Capteur capacitif en phase et cibles non mises à la terre

Capteur capacitif TechNote LT03-0022

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Récapitulatif

Dans certains cas, des cibles non mises à la terre peuvent affecter les résultats de la mesure. Cette note technique examine les cas dans lesquels des cibles non mises à la terre peuvent provoquer des erreurs et les paramètres qui déterminent leur ampleur.

Capteurs capacitifs et cibles non mises à la terre

Synopsis

La plupart des cibles non mises à la terre ont une grande capacité à la terre. Dans ces cas, il n'y a pas d'erreur de mesure. C'est le cas dans la grande majorité des applications cibles non mises à la terre. Le plus grand risque d'erreur provenant de cibles non mises à la terre se produit lorsque la cible est petite ou à une distance significative de tout autre objet relié à la terre. Les étalonnages à haute résolution sont plus sensibles à ces erreurs que les étalonnages standard ou étendus.

Symptômes d'une cible sans fondement

Faible sensibilité, distance de sécurité réduite, la sortie varie lorsque la main de l'opérateur est approchée de la zone de mesure. n'importe lequel de ceux-ci peut indiquer une cible mal mise à la terre.

Le rôle de la terre dans la détection capacitive

Les capteurs capacitifs fonctionnent en mesurant la quantité de courant électrique qui circule entre les sondes

Le courant de détection circule vers la terre à travers la capacité sonde / cible.

Le courant de détection passe à la terre à travers la capacité sonde / cible. La quantité de capacité (proximité de la cible) détermine la quantité de courant qui circulera.

surface de détection et au sol - généralement la cible. Plus la capacité entre la sonde et la cible est grande (plus elles sont proches), plus le courant circule. Les composants électroniques du pilote sont responsables de la création, du contrôle et de la mesure du courant de détection.

Les détails mathématiques

I = V / XCet XC = 1 / (2πFC)
où:
I = courant
V = Tension du variateur à partir de l'électronique de pilotage
F = Fréquence de pilotage de l'électronique de pilotage
C = capacité

XC = Réactance capacitive (résistance à la circulation du courant)

Les capteurs capacitifs supposent que tous les changements dans le courant de détection résultent d'un changement dans la capacité de la sonde / cible en raison d'une modification de la sonde / cible

Avec des cibles non mises à la terre, le courant de détection circule à travers la capacité sonde / cible, puis à travers la capacité cible / terre

Avec des cibles non mises à la terre, le courant de détection passe à travers la capacité sonde / cible, puis à travers la capacité cible / masse. Si la capacité cible / masse est multipliée par XN (ou plus) par rapport à la capacité sonde / cible, la mesure n'est pratiquement pas affectée.

Cibles non mises à la terre

Pour que le courant détecte le courant, il doit trouver un chemin à la terre. Tout ce qui change la résistance au courant affecte la mesure. L’effet de l’utilisation d’une cible non mise à la terre dépend du chemin alternatif emprunté par le courant de détection et de la résistance (XC) il rencontre le long du chemin.

Mise à la terre capacitive

De nombreuses cibles, bien qu'elles ne soient pas directement mises à la terre, ont une capacité à la terre. Dans ce cas, le courant de détection circulera à travers la capacité sonde / cible, puis à travers la capacité cible / terre. Si la capacité cible / terre est considérablement plus grande que la capacité sonde / cible (> 100 fois), la variation totale de la résistance au flux de courant est négligeable et la mesure reste inchangée. Si la capacité cible / terre est plus petite que cela, la mesure sera affectée.

Estimation de la capacité

Grosso modo, la capacité entre une sonde et la cible est d'environ 1pF (picofarad). La capacité approximative entre deux plaques parallèles est:

Métrique: C = [8.86 x10-15] [Zone (mm ^ 2) / Espace (mm)]
Pouce: C = [0.225 x10-12] [Zone (pouce ^ 2) / Espace (pouce)]

Exemple: Deux plaques carrées de 1 ", distantes de 0.001", ont une capacité de 225pF.

Un rotor de broche à roulement pneumatique typique a environ 1000pF à la masse, ce qui rend l'erreur de mesure pratiquement nulle.

Erreurs de décalage et de sensibilité

Lorsqu'une erreur est introduite par une cible non mise à la terre, elle se présente sous deux formes:

erreur de décalage—Un décalage de la distance absolue sonde / cible à une sortie nulle, et

erreur de sensibilité- une variation de la quantité de variation de la tension de sortie par rapport à une modification donnée de la distance sonde / cible. Étant donné que les mesures capacitives sont généralement relatives à un point de consigne, par opposition aux mesures d'intervalle absolues, l'erreur de décalage n'a généralement aucune conséquence. La principale préoccupation concerne les changements de sensibilité, car cela modifiera les mesures relatives effectuées avec le système.

Variation de la capacité cible / masse

Si la capacité cible / masse est suffisamment petite pour générer des erreurs et si elle varie avec le temps, la variance de la capacité apparaîtra comme un bruit variant dans le temps sur la sortie. Lorsque la capacité change, un léger décalage CC se produira dans la tension de sortie. Les changements continus de la capacité créeront un changement continu correspondant de la tension de sortie qui apparaîtra comme du bruit.

Solutions pour des cibles non fondées

Les mesures à deux canaux peuvent éliminer le besoin d'une cible mise à la terre en fournissant un chemin de retour pour le courant de détection,

Les mesures à deux canaux peuvent éliminer le besoin d'une cible mise à la terre en fournissant un chemin de retour pour le courant de détection, mais uniquement lorsque les deux canaux sont synchronisés à 180 °.

Mesure à deux canaux et déphasée

Effectuez des mesures avec un système à deux canaux dans lequel deux canaux de commande sont synchronisés hors phase 180 °. Dans cette configuration, le chemin actuel est «en sortie» d'une sonde et «en» de l'autre. La mise à la terre n'est plus un problème. Une simple mesure de l'écart ne nécessite que la sortie d'un canal. Le second canal fournit uniquement un chemin de retour pour le courant de détection. Certaines mesures, telles que l'épaisseur de deux canaux, peuvent utiliser les deux canaux.

Limitations à deux canaux

L'approche à deux canaux pour les cibles non mises à la terre nécessite que le flux de courant dans chaque canal soit identique. Toute différence entre les deux canaux laissera une charge résiduelle sur la cible et créera une erreur de décalage. Les deux canaux doivent être du même modèle que la sonde et l'électronique et calibrés selon les mêmes spécifications. De plus, les deux canaux doivent être synchronisés et 180 ° hors phase. L'utilisation de deux canaux non configurés en conséquence ne sera pas bénéfique.

De petits changements de phase peuvent se produire à différents moments de l’étalonnage des sondes. Si un capteur se trouve à son intervalle minimum et l'autre à son intervalle maximum, la différence de phase peut être suffisante pour réduire les avantages de l'approche à deux canaux vis-à-vis de cibles non mises à la terre. Si cela se produit, la cible commence à présenter les comportements d'une cible non mise à la terre lorsque les sondes sont dans cet état.

Mise à la terre avec des brosses

Un morceau de conducteur flexible mis à la terre peut souvent être utilisé comme une «brosse» pour maintenir une connexion à la terre à une cible autrement non mise à la terre. Des lanières de cuivre ou une brosse métallique conviendront parfaitement.

Données spécifiques

Les tableaux ci-dessous montrent les résultats spécifiques de cibles non mises à la terre avec deux calibrages différents. Les deux étalonnages sont des étalonnages à plus haute résolution. Les étalonnages à haute résolution maintiennent la sonde plus près de la cible. Cela augmente la capacité sonde / cible, ce qui augmente à son tour la capacité cible / terre requise.

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