Selvitys kapasitiivisten paikanmittausanturien ominaisuuksista ja suunnitteluvaatimuksista

Abstract

Kapasitiivinen mittaustekniikka perustuu anturin ja kohteen välisen kapasitanssin muutok-seen: kun kapasitanssi muuttuu, muuttuu myös anturin impedanssi. Tätä yhteyttä hyödyn-tämällä voidaan tuottaa mittaussignaali muuttuvasta parametrista. Tässä työssä esitellään lyhyesti pienen välimatkan tarkkaan paikanmittaukseen käytettäviä tekniikoita ja selvitetään kapasitiivisten paikanmittausanturien perusominaisuuksia sekä käytännön toteutukseen vaadittavia asioita lähdemateriaalin ja simuloinnin avulla. Lisäksi tämän hetken kaupallisia eri tekniikoihin perustuvia mittausjärjestelmiä vertaillaan keskenään.

Vertailun perusteella kapasitiiviset mittausjärjestelmät tarjoavat korkeimman mittaustark-kuuden lyhyellä mittausalueella, kun mittausympäristö ja kohde on kapasitiiviselle anturille soveltuva. Induktiiviset anturit tarjoavat suuremman mittauskaistanleveyden ja soveltuvat kapasitiivisia antureita paremmin likaisiin ympäristöihin. Optiset järjestelmät mahdollistavat puolestaan suuremman mittausalueen.

Capacitive measurement is based on change of capacitance between measurement probe and target being measured: when capacitance changes, so does impedance of the probe. By using this connection, a measurement signal of a changing parameter can be produced. This thesis is a study of basic characteristics of capacitive displacement sensors by using literature material and simulation. Also other techniques of displacement measurement are introduced shortly. In addition, measurement systems based on different techniques from different manufacturers are compared with each other.

Based on comparison, capacitive measurement systems offer the highest accuracy if envi-ronment and target are suitable to a capacitive probe. Inductive sensors offer a greater measurement bandwidth and they are more suitable to dirty environments than capacitive sensors. Optical systems in turn, allow greater measurement range.