02.2 Capacitive measuring systems
Messsysteme

Kapazitive Wegmesssysteme

Für höchste Präzision bei Entfernungs-, Positions- und Bewegungsmessungen.

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Wenn Sie eine genaue und zuverlässige Bewegungs- oder Positionssteuerung benötigen, sind kapazitive Messsysteme eine hervorragende Lösung. Mit bewährten Leistungsmerkmalen, wie herausragender Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit, können Sie die Systemperformance erzielen, die Sie benötigen.

Als weltweit führender Anbieter von Präzisionssystemen liefern wir eine Reihe von Sensoren, um Ihre Wünsche zu erfüllen: Auflösung, Geschwindigkeit und einfache Integration.
 
Wir haben eigene Experten mit langjähriger Erfahrung bei der Integration von Sensorsystemen. Zusammen mit kurzen Lieferzeiten und der Möglichkeit, an Ihre Anforderungen angepasste Lösungen zu finden, unterstützen wir Sie dabei Ihre High-Tech-Produkte so auf den Markt zu bringen, dass ein dauerhafter ROI erzielt wird. Herstellern wissenschaftlicher Instrumente bietet unser Know-how den Vorteil einen Partner zu haben, der Messvertrauen und Rückverfolgbarkeit garantiert.

Auf einen Blick

  • Die höchste Auflösung bei der höchsten
  • Ausgabe Bandbreite auf dem Markt.
  • Analoge und digitale Ausgänge.
  • Einfache Benutzerschnittelle
  • Verschiedene Benutzerplattformen, z.B. EtherCAT.
  • Hochvakuumtauglich.
  • Für hohe Temperaturen.
  • Anpassbar an Ihre Anforderungen.
Mehr Funktionen
02.2 Capacitive measurement probes
Die hochmodernen Systeme sind, je nach Anwendung, als Standard- oder kundenspezifische Lösung verfügbar.
CPL490_2-1
CPL 490
CPL190_290-1
CPL190
cpl230WithProbes-1
CPL230
CPL350 with Probe-1
CPL350
Driver name
 CPL490 CPL190/290 CPL230 CPL350 CPL590
Max. resolution 0,05nm @1kHz 0,05nm @100Hz 0,07nm @100Hz 0,07nm @100Hz 0,11nm @1kHz
Typical res. @15kHz 0,0007% F.S. 0,003% F.S. 0,004% F.S. 0,004% F.S. 0,003% F.S.
Max. bandwidth 50 kHz 15 kHz 15 kHz 15 kHz 15 kHz
Measurement range 10 - 100 um 10 um - 12,5 mm 10 um - 12,5 mm 10 um - 12,5 mm 10 um - 12,5 mm
Typical linearity 0,2% F.S. 0,2% F.S. 0,5% F.S. 0,5% F.S. <0,1% F.S.
Number of channels 1 - 3 1 - 8 1 - 6 1 1 - 8
Typical thermal drift 0,02% F.S.*/C 0,04% F.S.*/C 0,04% F.S.*/C 0,04% F.S.*/C 0,02% F.S.*/C
Other features Easy DAQ connection CPL290 comes with dual range Embeddable OEM design Embeddable OEM design Up to 4 selectable ranges
* F.S. = full scale
CPL490 CPL190/290 CPL230 CPL350 CPL590
Info

Der CPL490 ist unser leistungsstärkstes kapazitives Sensorsystem für Messungen mit sehr hoher Präzision und/oder sehr hoher Geschwindigkeit. Mit bis zu zehnmal höherer Auflösung im Vergleich zu unseren anderen Systemen ist dies das präziseste kapazitive Wegmesssystem der Welt. Bei einer Bandbreite von 1 kHz beträgt die Auflösung 50 Pikometer. Bei einer Bandbreite von 50 kHz, einer bemerkenswert hohen Frequenz für kapazitive Messsysteme, liegt die Genauigkeit immer noch unter 0,3 Nanometern.

Probe choices
Probe Model Sensing Area (mm) Range Type Range (µm) Near Gap (µm) Resolution (nm) @1 kHz @10 kHz @15 kHz @50 kHz
2G-C8-0.5 0.5 Fine 10 20 0,05 0,07 0,09 0,26
    Standard 50 25 0,17 0,27 0,35 1,0
    Extended 100 50 0,38 0,80 1,0 3,3
2G-C8-1.2 01.2mm Fine 50 25 0,15 0,20 0,22 0,63
    Standard 100 50 0,33 0,40 0,52 1,7
    Extended 200 100 0,68 1,0 1,3 3,8
Probe brochure

Probe brochure CPL490

application example

SEM focus

SEM focus - Für die Stage-Fokussierung wurde ein integriertes Sensorsystem entwickelt. Ein maßgeschneidertes Sonden-Design mit einer 45 ° -Oberfläche war erforderlich, um dem verfügbaren Raum zu entsprechen. Die Sonde wurde gekapselt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern und Probleme mit statischer Aufladung zu vermeiden. Der Sensor wurde so optimiert, dass Ein- und Ausschalten innerhalb von 1 ms möglich ist. Für die hochpräzise Fokusmessung mit Sub-Nanometer-Genauigkeit wurde eine Dual-Range-Option angeboten. Das System wurde für eine UHV-Umgebung mit Vakuumdurchführung geliefert.

Info

Die Baureihen CPL190 und CPL290 setzen einen Industriestandard für die Kombination aus herausragender Bandbreite, Genauigkeit und Auflösung. Mit Bandbreiten von bis zu 15 kHz bieten sie ein Signal-Rausch-Verhalten, das niedrig genug für eine Auflösung im Sub-Nanometer-Bereich ist. Eine modulare Systemstruktur unterstützt bis zu 8 Kanäle pro System, synchronisiert und ohne Signalüberlagerung bei Messung auf ein Ziel.

Dieses System ist ideal für hochpräzise Anwendungen sowohl im Labor als auch integriert in Instrumente oder Maschinen. Die Baureihe ist erhältlich sowohl als Single- (CPL190) als auch Dual-Range System (CPL290).

Probe choices
Probe Model Sensing Area (mm) Range Type Range (µm) Near Gap (µm) Resolution (nm) @1 kHz @10 kHz @15 kHz
C3,C5 0,5 Fine 10 20 0,14 0,40 0,5
    Standard 50 50 0,50 3,0 4,0
    Extended 60 60 1,0 5.0 -
C3,C5 0,8 Fine 25 75 0,5 1,2 1,5
    Standard 100 100 1,0 3,5 5,0
  2,0 Ultrafine 10 20 0,08 0,15 0,25
    Fine 50 75 0,3 0,6 1,0
    Standard 250 125 1,0 4,0 5,0
    Extended 500 125 3,0 8,0 10
C8 3.2 Fine 50 125 0,4 1,0 1,6
    Standard 500 250 3,0 6,0 10
    Extended 1250 250 15,0 20 30
C9,5,R20 5.6 Fine 50 225 0,4 08 1,3
    Standard 500 500 3,0 7,0 10
    Extended 2000 250 10 20 30
C18 13 Fine 2000 2000 30 35 40
    Standard 3200 2000 40 50 60
R45 19 Standard 2500 5000 70 90 100
    Extended 6000 3000 120 160 180
C25 21 Standard 8000 5000 100 130 150
    Extended 12500 5000 180 230 250
Probe brochure

Probe brochure CPL190/290

Application Example

Disk drive run out

Disk Drive Run Out - In der Produktion war die 100% Messung von Festplattenschreibköpfen erforderlich, um den Auslauf zu minimieren. Durch die Reduzierung können kleinere Spurbreiten geschrieben und höhere Speicherdichten erreicht werden. Extrem hohe Auflösung im Subnanometer Bereich wurde für sehr kleinen Ziele (kleinstes Ziel 0,2 mm) benötigt. Dafür wurde ein maßgeschneidertes Sonden-Design mit einem Sensorbereich am Rande einer flachen Sonde entwickelt; ein Design mit einer gabelförmigen Sonde wurde verwendet, um die Messung schwer zugänglicher Standorte zu ermöglichen. Für eine einfache Integration in die Kundenelektronik wurde die Treiberlektronik in Eurocard Größe realisiert.

Info

Das kapazitive Messsysteme CPL230 bietet hohe Leistung in einem kompakten Format. Ideal für Integrierte- oder OEM-Anwendungen. Mit ein bis sechs Kanälen auf kleinem Raum bietet es eine Lösung für die einfache Einbindung. Mehrere CPL230 können zu einem System vereinigt werden; dafür können alle Kanäle zur Messung auf ein gemeinsames Ziel synchronisiert werden.

Probe choices
Probe Model Sensing Area (mm) Range Type Range (µm) Near Gap (µm) Resolution (nm) @1 kHz @10 kHz @15 kHz
C3,C5 0,5 Fine 10 20 0,14 0,40 0,5
    Standard 50 50 0,50 3,0 4,0
    Extended 60 60 1,0 5.0 -
C3,C5 0,8 Fine 25 75 0,5 1,2 1,5
    Standard 100 100 1,0 3,5 5,0
C5,C8 2,0 Ultrafine 10 20 0,08 0,15 0,25
    Fine 50 75 0,3 0,6 1,0
    Standard 250 125 1,0 4,0 5,0
    Extended 500 125 3,0 8,0 10
C8 3.2 Fine 50 125 0,4 1,0 1,6
    Standard 500 250 3,0 6,0 10
    Extended 1250 250 15,0 20 30
C9,5,R20 5.6 Fine 50 225 0,4 08 1,3
    Standard 500 500 3,0 7,0 10
    Extended 2000 250 10 20 30
C18 13 Fine 2000 2000 30 35 40
    Standard 3200 2000 40 50 60
R45 19 Standard 2500 5000 70 90 100
    Extended 6000 3000 120 160 180
C25 21 Standard 8000 5000 100 130 150
    Extended 12500 5000 180 230 250
Probe brochure

Probe brochure CPL230

Application Example

Spindelfehler - Für den Werkzeugmaschinenmarkt war ein Mehrkanalsystem erforderlich, um kritische Leistungsparameter an Spindeln zu bestimmen, wie radiale und axiale Fehlerbewegungen, thermische Drift und Störungen aufgrund von Umgebungsvibrationen. Die entwickelte Hardware kann mit Encodern oder Indeximpulsen synchronisiert werden und verwendet ein integriertes Temperaturmodul. Das System bietet eine Dual-Range-Option für Standard- oder Ultrapräzisionsmaschinen. Die integrierte Datenerfassung wird für höchste Genauigkeit eingesetzt, ungestört von elektrischen Einflüssen.

 

Info

Das kapazitive Messsystem CPL350 bietet hohe Leistung in einem kompakten Format. Ideal für Integrierte- oder OEM-Anwendungen. Mit einer Treiberelektronik auf besonders kleinem Raum bietet es eine Lösung für die einfache Integration.

Probe choices
Probe Model Sensing Area (mm) Range Type Range (µm) Near Gap (µm) Resolution (nm) @1 kHz @10 kHz @15 kHz
C3,C5 0,5 Fine 10 20 0,14 0,40 0,5
    Standard 50 50 0,50 3,0 4,0
  Extended 60 60 1,0 5.0 -
C3,C5 0,8 Fine 25 75 0,5 1,2 1,5
    Standard 100 100 1,0 3,5 5,0
C5,C8 2,0 Ultrafine 10 20 0,08 0,15 0,25
    Fine 50 75 0,3 0,6 1,0
    Standard 250 125 1,0 4,0 5,0
    Extended 500 125 3,0 8,0 10
C8 3.2 Fine 50 125 0,4 1,0 1,6
    Standard 500 250 3,0 6,0 10
    Extended 1250 250 15,0 20 30
C9,5,R20 5.6 Fine 50 225 0,4 08 1,3
    Standard 500 500 3,0 7,0 10
    Extended 2000 250 10 20 30
C18 13 Fine 2000 2000 30 35 40
    Standard 3200 2000 40 50 60
R45 19 Standard 2500 5000 70 90 100
    Extended 6000 3000 120 160 180
C25
21 Standard 8000 5000 100 130 150
    Extended 12500 5000 180 230 250
Probe brochure

Probe brochure CPL350

Application Example

Automotive bearing

Autolager - In der Produktion war eine 100% Messung der Dicke von Kugellagerschalen erforderlich. Die Messung sollte in der Zuführung durchgeführt werden, was zu einer großen Variation der Position zur Sonde führte. Dies erforderte einen großen Abstands- und Messbereich bei gleichzeitiger Beibehaltung der Genauigkeit unter einem Mikrometer. Die Sonden wurden gegen die konvexe / konkave Oberfläche kalibriert, um Linearitätsfehler zu beseitigen, die durch den kleinen Radius der Lagerschale verursacht wurden. Um die Exzentrizität zu messen, wurde in einer nachfolgenden Anwendung ein CPL230 mit bis zu 6 Kanälen pro Maschine implementiert. Die Kanäle wurden synchronisiert, um eine gegenseitige Beeinflussung bei der Messung zu vermeiden.

Info

Der CPL590 ist unser kompaktes digitales System, das eine außergewöhnliche Langzeitstabilität für hochpräzise und/oder Hochgeschwindigkeitsmessungen bietet. Mit der 2U Größe eines Kanals bietet es EtherCAT, SPI und USB sowie bis zu 4 kalibrierte Messbereiche für eine einzelne Sonde. Diese können digital (ferngesteuert) oder mit einem Druckknopf an der Vorderseite der Treiberelektronik umgeschaltet werden.

Probe choices
Probe Model Sensing Area (mm) Range Type Range (µm) Near Gap (µm) Resolution (nm) @1 kHz @10 kHz @15 kHz
C3,C5 0,5 Fine 10 20 0,14 0,40 0,5
    Standard 50 50 0,50 3,0 4,0
    Extended 60 60 1,0 5.0 -
C3,C5 0,8 Fine 25 75 0,5 1,2 1,5
    Standard 100 100 1,0 3,5 5,0
C5,C8 2,0 Ultrafine 10 20 0,08 0,15 0,25
    Fine 50 75 0,3 0,6 1,0
    Standard 250 125 1,0 4,0 5,0
    Extended 500 125 3,0 8,0 10
C8 3.2 Fine 50 125 0,4 1,0 1,6
    Standard 500 250 3,0 6,0 10
    Extended 1250 250 15,0 20 30
C9,5,R20 5.6 Fine 50 225 0,4 08 1,3
    Standard 500 500 3,0 7,0 10
    Extended 2000 250 10 20 30
C18 13 Fine 2000 2000 30 35 40
    Standard 3200 2000 40 50 60
R45 19 Standard 2500 5000 70 90 100
    Extended 6000 3000 120 160 180
C25
21 Standard 8000 5000 100 130 150
    Extended 12500 5000 180 230 250
Probe brochure

Probe brochure CPL590

Application example

6DOF machine controlMaschinensteuerung mit sechs Freiheitsgraden - Für die Anwendung musste ein Tisch mit hoher Genauigkeit in sechs Freiheitsgraden bewegt werden. Der CPL590 wurde ausgewählt, da dieses volldigitale Messsystem direkt in den EtherCAT-Regelkreis integriert werden kann. Sechs Kanäle wurden miteinander synchronisiert. Dies zusammen mit der hohen Auflösung und Bandbreite ermöglichte die erfolgreiche Lieferung einer bahnbrechenden Präzisionsmaschine.

02.2 Capacitive systems application

Wie funktioniert kapazitives Messen?

In der Mitte einer kapazitiven Sonde befindet sich das Sensorelement. Dies erzeugt das elektrische Feld, mit dem die Entfernung zum Ziel erfasst wird.

Ein Schutzring umgibt das Sensorelement und fokussiert das elektrische Feld auf das Ziel. Elektronische Komponenten sind mit dem Sensorelement und dem Schutzring verbunden. Alle diese Baugruppen sind von einer Isolierschicht und einem Edelstahlgehäuse umgeben.

Unsere kapazitiven Sensoren verwenden ein hochfrequentes elektrisches Feld zur Erfassung, üblicherweise zwischen 500 kHz und 1 MHz. Das Feld wird durch den Schutzring fokussiert, was zu einer Punktgröße führt, die etwa 30% größer ist als der Durchmesser des Sensorelements. Ein typisches Verhältnis des Erfassungsbereichs zum Erfassungselementdurchmesser beträgt 1:8. Dies bedeutet, dass für jede Entfernungseinheit der Durchmesser des Sensorelements achtmal größer sein muss. Beispielsweise erfordert ein Erfassungsbereich von 500 μm einen Erfassungselementdurchmesser von 4000 μm (4 mm). Dieses Verhältnis gilt für typische Kalibrierungen. Kalibrierungen mit hoher Auflösung oder erweitertem Messbereich ändern dieses Verhältnis.
 
Die Menge des Stromflusses im elektrischen Feld wird teilweise durch die Kapazität zwischen dem Sensorelement und der Zieloberfläche bestimmt. Da die Ziel- und Sensorelementgrößen konstant sind, wird die Kapazität durch den Abstand zwischen Sonde und Ziel bestimmt, sofern sich das Material im Spalt nicht ändert. Änderungen im Abstand zwischen der Sonde und dem Ziel ändern die Kapazität, was wiederum den Stromfluss im Sensorelement ändert. Die Sensorelektronik erzeugt eine kalibrierte Ausgangsspannung, die proportional zur Größe dieses Stromflusses ist, was zu einer Anzeige der Zielposition führt.
 
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