Messung von Glas, Film und anderen nichtleitenden Materialien mit kapazitiven Sensoren

Anwendungshinweis für kapazitiven Sensor LT03-0015

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Einführung

Es ist kompliziert. Wir können helfen.Kapazitive Sensoren werden am häufigsten verwendet, um die Positionsänderung eines leitfähigen Ziels zu messen. Kapazitive Sensoren können jedoch auch zur Messung von Anwesenheit, Dichte, Dicke und Position von Nichtleitern eingesetzt werden. Der Trick besteht darin, alle anderen Variablen zu steuern, die sich auf die Messung auswirken.

Grundlagen kapazitiver Sensoren

Kapazitive Sensoren messen die Kapazität zwischen der aktiven Messfläche der kapazitiven Sonde und einem leitenden Messobjekt. In den meisten Anwendungen ändert sich der Abstand zwischen Sonde und Ziel, wodurch eine Kapazitätsänderung entsteht, die der Sensor als präzise Abstandsänderung interpretieren kann.

Wenn der Abstand zwischen Sonde und leitendem Target konstant bleibt, kann die Kapazität durch Ändern der „Dielektrizitätskonstante“ des Materials zwischen Sonde und Target geändert werden. Die Dielektrizitätskonstante von Luft beträgt etwas mehr als 1.00 und ist konstant, sofern die Luftfeuchtigkeit nicht sehr hoch wird. Die Dielektrizitätskonstante von Glas, Kunststoff und Folie ist höher als die von Luft. Jedes solche Material, das zwischen der Sonde und dem leitenden Ziel verläuft, verändert die Sensorausgabe.

Weitere Informationen zum Betrieb kapazitiver Sensoren und zur Dielektrizitätskonstante finden Sie unter Kapazitiver Sensorbetrieb und -optimierung

Nichtleiter messen

Nichtleiter können gemessen werden, indem das elektrische Feld durch sie zu einem stationären leitenden Ziel dahinter geleitet wird.

Nichtleitende Materialien wie Glas und Kunststoff haben eine andere Dielektrizitätskonstante als Luft. Die Dielektrizitätskonstante bestimmt, wie ein nichtleitendes Material die Kapazität zwischen zwei Leitern beeinflusst. Wenn ein Nichtleiter zwischen der Sonde und einem stationären Referenzziel eingefügt wird, gelangt das Erfassungsfeld durch das Material zum geerdeten Ziel (siehe Abbildung rechts). Das Vorhandensein des nichtleitenden Materials verändert das Dielektrikum und damit die Kapazität.

Das Messen der Dicke von Glas, Film, Kunststoff oder anderen Nichtleitern kann erreicht werden, indem die Sonde eines kapazitiven Sensors über einem leitenden Ziel platziert und der Sensor so eingestellt wird, dass er innerhalb seines kalibrierten Bereichs liegt. Durch Platzieren unterschiedlicher Dicken von nichtleitendem Material in dem Spalt werden unterschiedliche Sensorausgänge erzeugt. Wenn Sie einige Stücke bekannter Dicke verwenden, können Sie das Ausmaß der Änderung der Sensorleistung pro Dickeneinheit bestimmen. Dies ist ein Prozess namens "Mastering".

Nicht nur Dicke

Die Dicke ist nicht das einzige, was die Sensorleistung verändern kann. Die Ausgabe des Sensors ändert sich, wenn sich die Dichte oder Zusammensetzung des Materials ändert oder wenn die Dielektrizitätskonstante im gesamten Material nicht konsistent ist. Grundsätzlich kann das kapazitive Sensorsystem nur dann EINE der folgenden Variablen messen, wenn alle anderen Variablen konsistent sind:

  • Dicke
  • Dielektrizitätskonstante
  • Material Zusammensetzung
  • Dichte

Wenn eine dieser Variablen von Interesse ist und die anderen gesteuert (oder kompensiert) werden können, kann ein kapazitiver Sensor eine Messlösung darstellen.

Eine spezielle nicht leitende Anwendung finden Sie in unserer QucikApp Nichtleitende Beschichtung auf Metallsubstrat und ist das Prinzip in unserer Klare Etikettensensoren vom Typ LRD.