Kapazitive Wegsensoren stehen für Genauigkeit und Stabilität

Wegsensoren stehen häufig als das genauigkeitsbestimmende Messmodul im Zentrum von komplexen Messsystemen für das dimensionelle Prüfen. Dabei werden sehr hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Wegsensoren gestellt. Wichtige Einsatzkriterien sind Genauigkeit und Temperaturstabilität, Auflösungsvermögen und Grenzfrequenz.

Der Name Micro-Epsilon verbindet sich insbesondere mit berührungslosen Wegsensoren. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn schnelle Wegänderungen erfasst werden sollen, keine Kräfte auf das Messobjekt ausgeübt werden dürfen, hochempfindliche Oberflächen eine Berührung nicht zulassen oder eine lange Lebensdauer der Sensoren (Verschleißfreiheit) gefordert wird. Mit kapazitiven Wegsensoren ist heute ein Entwicklungs- und Fertigungsniveau erreicht, das höchste Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit gewährleistet.

Das Prinzip der kapazitiven Wegmessung basiert auf der Wirkungsweise des idealen Plattenkondensators. Eine Abstandsverschiebung der Platten bewirkt eine Änderung der Gesamtkapazität. Bei einem Sensorsystem werden die beiden Plattenelektroden durch den Sensor und das Messobjekt gebildet. Durchfließt ein Wechselstrom konstanter Frequenz den Sensorkondensator, so ist die Amplitude der Wechselspannung am Sensor dem Abstand zum Messobjekt (Masse-Elektrode) proportional. Durch spezielle Auswertung des Blindwiderstandes Xc des Plattenkondensators erreicht man ohne zusätzliche Linearisierung einen streng proportionalen Zusammenhang. In der Praxis wird diese Linearität durch den Aufbau der Sensoren als Schutzringkondensatoren nahezu ideal verwirklicht. Dies gilt unabhängig von der Leitfähigkeit für alle Metalle als Messobjekt.

Bei halbleitenden Messobjekten wirkt sich die gegenüber Metallen recht geringe elektrische Leitfähigkeit ungünstig auf das Messprinzip aus, da dort möglicherweise kein ausreichender Ladungstransport im Target mehr möglich ist. Abhilfe lässt sich in diesem Fall dadurch schaffen, dass man die Leitfähigkeit des Messobjektes „künstlich“ erhöht, was u.a. durch eine geeignete Beleuchtung der Messstelle erreicht werden kann. Dieser als „Photoleitung“ bekannte Effekt kann die elektrische Leitfähigkeit des Target-Materials um mehrere Größenordnungen erhöhen und damit den Einsatz kapazitiver Sensoren ermöglichen.

Das Schutzringkondensator-Prinzip wird von der neuen Produktserie capaNCDT 6100 in vollem Umfang verwirklicht und damit in den Vorteilen auch entsprechend genutzt. Das umfangreiche Sensorprogramm beginnt bei einem Messbereich von 200 µm und deckt bei den größeren Modellen Wege bis 10 mm ab. In Verbindung mit dem kompakten Controller liefert die Serie 6100 Linearitätswerte von 0,4 %, Auflösungen von 0,01 % bei einer Grenzfrequenz von 2 kHz. Als Versorgungsspannung sind 9 36 V erforderlich. Am Ausgang stehen 0-10 Volt zur Verfügung.