La notevole precisione raggiunta dal sistema non dipende solo misura delle varie tipologie di sensori ed aiutare nella futura

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1 TechNte T001 pagina 1 Sensri di precisine di spstament nnacntatt Intrduzine La richiesta di sensri per la misura dell spstament nei sui diversi aspetti (psizine, mviment, altezza, spessre, larghezza, diametr) è in cntinua crescita ed ha già apert Smmari: Intrduzine Sensri eddycurrent pssibilità fin a ieri definite impssibili e raggiunt risluzini Sensri capacitivi del nanmetr. Sensri laser a trianglazine Mlte applicazini di ricerca e svilupp, di cntrll qualità, autmazine, cntrll di prcess e mnitraggi che si basan su sensri a cntatt vengn ra più efficacemente Sensri ttici cnfcali Cnfrnt tra i principi di funzinament rislte mediante sensri senza cntatt. Sempre più utilizzati nelle applicazini particlari e difficili, vengn usati dve il target una superficie nn deve essere tccata dve i sensri nn devn causare usura per cntatt. In pratica, ltre ai sensri capacitivi e cnfcali, anche i sensri a Sensri Capacitivi crrenti parassite e i laser a trianglazine rispettan questa esigenza. I sensri nn a cntatt infatti sn dispnibili in mltissime cnfigurazini e versini. Questi sensri raggiungn risultati mlt precisi. A certi livelli di precisine l'fferta del mercat si riduce drasticamente. Un sensre può essere dett precis se sddisfa le seguenti caratteristiche Sensri Cnfcali < 0.2% FSO Risluzine < 0.005% FSO Velcità di campinament > 5 khz Deriva Termica < 0.05% FSO/K Sensri a Crrenti Parassite In qualità di specialisti nei sensri nn a cntatt, MicrEpsiln ha nel su catalg mlti sensri che pssn essere definiti precisi. Ottimizzare la sluzine di ciascuna specifica applicazine implica determinare il sensre più adatt. I fattri critici pssn essere: disegn / dimensini / cndizini Sensri Laser a trianglazine ambientali / camp di misura / precisine / risluzine / banda passante / stabilità termica e nel temp / csti. L'biettiv di questa NtaTecnica è presentare i principi di La ntevle precisine raggiunta dal sistema nn dipende sl misura delle varie tiplgie di sensri ed aiutare nella futura dal sensre, ma anche da un svilupp accurat dell'elettrnica scelta di quell più adeguat alle prprie esigenze di misura. e dalla gestine del segnale.

2 T001 pagina 2 Principi di funzinament dei Sensri a Crrenti Parassite (Eddy Current) Camp elettrmagnetic Le crrenti parassite ccupan una psizine piuttst diversa tra i metdi induttivi. Il principi di misura è basat sulla perdita di energia di un circuit Avvlgiment scillatre causata dalla generazine di crrenti parasite in un target elettricamente cnduttiv. In pratica, una bbina interna al sensre viene percrsa da una Crrenti Parassite crrente alternata ad alta frequenza; quand al sensre viene avvicinat un target metallic si generan in ess per induzine Spt di misura magnetica delle crrenti dette parasite di Fcault. Queste crrenti parasite ppnendsi al camp magnetic primari, prvcan una variazine di impedenza e quindi un segnale Principi di misura funzine della distanza tra sensre e target. Vantaggi della misura cn sensri eddycurrent: Utilizzabile su tutti i materiali metallici elettricamente cnduttivi (ferrmagnetici e nnferrmagnetici) Piccle dimensini del sensre Elevata temperatura di funzinament eddyncdt 3100 Insensibile a plvere, sprcizia, umidità, li, alta pressine e presenza di materiale dielettric tra il sensre ed il target Elevata precisine Restrizini nelle applicazini: Uscita e linearità dipendn dale caratteristiche elettriche e magnetiche del materiale del target eddyncdt 3300 Richiede calibrazine e linearizzazine finali Lunghezza massima del cav 15 m Il diametr del sensre aumenta cn l'aumentare del camp di misura eddyncdt Campi di misura Risluzine 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz 1 mm 10 mm 100 mm 1m Frequenza di rispsta Camp di temperatura

3 T001 pagina 3 Principi di funzinament dei Sensri Capacitivi Il principi di funzinament dei sensri capacitivi si basa sul Custdia cncett del cndensatre capacitiv ideale a facce piane parallele. Sensre e target sn le piastre del cndensatre. Se una crrente alternata passa attravers il sensre cn una frequenza cstante, l'ampiezza della tensine è prprzinale Anell di tenuta alla distanza tra sensre e target. Cndensatre A causa della cstruzine particlare del sensre si riesce a raggiungere una linearità ideale. Tuttavia per avere una Linee di fluss misurazine cstante è necessari che la cstante dielettrica tra sensre e target rimanga cstante. I sensri capacitivi misuran anche target islanti e l'utput lineare è raggiunt tramite un particlare cndizinament del Spt di misura segnale. Principi di misura Vantaggi dei sensri capacitivi: Sensibilità e linearità cstante su tutti i metalli capancdt 6019 Alta stabilità alla temperature, perchè I cambiamenti nella cnduttività nn prvcan effetti Pssibile misurare materiale islante Restrizini nelle applicazini: Sensibile al cambiament del dielettric tra sensre e target, capancdt 6100 quindi utilizzabile sl in ambient puliti ed asciutti. Lunghezza dei cavi limitata, a causa degli effetti della capacità del cav sui circuiti elettrnici. Il diametr del sensre aumenta cn l'aumentare del camp capancdt 6200 di misura. capancdt 6300 capancdt 6500 capancdt Campi di misura Risluzine 10 pm 100 pm 1 Hz 10 Hz 1 nm 10 nm 100 nm 1 khz 10 khz 1 µm 10 µm 100 khz 1 MHz 100 µm 1 mm 10 mm 100 mm Frequenza di rispsta 100 Hz Camp di temperatura

4 T001 pagina 4 Principi di funzinament dei Laser a Trianglazine Un did laser prietta un raggi sulla superfice del target. Il Array CCD cn funzine RTSC raggi rifless è catturat dal sensre CCD/CMOS PSD. L'intensità della luce riflessa dipende dal materiale del target. Per garantire un'alta qualità dell'uscita del segnale, la sensibilità dell'element ricevente è reglata istante per istante in temp Ottica Multilente reale. La distanza del target sarà calclata attravers un semplice Did laser algritm gemetric. I dati sn analizzati dal cntrller intern Filtr estern e resi dispnibili in uscita in diversi frmati. Vantaggi dei laser a trianglazine: Piccl spt di misura Pssibilità di psizinare il sensre a grande distanza dal target Dispnibilità di ampi campi di misura Inizi del range di misura Praticamente indipendente dal materiale Range di misura Restrizine nelle applicazini: Dipendente dal tip di superfice Fine del range di misura Ambiente pulit almen lung il percrs del laser Di maggiri dimensini se cnfrntate ai sensri Principi di misura cnfcali, capacitivi eddycurrent Per superfici riflettenti è utilizzabile cn un specific angl di allineament ptncdt 1700 ptncdt 1700BL ptncdt 2300 ptncdt 1610/1630 ptncdt 1402 ptncdt 1302 ptncdt Campi di misura Risluzine 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz 1 mm 10 mm 100 mm 1m Frequenza di rispsta Camp di temperatura

5 T001 pagina 5 Principi di funzinament dei sensri Cnfcali Durante la misurazine, una luce plicrmatica (luce bianca) passa attravers la fibra ttica arrivand al sensre. Le lenti integrate nel sensre sn psizinate in md tale che la luce viene divisa in diverse lunghezze d'nda mncrmatiche. Dispsizine delle lenti Queste ttiche permettn di mettere a fuc il target esclusivamente su una specifica lunghezza d'nda. Riflessa lung il cav a fibra ttica viene impressa sull'element sensibile. Qui si distingue la lunghezza spettrale caratteristica ed il segnale viene analizzat. A secnda dalla calibrazine dell strument gni Raggi lunghezza d'nda è assciata ad una specifica distanza tra sensre e target. Quest principi permette misurazini in pratica tutti i tipi di superfici. Sui materiali trasparenti è anche pssibile misurare l Target spessre cn un sl sensre distinguend le due lunghezze d'nda riflesse dalle superfici. Vantaggi dei sensri cnfcali: Principi di misura Risluzine nanmetrica Praticamente indipendente dal materiale Spt mlt piccl e cstante Ottica estremamente ridtta per misure puntuali cnfcali in miniatura cnfcaldt IFS2402 Misura dell spessre di materiali trasparenti cn un sl sensre Sensre in miniatura in versine radiale per le misure interne a fri gle Luce bianca al pst di laser Sensri miniatura in cnfigurazine assiale e radiale Restrizini nelle applicazini: Distanza limitata tra sensre e target La misura richiede un ambiente pulit IFS2403 IFS2405 cnfcaldt Campi di misura Risluzine 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz 1 mm 10 mm 100 mm 1m velcità di misura range di temperatura

6 T001 pagina 6 Glssari, Definizini Velcità di campinament Temp di rispsta La velcità di campinament è la frequenza cn cui il Il temp di rispsta è il temp impiegat dal segnale di segnale analgic viene campinat durante la cnversine uscita per passare dal 10% al 90%. Cn una analgic/digitale. apparecchiatura digitale è il temp necessari per raggiungere un segnale stabile di misura. Ampiezza % 100 t Ripetibilità Rapprt segnale/rumre (SNR) Specifica relativa alla differenza di valri di Grandezza numeric ache mette in relazine la misurazini svlte nelle medesime cndizini di ptenza del segnale utile rispett a quella del misura in tempi diversi. rumre in qualsiasi sistema di acquisizine, Uscite elabrazine trasmissine dell'infrmazine. Segnale 1 Segnale 2 s Estratt dal Glssari MicrEpsiln:

7 T001 pagina 7 Glssari, Definizini Stabilità in temperatura Camp di misura La stabilità in temperatura indica la percentuale di errre Il camp di misura indica l spazi pssibile nella misura espress per unità di temperatura ( C in cui l'ggett da misurare deve K). Quest errre è imputabile all'espansine termica dei essere cllcat in md da cmpnenti del sensre agli effetti sui cmpnent elettrici. sddisfare le specifiche dichiarate. Quest effett si evidenzia cn una piccla deviazine della Le regini estreme di quest camp misura alle diverse temperature. La stabilità in temperatura è determinan l'inizi e la fine del asslutamente decisiva per raggiungere misurazini camp di misura. Alcune tiplgie accurate in particlare md nelle di sensri hann una distanza fissa applicazini industriali in cui pssn K detta ffset tra il camp di misura ed il sensre stess. verificarsi ntevli variazini di End temperatura.industriali in cui pssn verificarsi ntevli variazini di temperatura. Start Midrange % Range di temperatura Risluzine Il camp di temperatura ambiente indica la minima e la La risluzine indica la più piccla variazine di misura massima temperatura in cui il sensre e l'elettrnica che può essere apprezzata dal sensre. pssn essere utilizzati senza danni permanenti cambiamenti nelle prestazini Risluzine velcità di misura µm Nn >> Accuratezza La deviazine massima tra una caratteristica retta ideale e L'accuratezza è il massim la retta reale è chiamata nnlinearità linearità. Il grafic errre di misura pres in tutt il mstra una percentuale di linearità riferita al fnd scala camp di misura. Quest del camp di misura. (% FSO). parametr include linearità, Segnale risluzine, stabilità in temperatura, stabilità nel lung perid ed errre static. Distanza Risluzine

8 T001 pagina 8 Cmparazine tra i criteri di scelta e le prestazini dei sensri Le tabelle sn slamente indicative e mstran slamente i Tutte le scelte hann vantaggi e limitazini. Le seguenti tabelle pssn semplificare la decisine, in funzine all'applicazine, principi generali e la tecnlgia base. sui diversi sensri utilizzabili. mdifiche pssn essere sviluppate anche cn tecniche Mlte applicazini differenti. Metd di misura Trianglazine Cnfcale Accuratezza Eddy current Risluzine Alta temperatura Range di temperatura Capacitiv fin a 4 fin a 9 fin a 15 Dimensine sensre Spt di misura Cmpatibilità ambientale Lunghezza range Frequenza critica Oggetti transparenti Target Metalli Islanti Finitura superficiale Cnfcale Runut elettric (Inmgeinit à elet t rmagnet ica del mat eriale) bun Principi Camp di misura mm neutrale prblematic Eddy current Capacitiv Trianglazine % FSO ± 0.2 < ± 0.05 ± 0.03 < ± 0.05 Risluzine massima % FSO < < % fin a 100 fin a 50 Larghezza della banda khz Velcità di campinament khz Range di temperatura Stabilità in temperatura C FSO/ C < ± fin a 20 fin a < < 0.01 < 0.01 FSO = Full Scale Output MICROEPSILON Kenigbacher Strasse Ortenburg / Germany Phne 49/8542/1680 Fax 49/8542/ inf@micrepsiln.cm certified DIN EN ISO 9001 : 2000 mdificatins reserved / C021103MLO