Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Kapacitní snímače polohy od firmy Micro-Epsilon se využívají pro přesné bezkontaktní měření vzdálenosti do 10 mm s přesností až v řádu nanometrů. Fungují na principu deskového kondenzátoru, jehož jednou elektrodou je aktivní plocha snímače a druhou elektrodou je měřený objekt. Z toho důvodu lze touto metodou měřit jen vodivé materiály. Změna vzdálenosti objektu způsobí změnu kapacity, kterou kalibrovaná jednotka přepočítá na změnu v jednotkách délky.
Výhody a nevýhody kapacitních snímačů
Kapacitní snímače jsou vysoce přesné. Poměr ceny snímače k přesnosti je nejlepší z celého sortimentu snímačů Micro-Epsilon. V katalogu jsou snímače s měřicími rozsahy od 0,05 do 10 mm. Linearita začíná na 150 nm a rozlišení na 37 pm. Jako u všech snímačů vzdálenosti platí, že čím je menší měřicí rozsah, tím je větší přesnost (menší absolutní chyba měření).
Kapacitní snímače mají vynikající teplotní stabilitu a měří stabilně i v dlouhém časovém úseku. Měří plošně, ale plocha není tak velká jako např. u snímačů na bázi vířivých proudů, a nemají offset, takže hodnota 0 mm je při dotyku cíle se snímačem. Typickým cílem je kov, ale měřit je možné i polovodiče.
U snímačů vyráběných firmou Micro-Epsilon je zvykem, že snímač je možné modifikovat s nekatalogovými parametry na míru (pro OEM). V nabídce je i speciální kalibrace (na válec, kouli) či provedení do náročných prostředí (vakuum, vysoké teploty). Snímače však nevyžadují kalibraci na konkrétní cíl, a lze je tak libovolně měnit a zaměňovat mezi sebou.
Kapacitní snímače ale mají i mnoho nevýhod, na které je třeba brát zřetel při vytipovávání správné měřicí metody pro zadanou úlohu. Jaké to jsou? Již bylo zmíněno, že kapacitní snímače jsou použitelné pouze na vodivé (či polovodivé) materiály a měřicí rozsah je poměrně malý. Další nevýhodou v průmyslu je nutnost relativně čistého prostředí. Podmínkou stabilního měření je konstantní relativní permitivita dielektrika. Kdyby se mezi snímač a objekt dostala např. kapka oleje, tak se neměří vzdálenost objektu, ale jen je detekován olej (což může být alternativní využití kapacitního snímače).
Novinka: snímače pro měření při teplotách až 800 °C
Měřicí systém s kapacitními senzory capaNCDT 6228 (obr. 1) má k dispozici sondy s označením CSE/HT, které snesou teploty až +800 °C. Lze je využít např. při měření rozžhavených brzdových destiček (obr. 2). Měřicí rozsahy mají od 1 do 20 mm (speciální prodloužený měřicí rozsah). Systém může najednou měřit až čtyřmi senzory. Senzory jsou opatřeny i teplotně odolným kabelem, který je kvalitně odstíněn, aby nedocházelo k rušení signálu elektrickým či magnetickým polem. Naměřené hodnoty z měřicí jednotky capaNCDT 6228 mohou být přenášeny analogově či digitálně prostřednictvím Ethernetu, volitelně s protokolem EtherCAT.
Novinka: extrémně malé kapacitní senzory
Nabídku Micro-Epsilon rozšiřují nové senzory capaNCDT CSE01 a CSE025 (obr. 3). Průměr 3 mm a délka 15,6 mm činí CSE01 jedním z nejmenších triaxiálních snímačů na světě. CSE025 je jen o málo větší, průměr má 4 mm a délku 16,1 mm, ale jeho měřicí rozsah je větší: zatímco CSE01 má nominálně 0,1 mm, CSE025 0,25 mm (rozšířený měřicí rozsah u CSE01 je 0,15 mm, u CSE025 0,5 mm). Kabel je integrovaný, takže snímač lze instalovat i do velmi omezených prostor. Snímače jsou vhodné i do čistých prostor a do vakua.
Použití kapacitních snímačů
Měření mezery mezi rotorem a statorem. Měření házivosti turbín. Nejrůznější měření ve strojích na výrobu polovodičových materiálů a čipů. Měření náklonů zrcadel a optických čoček (přes přidaný vodivý cíl). Měření polohy levitujících objektů. Měření tloušťky bateriových fólií. Díky teplotní stabilitě se ve velkém používají k měření házivosti a tloušťky brzdových kotoučů přímo v zátěžových testech. Osvědčily se i při měření vnitřního průměru extrudérů. To všechno jsou příklady úloh, kde se kapacitní senzory plně osvědčují v praxi (obr. 4).
Navštivte firmy Micro-Epsilon na MSV v Brně
Firmy Micro-Epsilon můžete navštívit na veletrhu MSV v Brně, který se koná od 10. do 13. října 2023. Ukázky nejnovějších snímačů a měřicí techniky mohou návštěvníci vidět ve stánku číslo 81 v pavilonu F. Je možné si předem domluvit schůzku s obchodním zástupcem, který je odborníkem na danou problematiku (kontakty viz inzerát na str. 19).
(MICRO-EPSILON Czech Republic, spol. s r. o.)
Obr. 1. Měřicí systém capaNCDT 6228 umožňuje připojit až čtyři kapacitní snímače vzdálenosti
Obr. 2. Kapacitní snímače CSE/HT snesou teploty až +800 °C
Obr. 3. Nabídku Micro-Epsilon rozšiřují miniaturní senzory capaNCDT CSE01 a CSE025
Obr. 4. Příklady využití kapacitních senzorů polohy