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Kapazitiv findet, wer nach Präzision sucht

Die Technologie der kapazitiven Sensoren und ihre Besonderheiten
Kapazitiv findet, wer nach Präzision sucht

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Mit Auflösungen weit unter einem Nanometer gehören kapazitive Wegsensoren zu den genauesten Messsystemen für Weg, Abstand und Position. Wer nach absoluter Präzision sucht, der kommt an ihnen nicht vorbei. Dazu zeigen sie sich robust gegen äußere Einflüsse.

Micro-Epsilon, Ortenburg

Die Funktionsweise des kapazitiven Sensors an sich ist sehr einfach. Letztlich wird eine Kapazitätsänderung gemessen. Aus der Schulphysik ist vielleicht noch der Versuch mit einem Plattenkondensator bekannt. Man kann die Kapazität zwischen zwei Platten konstanter Größe dadurch verändern, dass man deren Abstand verändert oder ein Dielektrikum in den Messspalt bringt. Das Besondere ist, dass mit diesen Sensoren in der Abstandsmessung höchste Auflösungen geboten werden können, die bis in den Pikometer-Bereich gehen. Kaum ein anderes System kann zudem Linearitätsabweichungen bis 0,005 % und besser über den ganzen Messbereich erfassen. Trotz vergleichsweise hoher Leitungskapazitäten bis zu 1 nF (1x10e-9 F) lässt sich bei Micro-Epsilon Sensoren trotzdem die Messkapazität auf ca. 0,25 aF (0,25*10e-18 F) auflösen, ein Verhältnis von 1:4.000.000.000. Erreicht wird dies durch Feinheiten in den Komponenten, vom Sensor über das Sensoranschlusskabel bis in den Controller. Die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon sind in erster Linie passiv. Das bedeutet, es gibt keine temperaturempfindlichen elektronischen Bauteile. Die Sensoren bieten über weite Temperaturbereiche (-270 °C bis +200 °C) höchste Messwertstabilität.
Ein großer Vorteil ist die volle Tauschbarkeit. Das bedeutet, jeder Sensor kann aufgrund der vollständigen Kompatibilität mit jedem Controller verwendet werden. Sowohl Controller als auch Sensoren sind modular aufgebaut, sodass eine Anpassung der Komponenten an verschiedenste Anforderungen möglich ist.
Was und wo wird gemessen?
Berührungslose Weg- und Abstandssensoren sind oft zentrale Elemente in Maschinen und Anlagen. Sie überwachen Bewegungen, Toleranzen von Teilen oder werden zum Regeln von Prozessen eingesetzt. Vielfältig sind die zu messenden Parameter: Schwingung, Auslenkung, Spiel, Position, Verkippung, Ebenheit, Profil, Verformung, Spalt, Hub, Rundheit, Dicke, Verschiebung, Kontur, etc. Genauigkeit, Stabilität, Auflösungsvermögen und Geschwindigkeit sind dabei die wichtigsten Eigenschaften. CapaNCDT Systeme werden zur Wegmessung von leitenden Messobjekten, wie Metallen, Graphit, Silizium oder Wasser eingesetzt. Außerdem sind Weg- und Dickenmessung von Isolatoren (Kunststoffe, Porzellan, Glas, etc.) möglich. Zweiseitige Dickenmessungen werden mit mindestens einem Sensorpaar durchgeführt, das in einer Achse zueinander montiert ist. Dieses Sensorpaar misst synchron auf das Messobjekt. Die Differenz der Messergebnisse (C-A-B) ergibt die Messobjektdicke.
In welchen Branchen und Anwendungen werden die Sensoren eingesetzt?
Kapazitive Sensoren werden in einem sehr breiten Anwendungsbereich eingesetzt. In der Halbleiterindustrie werden mit den kapazitiven Sensoren beispielsweise Wafer auf Dicke vermessen. Genauso werden die Sensoren in Objektiven zur höchstpräzisen Positionsmessung von Linsen im Sub-Nanometerbereich eingesetzt. Ein universeller Einsatz erfolgt in Prüflaboren, wo verschiedenste Abstandsmessungen mit wechselnden Sensoren erfüllt werden können. In der Medizintechnik wird mit den kapazitiven Sensoren die Gleichmäßigkeit von Gelatine zur Tablettenumhüllung gemessen. An anderer Stelle wird ein kapazitives Messsystem als absolut verschleißfreier Schalter in Operationsmikroskopen eingesetzt. In Tiefsttemperaturen kann bei -269 °C gegen Kupferleiterpakete gemessen und deren Verformung bei Bestromung erfasst werden. Wer würde vermuten, dass die kapazitiven Sensoren problemlos in flüssigem Stickstoff bei -190 °C direkt auf eine Metallwand messen können? In der Automobilindustrie wird die Bremsscheibendicke mit intelligenter Auswertesoftware ohne Lichtschranken oder andere Indikatoren zur Umdrehungserfassung gemessen, sowohl in der Qualitätssicherung als auch im Verschleißprüfstand bei staubiger und heißer Umgebung.
Modernste Technologie
Der spezielle Sensoraufbau mit Schutzring, die triaxialen Sensorkabel und die innovative Controllertechnologie ergeben ein perfekt aufeinander abgestimmtes Messsystem. Somit lässt sich höchste Präzision und Signalstabilität erreichen, die auch im industriellen Einsatz reproduzierbar ist. Die capaNCDT Controller von Micro-Epsilon zählen zu den modernsten Elektroniken zur Signalaufbereitung und –verarbeitung weltweit. Sie zeichnen sich besonders durch ihre einfache Bedienung und Kompatibilität aus. Die capaNCDT Komponenten sind komplett tauschbar, ohne dass eine aufwendige Kalibrierung erforderlich ist. Das umständliche Einstellen über Jumper oder Drehregler entfällt. Der Austausch von Sensoren, Kabel oder Controller erfolgt innerhalb weniger Sekunden. Da alle Komponenten zueinander passen, können auch Sensoren mit unterschiedlichen Messbereichen einfach und schnell an den Controller angeschlossen werden. Das Einstellen und Parametrieren des Controllers erfolgt über eine Bedienoberfläche auf dem Webbrowser. Dazu wird der Controller über eine Ethernet-Schnittstelle an einen Rechner angeschlossen und über eine vorgegebene IP-Adresse verbunden.
Kundenspezifische Sensorentwicklung
Micro-Epsilon entwickelt seit über 45 Jahren Sensoren und Messsysteme. Die komplette Umsetzung kundenspezifischer Sensoren erfolgt aus einer Hand, von der Anwendungsberatung über Konzeption und Entwicklung bis hin zur Herstellung und dem Service. Das Ergebnis ist eine zuverlässige Partnerschaft zwischen dem Hersteller und dem Anwender und eine nachhaltige technische Beratung, bei der die Stabilität und Effizienzsteigerung der Prozesse im Vordergrund stehen. Oft angefragte Änderungen sind z.B. geänderte Bauformen, Messobjektabstimmungen, Befestigungsoptionen, individuelle Kabellängen, abgeänderte Messbereiche oder Sensoren mit bereits integriertem Controller.
Der Blick in die Zukunft
Das Potential der kapazitiven Messtechnik ist sehr groß. Zum einen nehmen die Anforderungen an Auflösung, Stabilität und Genauigkeit in den verschiedensten Bereichen der Industrie ständig zu – dies sind Paradedisziplinen der kapazitiven Messtechnik. Zum anderen ist die kapazitive Messtechnik nicht nur auf die klassische hochauflösende Abstandsmessung beschränkt. Viele der aufgezeigten Applikationen werden auf den ersten Blick nicht mit kapazitiver Sensorik in Verbindung gebracht und zeigen nur einen Teilbereich auf, in dem der kapazitive Sensor eingesetzt werden kann. Letztlich kann die kapazitive Sensorik fast überall eingesetzt werden, wo man entweder bei konstantem Abstand ein Medium im Messspalt detektieren oder bei konstantem Medium bzw. Dielektrikum den Abstand messen kann. Dabei muss man sich vom Gedanken der hochsauberen Laborumgebung lösen, denn auch in rauerer Industrieumgebung z.B. staubiger Umgebung kann man kapazitive Sensorik sehr erfolgreich einsetzen. Die Miniaturisierung und damit verbunden eine leichtere Integrierbarkeit eröffnen weitere Anwendungen. I

Info & Kontakt

Micro-Epsilon Eltrotec GmbH
Uhingen
Stefan Stelzl, Produktmanager
Tel.: +49 7161 98872-314
Weitere Informationen zum CapaNCDT 6200
t1p.de/j2m0
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