具有电容传感器的非导电材料测量

具有电容传感器的非导电材料测量

电容传感器是非接触式设备，可用于获得具有高精度，精度和分辨率的位置，厚度和动态测量。电容测量与金属等导电材料一起使用，但也可用于测量非导电材料，例如玻璃，蓝宝石和许多塑料。即使非导电材料相对便宜（如封闭的电池泡沫），制造商也希望避免可能导致高卷上大量浪费的错误。

重要的是，电容测量还与半绝缘材料一起使用，例如砷化镓（GaAs）和氮化硅，两者在半导体工业中使用。电容仪表在图案化晶片之前支持质量检查，并添加值。申请包括磨砺或研磨，用于厚度测量。其他应用包括光刻工具和研磨设备的资格和校准，在发货前测量未绘图的晶片，并在收到后检查这些晶圆。

电容传感器与其他测量技术

基于电容的测量系统包括探针电容传感器，夹具，放大器和系统组件，如探头支架和电缆。电容，在探针和接地目标之间形成电电位（电压）的相应变化的电荷变化的比率，并且随着它们之间的距离（间隙）而变化。具有平行板电容测量，探头和目标是导体。为了测量非导电或半绝缘材料，金属研磨板可以用作靶标之一。

通过激光干涉仪也可以获得精确测量，但这些高端设备的成本显着高于电容仪。此外，因为激光干涉仪提供相对读数，所以操作者必须在使用前将设备校准到已知的厚度。相比之下，电容仪提供绝对测量而不是相对的测量值，以实现更大的绝对精度。激光传感器还具有漂移相应于温度，热加热和其他因素的趋势。电容电路往往更稳定，并以高精度与低漂移相结合。

其他测量技术不能符合电容的优点。例如，涡流探头具有不同的传感场（更大的目标要求）并且对目标材料类型敏感。电容传感快速，可以测量非导电材料，包括非常薄的基板。另外，电容传感器不需要原位校准，并且一旦校准它们就可以与任何导电目标一起使用。电容传感器还提供了通过温度变化影响的线性可变差压变压器（LVDT），基于触点的机电装置的优点，并在目标上施加轻微的力。

电容测量和介电常数

利用电容测量，电容探针中的传感元件发射通过非导电或绝缘材料的电场发射到地板上。该绝缘材料的厚度可以从其中确定介电常数，一种数字值，该数值描述了材料在电场中存储电能的能力。探针和非导电材料之间的空气的介电常数略大于1.玻璃和塑料材料的介电常数具有显着更高的值。

测量下的非导电材料的介电常数会影响两导体之间的电容：电容探头和盘子。因此，将探针和板之间的玻璃或塑料放在盖板之间，导致电容的可测量变化。相同的非导电材料的不同厚度会产生可以用亚微米精度测量的电容差异。厚度测量最适用于对它们的介电含量良好控制的材料，并且不经历重大批次进行批量变化。

电容放大器：模拟和数字

电容传感器向电容放大器发送信号，该电容放大器输出与测量材料的厚度成比例的电压。电容探头和电容放大器之间的连接可以有线或无线。放大器本身可以是模拟的或数字的。无线电容探头通常用于危险地点或诸如旋转机械的难以使用的环境。它们需要数字电容放大器，支持蓝牙通信，并且不会干扰同一环境中的其他无线探测。模拟和数字放大器都可以连接到计算机并与数据监控，报告和分析一起使用软件。

模拟电容放大器需要有线连接，提供纳米级精度，并且成本低于数字放大器。但是，由于模拟过滤，线性化，范围扩展和通道的求和，可能会发生错误。此外，每当在电线上传输低电平模拟信号时，信号劣化会导致噪声和电气干扰。数字放大器更昂贵但保护数据完整性在处理设施或工厂等嘈杂的环境中。它们还消除了对模数转换的需求，并且在使用低噪声电缆时可以实现极高的分辨率，并且具有靠近探头的预放大器。

完整的基于电容式精密测量系统

爱游戏ayxdota2纽约（美国）奥尔巴尼的MTI仪器提供了一个完整的基于电容的测量系统，包括带有一对电介质探头和可选配件的数字放大器，例如低噪声探头延伸电缆，电介质夹具，24个VDC电源，以及微USB电缆。这累积D.包括用于支持数据记录和分析的测量软件，并配备MTI基本，LabVIEW，.NET和DLL驱动程序，可用于其他闭环系统。累积D还包括DIN导轨安装套件，因此可以将放大器安装在设备机架内，并支持标准以太网和USB连接到网络计算机。

作为基于在线电容式测量系统，数字累积技术是在生产线上获得非导电材料的位置，厚度或动态测量的理想选择。该数字控制系统具有0.1Hz至5kHz的可选频率滤波器，最大采样率为20 kHz。MTI的数字累积标配了24位USB /以太网数字输出，但也可以为需要它们的系统提供模拟输出。这种真正的直接数字技术具有高达0.01％的FSR线性和子纳米分辨率。

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