Fasi del sensore capacitivo e target senza messa a terra

Sensore capacitivo TechNote LT03-0022

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sommario

In alcuni casi, obiettivi senza messa a terra possono influire sui risultati della misurazione. Questa nota tecnica esamina quando bersagli senza messa a terra possono causare errori e i parametri che ne determinano l'entità.

Sensori capacitivi e target senza messa a terra

Sinossi

La maggior parte degli obiettivi senza messa a terra ha una grande capacità a terra. In questi casi, non ci sono errori di misurazione. Questo è il caso della stragrande maggioranza delle applicazioni target senza messa a terra. Il più grande potenziale di errori da bersagli senza messa a terra è quando il bersaglio è piccolo o una distanza significativa da qualsiasi altro oggetto messo a terra. Le calibrazioni a risoluzione più elevata sono più suscettibili a questi errori rispetto alle calibrazioni a range esteso o standard.

Sintomi di un bersaglio senza messa a terra

Bassa sensibilità, riduzione del distacco, l'uscita varia quando la mano dell'operatore viene avvicinata all'area di misurazione; uno di questi può indicare un bersaglio scarsamente radicato.

Il ruolo del terreno nel rilevamento capacitivo

I sensori capacitivi funzionano misurando la quantità di corrente elettrica che scorre tra le sonde

La corrente di rilevamento fluisce verso terra attraverso la capacità della sonda / target.

La corrente di rilevamento fluisce verso terra attraverso la capacità sonda / target. La quantità di capacità (prossimità del bersaglio) determina quanta corrente fluirà.

rilevare la superficie e il terreno, di solito il bersaglio. Maggiore è la capacità tra la sonda e il target (più vicini sono), maggiore è il flusso di corrente. L'elettronica del driver è responsabile della creazione, del controllo e della misurazione della corrente di rilevamento.

I dettagli matematici

I = V / XCe XC = 1 / (2πFC)
dove:
I = Corrente
V = Tensione dell'azionamento dall'elettronica del driver
F = Frequenza dell'azionamento dall'elettronica del driver
C = Capacità

XC = Reattanza capacitiva (resistenza al flusso di corrente)

I sensori capacitivi presuppongono che tutti i cambiamenti nella corrente di rilevamento siano il risultato di un cambiamento nella capacità sonda / target a causa di un cambiamento nella sonda / target

Con target senza messa a terra, la corrente di rilevamento fluisce attraverso la capacità della sonda / target e quindi attraverso la capacità target / ground

Con target senza messa a terra, la corrente di rilevamento scorre attraverso la capacità sonda / target e quindi attraverso la capacità target / terra. Se la capacità target / terra è 100 volte (o più) maggiore della capacità sonda / target, la misurazione non è praticamente influenzata.

Obiettivi senza messa a terra

Affinché la corrente scorra, deve trovare un percorso verso terra. Tutto ciò che cambia la resistenza al flusso corrente influenzerà la misurazione. L'effetto dell'uso di un bersaglio senza messa a terra dipende dal percorso alternativo che la corrente di rilevamento prende a terra e da quanta resistenza (XC) incontra lungo la strada.

Messa a terra capacitiva

Molti bersagli, sebbene non direttamente collegati a terra, hanno una capacità verso terra. In questo caso, la corrente di rilevamento fluirà attraverso la capacità della sonda / target e quindi attraverso la capacità target / massa. Se la capacità target / massa è notevolmente maggiore della capacità della sonda / target (> 100 volte), la variazione totale della resistenza al flusso di corrente è trascurabile e la misurazione rimane inalterata. Se la capacità target / massa è inferiore a questa, la misurazione sarà influenzata.

Stima della capacità

In parole povere, la capacità tra una sonda e il bersaglio è di circa 1pF (picofarad). La capacità approssimativa tra due piastre parallele è:

Metrica: C = [8.86 x10-15] [Area (mm ^ 2) / Spazio (mm)]
Pollici: C = [0.225 x10-12] [Area (pollici ^ 2) / Spazio (pollici)]

Esempio: due piastre quadrate da 1 ", a 0.001" l'una dall'altra, hanno una capacità di 225pF.

Un tipico rotore del mandrino con cuscinetto ad aria ha circa 1000 pF a terra, rendendo l'errore di misurazione sostanzialmente zero.

Errori di offset e sensibilità

Quando un errore viene introdotto da una destinazione senza messa a terra, si presenta in due forme:

errore offset—Uno spostamento della distanza assoluta sonda / target a zero volt in uscita, e

errore di sensibilità—Una variazione della quantità di variazione della tensione di uscita relativa a una determinata variazione della distanza sonda / target. Poiché le misurazioni capacitive sono generalmente relative ad alcuni set point rispetto alle misurazioni di gap assoluti, l'errore di offset di solito non ha alcuna conseguenza. La preoccupazione maggiore riguarda i cambiamenti di sensibilità, in quanto ciò cambierà le relative misurazioni effettuate con il sistema.

Capacità di terra / bersaglio variabile

Se la capacità target / terra è abbastanza piccola da generare errori e varia con il tempo, la varianza della capacità apparirà come rumore variante nel tempo sull'uscita. Quando la capacità cambia, si verificherà un piccolo spostamento CC nella tensione di uscita. Cambiamenti continui nella capacità creeranno un corrispondente cambiamento continuo nella tensione di uscita che apparirà come rumore.

Soluzioni per obiettivi senza messa a terra

Le misurazioni a due canali possono eliminare la necessità di un target collegato a terra fornendo un percorso di ritorno per la corrente di rilevamento,

Le misurazioni a due canali possono eliminare la necessità di un target collegato a terra fornendo un percorso di ritorno per la corrente di rilevamento, ma solo quando i due canali sono sincronizzati a 180 ° di distanza.

Misura a due canali, sfasata

Effettuare misurazioni con un sistema a due canali in cui due canali di azionamento sono sincronizzati sfasati di 180 °. In questa configurazione, il percorso corrente è "fuori" da una sonda e "dentro" all'altra. La messa a terra non è più un problema. Una semplice misurazione del gap richiede solo l'uscita da un canale. Il secondo canale fornisce solo un percorso di ritorno per la corrente di rilevamento. Alcune misurazioni, come lo spessore a due canali, possono utilizzare entrambi i canali.

Limitazioni a due canali

L'approccio a due canali verso obiettivi senza messa a terra richiede che il flusso di corrente in ciascun canale sia identico. Qualsiasi differenza tra i due canali lascerà la carica residua sul bersaglio e creerà un errore di offset. Entrambi i canali devono essere dello stesso modello sonda ed elettronica e calibrati sulle stesse specifiche. Inoltre, i due canali devono essere sincronizzati e sfasati di 180 °. L'uso di due canali non configurati di conseguenza non sarà utile.

Piccoli cambiamenti di fase possono verificarsi in diversi punti della calibrazione delle sonde. Se un sensore si trova alla sua distanza minima e l'altro alla sua distanza massima, la differenza di fase potrebbe essere sufficiente per ridurre i benefici dell'approccio a due canali verso obiettivi senza messa a terra. Se ciò accade, il bersaglio inizierà a mostrare comportamenti di un bersaglio senza messa a terra quando le sonde si trovano in questa condizione.

Messa a terra con spazzole

Un pezzo di conduttore flessibile collegato a terra può spesso essere usato come una “spazzola” per mantenere una connessione a terra a un bersaglio altrimenti non collegato a terra. Le strisce di rame o una spazzola di metallo funzioneranno bene per questo.

Dati specifici

Le tabelle seguenti mostrano risultati specifici di target senza messa a terra con due diverse calibrazioni. Entrambe le calibrazioni sono calibrazioni a risoluzione più elevata. Calibrazioni a risoluzione più elevata tengono la sonda più vicina al bersaglio. Ciò aumenta la capacità sonda / target, che a sua volta aumenta la capacità target / terra richiesta.

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