine ölige bzw. wässrige Flüssigkeit, ein Granulat oder ein Puder ist und dabei der geforderte Detektionsabstand im Bereich weniger Millimeter liegt, so empfiehlt sich der Einsatz eines kapazitiven Sensors.
Kapazitive Sensoren erkennen metallische wie auch nicht metallische Zielobjekte. Je nach Größe und Materialbeschaffenheit des Zielobjekts sowie der Baugröße und der Einbaubedingungen des Sensors, können Schaltabstände von 1 mm ... 50 mm realisiert werden.
Der Sensortyp bietet auch eine „Durchblickerfunktion“ zur Erkennung von wässrigen Medien oder Granulat. In in diesem Fall reagiert der Sensor auf den Inhalt eines dünnwandigen und elektrisch nichtleitenden Behälters aus z. B. Glas oder Kunststoff. Diese Funktion wird möglich durch das Summieren der kapazitiven Einflüsse von Behälterwand und Füllmedium. Der Einsatz des kapazitiven Sensors als Durchblicker erlaubt eine kontaktlose Durchfluss- bzw. Füllstandskontrolle von flüssigen Medien und Schüttgütern.
Besondere technische Eigenschaften kapazitiver Sensoren:
Zu den typischen Anwendungen zählen:
Aufgrund der vielfältigen Einsetzbarkeit des physikalischen Wirkprinzips finden sich am Markt entsprechend viele verschiedene Bauformen und Sensorausführungen für spezielle Einsatzbedingungen wieder – etwa NAMUR-Sensoren für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
Alternativ einsetzbar sind, abhängig von der Anwendung, z. B. auch folgende Sensorfunktionsprinzipien:
Kapazitive Sensoren arbeiten berührungslos. Sie detektieren Objekte, die sich in ihrem Messfeld befinden, indem sie die Wechselwirkung des Objekts mit dem erzeugten äußeren elektrischen Wechselfeld des Sensors nutzen.
Das Kernstück des kapazitiven Sensors ist eine Elektrode, die ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, das an der aktiven Fläche austritt. Das feste Objekt oder eine flüssige Substanz im Messfeld beeinflusst das elektrische Potenzial des Wechselfelds, bzw. lässt die Kapazität ansteigen. Diese Änderung wird an den Oszillator rückgemeldet. Dadurch ändert sich der Signalpegel am Oszillator. Diese Veränderung des Signalpegels wird gemessen, mit der intern definierten Schwelle verglichen und schaltet bei binären Sensoren über einen Schmitt-Trigger die Ausgangsstufe.
Der erste industrietaugliche Näherungsschalter wurde 1958 von Walter Pepperl und Wilfried Gehl entwickelt und in den Markt eingeführt. Die Entwicklung war seinerzeit von der nahe gelegenen BASF getrieben. Die BASF wollte die sich für die Erfassung von Gütern damals im Einsatz befindlichen mechanischen Schaltkontakte durch berührungslos schaltende Sensoren ersetzen, die keine Schaltfunken verursachten. Dadurch sollte die Explosionsgefahr maßgeblich reduziert werden. Bereits der erste Näherungsschalter war eigensicher nach NAMUR aufgebaut.
Alle Näherungsschalter von Pepperl+Fuchs wurden und werden gemäß der einschlägigen Norm IEC/EN 60947 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-2: Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter entwickelt, hergestellt und vermarktet.
Für sicherheitsgerichtete Sensoren von Pepperl+Fuchs gilt zusätzlich die einschlägige Norm Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-3: Steuergeräte und Schaltelemente – Anforderungen für Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen (PDDB).
Kapazitive Sensoren verfügen über typische technische Eckdaten, die bekannt sein müssen, um den bestimmungsgemäßen Einsatz in Anlagen und Anwendungen sicherzustellen.
Der Sensor schaltet ab einer bestimmten Entfernung zum Referenzobjekt. Dieser Abstand wird als „Schaltabstand“ bezeichnet. Der Schaltabstand ist die wichtigste Kenngröße eines kapazitiven Sensors.