Емкостные датчики

Принцип работы емкостного датчика

Поскольку емкость конденсатора изменяется с расстоянием от его электродов, эта измеримая переменная может использоваться для измерения расстояния. Емкостный датчик сравним с классическим пластинчатым конденсатором. Датчик формирует одну пластину, а измерительный объект — другую. Размеры датчиков и измерительных объектов считаются постоянными, как и диэлектрический материал между ними. Поэтому любое изменение измеренной емкости связано с изменением расстояния между датчиком и измеряемым объектом. Если конденсатор проходит через переменный ток с постоянной амплитудой, то существует пропорциональность между амплитудой переменного напряжения на датчике и расстоянием конденсаторных электродов. Нижняя электроника откалибрована что значение выходного напряжения соответствует определенному изменению емкости. Значения выходного напряжения масштабируются для соответствия определенным изменениям расстояния. Чувствительность описывает связь между изменением натяжения при фиксированном изменении расстояния.

Преимущества емкостных датчиков:

  • Бесконтактное измерение с разрешением до нм
  • Абсолютное измерение зазоров, хода, биения
  • Диапазон измерений от 10 микрометров до 2 мм
  • Прямая метрология: непосредственное измерение положения на движущемся объекте
  • Вакуумная совместимость до 10-9 гектопаскаль
  • Необслуживаемый, без износа
  • Высокая пропускная способность до 10 кГц
  • Стабильность при высокой температуре (<0,1 нм / 3 часа)
  • Инверсные версии для максимальной стабильности температуры (5 × 10-6 / K)
  • Компактные двухэлектродные и одноэлектродные датчики, индивидуальное исполнение
  • Версии для аналоговых и цифровых системы управления

Применение емкостных датчиков

  • Измерение вибрации, измерение плоскостности, измерение толщины

Позволяет измерять вибрацию с очень высоким разрешением. Таким образом, можно также определить плоскостность вращающейся заготовки или разности толщины в нанометровом диапазоне. Одной из возможных областей применения является, например, производство магнитных дисков в жестких дисках или система активной компенсации вибрации.

  • Силовые датчики с чувствительностью до микротонн

Часто емкостные однопластинчатые датчики используются в качестве датчиков высокого разрешения для бесконтактного измерения в диапазоне микро-Ньютона. Здесь минимальные изменения расстояния на больших расстояниях измеряются без контакта, с разрешением в субнанометровом диапазоне без влияния на измеряемый процесс.

  • Измерение расстояния с точностью до нанометра

Емкостные датчики надежно измеряют наименьшие расстояния. Измеряемая величина здесь представляет собой изменение емкости между поверхностью головки датчика и поверхностью метки в случае однородного электрического поля. Погрешность находится в субнанометровом диапазоне. Откалиброванная и скорректированная система определяет абсолютные значения.

Благодаря высокой вариативности в размерах, емкостные датчики могут найти свое применение во многих областях. Типичными областями применения являются, например:
  • Тормозные диски

Тормозные диски транспортных средств подвергаются высоким нагрузкам, таким как экстремальные температурные изменения и механическая выработка. Емкостные датчики измеряют деформацию тормозных дисков.

  • Турбины

Центробежные силы, воздействующие на лопатки турбины во время работы, приводят к расширению лопаток турбины. Емкостный датчик может обнаруживать дисбаланс, который может привести к повреждению турбины.

  • Концентричность осей, валов и отверстий

Для их чистой концентричности волны требуют концентрического центра тяжести. Чем быстрее вал поворачивается, и чем дальше центр тяжести смещается от центра, тем меньше круговой вал. Это может привести к разрыву волны. Измерения концентраций с помощью емкостного датчика показывают, был ли вал сконструирован концентрически, или как он деформируется под нагрузкой.

Производители емкостных датчиков в Германии:

Balluff

ifm electronic

WayCon

Dietz Sensortechnik

Sagatron