Principio funzionamento sensori capacitivi

Come funziona la misura di spostamento senza contatto a variazione di capacità


Il sistema di misura capacitivo si basa sul principio del condensatore a facce piane parallele. Nei sensori capacitivi alimentati a frequenza costante, quando la distanza fra i due elettrodi varia, cambia il valore di capacità e quindi la tensione corrispondente. In un sistema senza contatto le due piastre dell'elettrodo sono costituite dal sensore e dal target, per cui il segnale risulta proporzionale alla distanza tra i due. Poiché la reattanza, a parità di dielettrico, è direttamente proporzionale alla distanza tra gli elettrodi, non servono linearizzazioni aggiuntive. Il segnale non viene influenzato dalla conduttività del target, una caratteristica che rende questa tecnologia stabile e ripetibile nelle misure di precisione.

Anello di guardia e linearità del segnale


La qualità della misura capacitiva dipende dalla geometria del campo elettrico generato dalla sonda. I sensori progettati con sistema ad anello di guardia mantengono le linee di campo parallele nella zona di misura, garantendo una perfetta linearità del segnale di uscita e una totale indipendenza dalla conduttività del target. Grazie a un'elettronica di linearizzazione dedicata, la misura è possibile anche rispetto a un materiale isolante, a condizione che la costante dielettrica resti costante nel tempo. È questa stabilità a rendere la tecnologia adatta alle verifiche dimensionali più esigenti.

Vantaggi dei sensori capacitivi

Il principale punto di forza di questi sensori è la versatilità unita alla precisione. Funzionano su tutti i target elettricamente conduttivi e mantengono un'elevata stabilità anche alle alte temperature, condizione preziosa negli ambienti industriali controllati. La stessa tecnologia consente inoltre di misurare lo spessore di materiali elettricamente non conduttivi, ampliando il campo di applicazione oltre la semplice misura di distanza. La natura senza contatto elimina usura e forze parassite sul componente osservato, preservando nel tempo l'accuratezza della misura.

Considerazioni applicative

Come ogni tecnologia di misura, anche quella capacitiva richiede alcune attenzioni progettuali. La sensibilità varia al variare del dielettrico presente nell'intervallo di misura, quindi la stabilità delle condizioni ambientali è determinante. La lunghezza massima del cavo è limitata dall'influenza del circuito oscillatore, un aspetto da valutare nell'integrazione. Infine il diametro della sonda cresce proporzionalmente alla distanza di misura, e con esso varia in modo conforme il diametro dello spot di misura sul target. Sono elementi che orientano la scelta del sensore verso l'applicazione corretta.

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La scelta del sensore capacitivo più adatto dipende da range, risoluzione, geometria della sonda e condizioni ambientali della tua applicazione. I nostri ingegneri ti affiancano nell'individuare la configurazione corretta, dalla misura di spostamento in laboratorio al controllo dimensionale in linea. Valuta con noi le soluzioni disponibili tra i sensori di spostamento a variazione di capacità o parla direttamente con il nostro team.


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FAQ

Un sensore capacitivo misura la distanza da un target sfruttando il principio del condensatore a facce piane parallele: sensore e oggetto costituiscono i due elettrodi, e la variazione di distanza tra loro produce una variazione di capacità proporzionale, convertita in un segnale elettrico. La misura avviene senza contatto e, grazie all'anello di guardia, con elevata linearità e indipendenza dalla conduttività del target.

Un sensore capacitivo rileva la distanza o lo spostamento rispetto a un target, con risoluzione fino al livello nanometrico. Sui materiali conduttivi misura la posizione senza contatto; con elettronica dedicata può misurare anche lo spessore di materiali isolanti, purché la costante dielettrica resti stabile. È impiegato dove servono precisione e ripetibilità elevate in ambienti controllati.

I sensori capacitivi si utilizzano nelle verifiche dimensionali di precisione: allineamento di mandrini e assi nelle macchine utensili, misura del gap negli stampi, controllo di planarità e spessore di componenti rettificati, allineamento di elementi ottici in laboratorio. Sono adatti anche al posizionamento nei semiconduttori e alla misura di traferro nei motori elettrici, dove la stabilità della misura è critica.

Il sensore capacitivo misura la variazione di capacità verso il target e offre risoluzione più fine su brevi distanze in ambienti puliti e stabili, ideale per la metrologia. Il sensore induttivo sfrutta invece le correnti parassite ed è più tollerante verso sporco, oli e ambienti industriali gravosi. La scelta dipende dalla precisione richiesta e dalle condizioni operative dell'applicazione.

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