Czujniki pojemnościowe – tam gdzie wymagana jest najwyższa precyzja pomiarów

Dziś przyjrzymy się bliżej pozornie zwyczajnym czujnikom, które są znane w przemyśle raczej jako proste elementy pomiarowe. Jednak specjalna konstrukcja, opracowana przez Micro-Epsilon sprawia, że czujniki pojemnościowe stają się urządzeniami o wyjątkowej precyzji do najbardziej wymagających aplikacji, jak choćby Ekstremalnie Wielki Teleskop, tworzony na zlecenie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ang. ESO - European Southern Observatory).

Funkcjonalność i metoda pomiaru czujników pojemnościowych

Bezkontaktowe czujniki pojemnościowe służą do pomiaru przemieszczenia, odległości i pozycji oraz grubości materiałów przewodzących prąd.

Czujnik składa się z pierścienia ekranującego, elektrody i uziemienia, umieszczonego na krawędzi czujnika wraz z elektrodą pomiarową. Specjalna konstrukcja czujnika z dodatkowym pierścieniem ekranującym umożliwia otrzymanie jednorodnego pola pomiarowego bezpośrednio pod czołem głowicy pomiarowej. Istotnym elementem systemu jest również trójwarstwowy przewód zapewniający idealne dopasowanie czujnika oraz kontrolera. W następstwie systemy pomiarowe capaNCDT producenta Micro-Epsilon oznaczają wysoką precyzję i stabilność sygnału. W zastosowaniach przemysłowych czujniki pojemnościowe osiągają rozdzielczości w zakresie poniżej nanometrów. 

Działanie czujnika pojemnościowego polega na wykryciu zmiany pojemności elektrycznej. W przypadku kondensatora płytkowego pojemność między dwiema płytkami o stałej wielkości zmienia się przez różnicę odległości lub przez umieszczenie dielektryka w szczelinie pomiarowej.

Dzięki metodzie pojemnościowej (czujnik) i przewodzącym elemencie pomiarowym (obiekt) oddziaływają wzajemnie na siebie jak idealny kondensator płytkowy. Jeżeli prąd przemienny o stałej częstotliwości przepływa przez kondensator czujnika, amplituda napięcia przemiennego na czujniku jest proporcjonalna względem odległości mierzonego obiektu (elektrody uziemiającej).

Ze względu na konstrukcję czujników z podwójnym pierścieniem ekranującym, w praktyce uzyskiwana jest niemal idealna charakterystyka liniowości, co jest cechą szczegółną tych sensorów. Do stałego pomiaru wymagana jest stała dielektryczna między czujnikiem a obiektem testowym.

Wysoka odporność na zakłócenia przeciwko polom magnetycznym

Do zastosowań w środowiskach o silnym polu magnetycznym Micro-Epsilon oferuje czujniki i przewody czujników wykonane z materiałów niemagnetycznych, takich jak tytan i stal nierdzewna. Osłona uzyskana dzięki trójosiowej konstrukcji zapewnia wyjątkowo wysoką odporność na zakłócenia.

Zastosowania w próżni i przestrzeni sterylnej

Pojemnościowe czujniki przemieszczenia Micro-Epsilon są często stosowane w aplikacjach próżniowych i pomieszczeniach typu clean room, gdzie osiągają rozdzielczości na poziomie nanometrów w otoczeniu bez cząstek.

Do zastosowań próżniowych Micro-Epsilon oferuje specjalne czujniki, przewody i akcesoria połączeniowe.Te czujniki i przewody są w dużym stopniu pozbawione cząstek i stosowane w pomieszczeniach sterylnych o klasie czystości ISO1.

Najwyższa precyzja w ekstremalnych temperaturach

W przeciwieństwie do tradycyjnych bezkontaktowych technik pomiarowych pojemnościowe czujniki przemieszczenia Micro-Epsilon charakteryzują się najwyższą dokładnością pomiaru. Ponieważ indukowane termicznie zmiany przewodności obiektu pomiarowego nie mają wpływu na pomiary, rezultaty pomiarowe pozostają stabilne nawet przy zmiennych temperaturach. Na przykład pojemnościowe czujniki przemieszczenia są używane do pomiaru odległości magnesów nadprzewodzących. Odporna na temperaturę konstrukcja czujnika umożliwia realizację pomiaru w temperaturze otoczenia do -270 ° C, przy zachowaniu maksymalnej rozdzielczości.

Pełna kompatybilność: wymiana czujnika i sterownika bez kalibracji

Czujniki, przewody i kontrolery capaNCDT można szybko i łatwo wymieniać. Ze względu na ich modularność systemu dodatkowa kalibracja i linearyzacja nie jest wymagana. Łatwa wymienialność elementów capaNCDT i prosta wymiana czujników o różnych zakresach pomiarowych mogą być przeprowadzone na miejscu w krótkim czasie. Warto podkreślić, że Micro-Epsilon oferuje największą na świecie różnorodność kombinacji w pojemnościowych pomiarach przemieszczenia.

Nowoczesna i łatwa w obsłudze technologia sterowania

Nowoczesne kontrolery capaNCDT są wyposażone w różne interfejsy, takie jak analogowy, Ethernet i EtherCAT. Pojemnościowe systemy pomiarowe można łatwo regulować za pomocą interfejsu sieciowego z dostępem za pomocą przeglądarki internetowej. Kontroler jest podłączony do komputera za pomocą interfejsu Ethernet. Ustawienia, filtry i funkcje arytmetyczne są następnie zapisywane bezpośrednio w sterowniku.

Ekstremalnie Wielki Teleskop

Jednym z największych projektów, w jakim są wdrażane czujniki pojemnościowe Micro-Epsilon jest Ekstremalnie Wielki Teleskop  - największy na świecie teleskop optyczny i na podczerwień opracowany przez Europejskie Obserwatorium Południowe ( ang. ESO).  

Samo lustro główne będzie miało średnicę 39 metrów i będzie zawierało 798 pojedynczych segmentów. Te segmenty o strukturze plastra miodu muszą być dokładnie ustawione względem siebie, aby stworzyć idealny układ optyczny. 4608 czujników dostarczonych przez konsorcjum FAMES (Fogale i Micro-Epsilon) zapewnia dokładne ustawienie z dokładnością do nanometrów.

Micro-Epsilon odpowiada za produkcję czujników, które są najdokładniejszymi kiedykolwiek stosowanymi w teleskopie. Przeznaczone do zastosowań zewnętrznych czujniki wyróżniają się długoterminową stabilnością temperaturową, a także wysoką odpornością na wpływy zewnętrzne. Będą stanowić fundamentalną część bardzo kompleksowego systemu, który będzie nieustannie mierzył położenie segmentów zwierciadła głównego ELT względem sąsiednich segmentów i pozwoli segmentom pracować razem, aby tworzyły idealny system obrazujący. 

Projekt ma zostać ukończony w 2025 roku. Gigantyczny teleskop pozwoli na realizację badań, które dotąd nikt na świecie nie był w stanie wykonać, m.in. na badanie atmosfer planet pozasłonecznych. 

Czujniki pojemnościowe do zastosowań w dużych ilościach i OEM

Pojemnościowy system pomiarowy można dostosować do konkretnych zadań pomiarowych zgodnie z Twoimi instrukcjami, np. konstrukcję, kalibrację, wersję do zastosowań w komorze kriogenicznej, próżni / UHV, długości przewodów, modyfikację zakresów pomiarowych lub czujniki ze zintegrowanym sterownikiem.

Dowiedz się więcej o możliwościach czujników pojemnościowych – skontaktuj się z naszymi doradcami, którzy dobiorą odpowiedni system do Twoich potrzeb.