Non-touch diktemeting

Capacitieve sensoren zijn dan een optie

De dikte bepalen van bijvoorbeeld folie die uit de productiemachine rolt, vraagt om sensoren die dit snel en nauwkeurig kunnen zonder het oppervlak van de folie aan te raken. Capacitieve sensoren zijn dan een optie. Micro Epsilon levert dit type sensoren en de bijbehorende elektronica. Sensoren die zijn afgestemd om gebruikt te worden in machines voor de industrie.

Het principe van capacitieve verplaatsingsmeting met behulp van het capaNCDT (Capacitieve Non-Contact Displacement Transducer) systeem is gebaseerd op de werking van een ideale plaatcondensator. De twee plaat-elektroden worden gevormd door de sensor en het te meten object. Wanneer er een constante wisselstroom door de sensorcondensator vloeit, is de amplitude van de wisselspanning op de sensor evenredig met de afstand tussen de elektroden van de condensator. De wisselstroom wordt gedemoduleerd en vervolgens bijvoorbeeld als analoog signaal uitgegeven.

Gebruik van capacitieve sensoren

De sensoren meten ten opzichte van alle elektrisch geleidende materialen, en met geschikte elektronica ook ten opzichte van isolatoren. Capacitieve sensoren worden toegepast voor verplaatsings-, positie- en diktemetingen.
Voordelen van het meetprincipe:

• Slijtagevrij en contactloos meten
• Afstands- en diktemetingen op geleidende en niet-geleidende objecten
• Ongeëvenaarde nauwkeurigheid en stabiliteit
• Hoge bandbreedte voor snelle metingen
• Ideaal voor industriële omgevingen, magnetische velden en vacuüm

Ongeëvenaarde precisie

Uit de praktijk blijkt dat capaNCDT-meetsystemen uitstekende resultaten behalen op het gebied van lineariteit, herhaalbaarheid en resolutie. In industriële omgevingen wordt submicrometer-precisie bereikt, terwijl in schone omgevingen zelfs uiterst nauwkeurige sub-nanometer metingen mogelijk zijn.

Triaxiaal sensordesign met actieve sensor¬kabel

Het volledig triaxiale sensordesign is uniek voor capaNCDT-sensoren (afbeelding 1). De guard ring-elektrode, de aarding en de meetelektrode bevinden zich op de voorzijde van de sensor. De guard ring-elektrode zorgt voor een homogeen meetveld, waardoor nauwkeurige metingen met de hoogste signaalstabiliteit kunnen worden uitgevoerd. De extreem ruisarme sensorkabel biedt een volledig afgeschermd elektrisch signaal. Dankzij het triaxiale ontwerp zijn de sensoren ongevoelig voor magnetische storingsvelden en kunnen ze vlak worden ingebouwd in geleidende materialen. Bij meerkanaalsmetingen kunnen de sensoren bovendien probleemloos met elkaar in contact komen.

combiSENSOR

De combiSENSOR uit de serie combineert in één sensorbehuizing een wervelstroomverplaatsingssensor en een capacitieve verplaatsingssensor. Dit unieke concept maakt eenzijdige diktemeting mogelijk van elektrisch niet-geleidende materialen op metalen objecten. U moet hierbij denken aan absolute diktemeting van kunststof folies, kunststofcoatings op metalen platen of meting van aangebrachte lijmlagen.

Door berekening van de twee sensorsignalen wordt gecompenseerd voor mechanische variaties zoals thermische uitzetting, doorbuiging of excentriciteit. Dankzij de redundantie van dit gecombineerde principe blijft de gemeten diktewaarde ongevoelig voor veranderingen in de meetopstelling. Door de hoge temperatuurbestendigheid biedt de combiSENSOR hoge nauwkeurigheid, zelfs bij wisselende temperaturen.

Meetprincipe

De opbouw van de wervelstroommeetspoel en de capacitieve meettelektroden is concentrisch. Beide sensoren meten exact dezelfde plek (afbeelding 2). Het signaal van de capacitieve sensor is afhankelijk van de werkafstand, de dikte van het isolatiemateriaal (D) en de diëlektrische constante (εr). Tegelijk meet de wervelstroomsensor de afstand tot de aardelektrode (bijv. metalen plaat of rol achter de folie). De controller geeft zowel de afzonderlijke signalen uit als het verschil ertussen. Ook kan de diëlektrische constante worden berekend bij bekende dikte en werkafstand.

De controller geeft zowel de afzonderlijke signalen uit als het verschil tussen de capacitieve sensor en de wervelstroomsensor. Ook kan de diëlektrische constante worden berekend wanneer de dikte en de werkafstand bekend zijn.

Wissel van sensor en controller zonder kalibratie

Het speciaal door Micro-Epsilon ontwikkelde capacitieve meetprincipe maakt het mogelijk om een sensor binnen enkele seconden te vervangen. Het eenvoudig vervangen van sensoren met verschillende meetbereiken en het uitwisselen van verschillende capaNCDT-controllers kan zonder enige herkalibratie worden uitgevoerd.

Contactloze aarding van het meetobject

In tegenstelling tot conventionele systemen hoeft het doelobject bij synchronisatie van twee capaNCDT-apparaten niet noodzakelijk geaard te zijn. De maximale signaalkwaliteit wordt echter alleen bereikt wanneer het meetobject correct geaard is.

Klantspecifieke sensoren en OEM

Voor speciale eisen die niet met standaardmodellen kunnen worden vervuld, kunnen capacitieve sensoren worden aangepast. Veelgevraagde wijzigingen zijn o.a. aangepaste ontwerpen, afstemming op doelobjecten, montageopties, individuele kabellengtes, aangepaste meetbereiken of sensoren met geïntegreerde controller.

De sensoren zijn ontworpen als guard ring-condensatoren. Ze worden met een triaxiale kabel verbonden met de signaalverwerkingselektronica. De sensorkabel wordt met een hoogwaardige connector op de sensor aangesloten. Alle standaardsensoren kunnen binnen een maximale afwijking van 0,3% worden gebruikt zonder herkalibratie. Op verzoek worden speciaal afgestemde sensoren geproduceerd.

Systeemopbouw

Voor het verwerken van de data uit de sensor zijn er meerdere opties. Het capaNCDT 6500 systeem (afbeelding 3) is modulair en geschikt voor meerkanaalsgebruik. Tot acht sensoren kunnen via een voorversterkermodule worden aangesloten op de signaalverwerkingselektronica. Bij de DL6530 versie is de voorversterker geïntegreerd in de behuizing en geschikt voor kabellengtes tot 4 m (met CC-kabel) of 8 m (met CCg-kabel). Voor langere kabellengtes worden de externe voorversterkers CP6001 of CPM6011 gebruikt.

Een webinterface voor controllerconfiguratie wordt via Ethernet geopend. Tot 8 kanalen kunnen worden gevisualiseerd en wiskundig met elkaar worden verbonden.

Iets kleiner

Het nieuwe capaNCDT 6200 systeem (afbeelding 4) is ook modulair, maar net iets kleiner. In plaats van 8 heeft deze maximaal 4 ingangen. Net als de 6500 levert ook deze uitstekende prestaties en is aantrekkelijk geprijsd. Het systeem kan op elk moment worden uitgebreid tot vier meetkanalen. Het bevat een besturingsunit en een demodulator per sensor. Dankzij de geïntegreerde Ethernet-interface kan configuratie snel en eenvoudig via een webbrowser gebeuren.

De DT6240-PROFINET wordt direct via Industrial Ethernet geparametreerd, waardoor de volledige sensorprestatie direct in de PLC via PROFINET wordt geïntegreerd, zonder extra interface-modules. De DL6230-demodulator levert metingen met hoge resolutie. Het capaNCDT 6222 model is geschikt voor hogesnelheidsmetingen tot 20 kHz.

De compacte controller kan als tafelunit, wandunit of DIN-railunit (via adapter) worden gebruikt. Het capaNCDT 6200 systeem is compatibel met alle Micro-Epsilon sensormodellen.

Compact, capacitief enkelkanaalsysteem

Het capaNCDT 6110 systeem (afbeelding 5) is een enkelkanaals capacitief meetsysteem, compatibel met alle Micro-Epsilon sensorbereiken. Het analoge meetsysteem valt op door zijn compacte bouw en hoge prestaties. Door de miniaturisering en het gebruiksgemak is het capaNCDT 6120 ideaal voor integratie in machines en installaties. Dankzij de flexibele voeding (9–36 V) kan de 6110-serie ook in mobiele toepassingen worden gebruikt.

Tot slot

Uit het voorgaande kunt u opmaken dat Micro-Epsilon alle benodigde materialen kan leveren voor een compleet meetsysteem. Een systeem dat snel, nauwkeurig en gemakkelijk te gebruiken is.