NPN kapasitiivinen läheisyysanturi

Yksi kapasitiivisten antureiden yleisimmistä sovelluksista on tarkka paikannus. Kapasitiivisia siirtymäantureita voidaan käyttää kohteiden sijainnin mittaamiseen nanometritasolla. Tätä tarkkaa paikannusta käytetään puolijohdeteollisuudessa, jossa piisirut on sijoitettava valotusta varten. Kapasitiivisia antureita käytetään myös elektronimikroskoopin esi-tarkennukseen sirutestauksessa ja -tarkastuksessa.

2. Levyasemateollisuus

Levyasemateollisuudessa kapasitiivisia siirtymäantureita käytetään mittaamaan levyasemien karan kulkua (mittaamalla, kuinka paljon pyörivä akseli poikkeaa ihanteellisesta kiinteästä linjasta). Kiintolevyaseman valmistajat voivat määrittää aseman suurimman tiedonkirjoituskapasiteetin mittaamalla tarkasti karan loppumisen. Kapasitiivisia PNP NPN -läheisyysantureita käytetään myös varmistamaan, että levyasemalevy on kohtisuorassa karaan nähden, ennen kuin tiedot kirjoitetaan levyasemalevylle.

3. Tarkka paksuuden mittaus

Kapasitiivisia siirtymäantureita voidaan käyttää erittäin tarkkaan paksuuden mittaukseen. Kapasitiiviset siirtymäanturit toimivat mittaamalla asennon muutoksia. Jos ensin mitataan tunnetun paksuisen referenssikohteen sijainti ja sitten mitataan muita kohteita, voidaan sijaintierolla määrittää näiden kohteiden paksuus.

Jotta yksittäinen mittaus olisi tehokas, yllä-mainitun kohteen on oltava täysin tasainen ja mitattava täysin tasaisella pinnalla. Jos mitattavassa esineessä on taipumusta tai muodonmuutoksia tai se ei ole tukevasti tasaisella pinnalla, mitatun kohteen ja sen pinnan välinen etäisyys sisällytetään paksuuden mittausvirheeksi. Tämä virhe voidaan poistaa mittaamalla yksi kohde kahdella kapasitiivisella anturilla. PNP NPN kapasitiiviset läheisyysanturit on sijoitettu mitattavan osan molemmille puolille. Mittaamalla molemmilta puolilta ja huomioimalla taivutukset ja muodonmuutokset mittauksen aikana, niiden vaikutus paksuuslukemiin voidaan eliminoida.

4. Työstökoneiden mittaus

Kapasitiivisia siirtymäantureita käytetään usein metrologisissa sovelluksissa. Monissa tapauksissa antureita käytetään "tuotannon osien muotovirheiden mittaamiseen". Samalla voidaan myös mitata osien valmistukseen käytettävien laitteiden virheitä, mikä tunnetaan työstökonemetrologiana. Monissa tapauksissa antureita käytetään analysoimaan ja optimoimaan erilaisten työstökoneiden karojen, kuten pintahiomakoneiden, sorvien, jyrsinkoneiden ja ilmalaakerikarojen, pyörimistä. Jotkin ongelmat voidaan ratkaista valmistusprosessin alkuvaiheessa mittaamalla itse työstökoneen virhettä yksinkertaisesti lopputuotteen virheen mittaamisen sijaan.

5. Asennuslinjan testaus

Kapasitiivisia siirtymäantureita käytetään usein kokoonpanolinjatestaukseen. Joskus tätä anturia käytetään koottujen osien tasaisuuden, paksuuden tai muiden suunnitteluominaisuuksien testaamiseen. Joskus sitä käytetään vain määrittämään tietyn komponentin, kuten liiman, läsnäolo. Kapasitiivisen PNP NPN-läheisyysanturin käyttäminen kokoonpanolinjan osien testaamiseen auttaa estämään laatuongelmia tuotantoprosessin aikana.

Mitkä PNP NPN kapasitiivisen läheisyysanturin tekniset parametrit vaikuttavat tunnistusetäisyyteen?

I. Ydinanturin parametrit
1. Nimellinen tunnistusetäisyys (Sn)
Tämä on anturin nimellinen suurin tunnistusetäisyys normaaleissa olosuhteissa (esim. tunnistettava kohde on tiettyä materiaalia, ympäristön lämpötila on 25 astetta, eikä häiriöitä ole). Se on perusparametri, joka vaikuttaa todelliseen tunnistusetäisyyteen.
Esimerkiksi anturi, jonka mitoitettu tunnistusetäisyys on 10 mm, ei yleensä ylitä tätä arvoa (ellei sitä ole hienosäädetty säätönupin avulla, mutta tämä alue on rajoitettu).

2. Pinnan koon ja muodon tunnistaminen
Sylinterimäisen anturin tunnistuspinnan halkaisija vaikuttaa suoraan sen kykyyn havaita pieniä esineitä: suurempi halkaisija tarkoittaa, että pienten esineiden (kuten halkaisijaltaan 5 mm:n muovipylvään) tunnistusetäisyys on lähempänä nimellisarvoa; pienempi halkaisija tarkoittaa, että pienten kohteiden todellinen tunnistusetäisyys pienenee merkittävästi (mahdollisesti vain 50 % nimellisarvosta).

Tunnistuspinnan tasaisuus (esim. ulkonemia tai pinnoitteita) vaikuttaa myös kapasitanssikentän jakautumiseen, mikä epäsuorasti muuttaa tunnistusetäisyyttä.

3. Herkkyyden säätö
Joissakin antureissa on herkkyysnuppi (tai sitä voidaan säätää piirin kautta), joka muuttaa suoraan tunnistusetäisyyttä:
Herkkyyden lisääminen lisää tunnistusetäisyyttä (mutta voi lisätä väärän laukaisun riskiä, ​​kuten ympäristön kosteuden tai pölyn vuoksi);
Herkkyyden pienentäminen lyhentää tunnistusetäisyyttä (sopii häiriön vähentämiseen, mutta saattaa jättää huomiotta hieman kauempana olevat kohteet).

II. Havaintoobjektiin liittyvät parametrit
1. Kohdeobjektin dielektrisyysvakio (ε).
PNP NPN kapasitiivinen läheisyysanturitoimivat havaitsemalla kapasitanssin muutoksen kohteen ja anturin välillä, ja kapasitanssiarvo korreloi positiivisesti kohteen dielektrisyysvakion kanssa.
Mitä korkeampi dielektrisyysvakio (esim. ε≈80 nesteille ja vedelle), sitä lähempänä tunnistusetäisyys on nimellisarvoa. Mitä pienempi dielektrisyysvakio (esim. ε≈1 ilmalle ja ε≈2-5 muoville), sitä lyhyempi on todellinen tunnistusetäisyys (mahdollisesti vain 30–70 % nimellisarvosta).
Vaikka metalliesineillä on korkea dielektrisyysvakio, niiden johtavuus vaikuttaa sähkökentän jakautumiseen. Siksi joidenkin metallien antureiden tunnistusetäisyys voi olla hieman pienempi kuin ei--metallien (katso lisätietoja käyttöoppaasta).

2. Kohdeobjektin koko ja pinta-ala
Kun kohteen pinta-ala on suurempi tai yhtä suuri kuin anturin tunnistuspinta-ala, tunnistusetäisyys on lähellä nimellisarvoa. Pienemmillä pinnoilla (kuten ohuilla langoilla tai pienillä hiukkasilla) tunnistusetäisyys pienenee, kun pinta-ala pienenee (pinta-alan puolittaminen voi pienentää etäisyyttä 30–50 %).
Myös esineiden paksuudella on vaikutusta: erittäin ohuet esineet (kuten ohuet kalvot) voivat pienentää tunnistusetäisyyttä kapasitanssin hienovaraisten muutosten vuoksi.

III. Ympäristön mukautumiskykyparametrit
1. Lämpötila-alue
ThePNP NPN kapasitiivinen läheisyysanturikäsikirja määrittää käyttölämpötilan (esim. -25 astetta 70 asteeseen). Lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa sisäisten kondensaattorielementtien (kuten keraamisten ja kalvokondensaattorien) parametrien vakauteen:
Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa kapasitanssin ajautumista ja lyhentää tunnistusetäisyyttä;
Alhaiset lämpötilat voivat hidastaa piirin vastetta, mikä lisää hieman tunnistusetäisyyttä, mutta heikentää vakautta.
Jotkut korkean -tarkkuuden anturit osoittavat "lämpötilavaikutuskertoimen" (esim. ±0,1 % Sn/aste) mitatakseen lämpötilan vaikutuksen etäisyyteen.

2. Suojausluokitus (IP Rating)
Suojausluokitus (esim. IP67, IP68) vaikuttaa anturin vakauteen kosteissa ja pölyisissä ympäristöissä:
Matalan-IP--luokituksen anturit ovat herkkiä kondensaatiolle anturipinnalle korkeassa kosteudessa, mikä vastaa suuren dielektrisyysvakion omaavan kohteen lisäämistä, mikä saattaa aiheuttaa epänormaalin tunnistusetäisyyden pidentymisen (väärä liipaisu).
Pölyn tarttuminen muuttaa anturipinnan kapasitanssia aiheuttaen etäisyyden siirtymistä (yleensä lyhenemistä).

3. Häiriönkestävyys
Anturin kyky vaimentaa sähkömagneettisia häiriöitä (EMI) ja radiotaajuisia häiriöitä (RFI) (kuten CE-sertifioinnin edellyttämä häiriönkestävyysluokitus) voi vaikuttaa havaitsemisen vakauteen:
Jos häiriöresistanssi on heikko, sähkökenttä voi häiriintyä moottoreiden tai invertterien lähellä käytettäessä, jolloin tunnistusetäisyys vaihtelee (epävakaus).

IV. Piirin lähtö- ja virtalähteen parametrit
1. Syöttöjännitealue
Useimmat anturit vaativat tasavirtalähteen (esim. 12-24 V DC). Jännitteen vaihtelut voivat vaikuttaa sisäisen oskillaattoripiirin vakauteen:
Alijännite: Värähtelysignaali heikkenee, mikä lyhentää tunnistusetäisyyttä.
Ylijännite: Tämä voi aiheuttaa piirin ylikuormituksen, mikä voi johtaa epänormaaliin tunnistusetäisyyteen tai anturin vaurioitumiseen.

2. Vastausaika
Vaikka vasteaika (esim. pienempi tai yhtä suuri kuin 1 ms) ei suoraan määritä tunnistusetäisyyttä, se voi vaikuttaa nopeasti liikkuvien kohteiden havaitsemiseen.
Jos kohde liikkuu vasteaikaa nopeammin, se voi kulkea havaintoalueen läpi ennen anturin laukaisua, jolloin "todellinen tehollinen etäisyys" havaitaan virheellisesti lyhyemmäksi.