Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

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Neben dem Parallelplattenkondensator werden
koaxiale Ausführungen verwendet. Bei dieser
Bauweise ist die Invarianz gegenüber parasitären
Radialbewegungen (dC/dr = o) vorteilhaft. Wegen
des üblicherweise geringen Luftspalts koaxialer
Kondensatoren können diese als abgewickelter
Plattenkondensator berechnet werden.
Kapazitiver Winkelaufnehmer: c Gestapelter
Drehkondensator, d Differential-Drehkondensator,
e Nichtlinearer Drehkondensator
Die Attraktivität kapazitiver Sensoren resultiert aus dem sehr einfachen Aufbau, mehr noch
aus der Tatsache, dass mit dem üblichen Dielektrikum Luft (εr=1+0,00055·p/bar) im
Gegensatz zu ohmschen und induktiven Sensoren (ρ, µr!) praktisch keine
Materialkennwerte wirksam werden. Damit entfallen wesentliche Ursachen für
Fertigungsstreuungen, Alterung und Temperaturabhängigkeit. Problematisch bleibt die
Luftfeuchte, besonders Betauung. Der Temperaturgang von Luftkondensatoren resultiert
nur aus der thermischen Ausdehnung der Konstruktionsmaterialien (Elektroden, Isolatoren).
Für Präzisionsanwendungen empfiehlt sich z.B. Quarzglas (geringer T-
Ausdehnungskoeffizient; siehe Grafik bei T-Sensoren) mit Dünnfilm-Elektroden aus Au und
das Differentialprinzip. Muss stattdessen nur mit festem Referenzkondensator gearbeitet
werden, so sollte dieser weitestgehend baugleich dem Messkondensator sein.
Abweichungen von den Idealkennlinien ergeben sich durch Streufelder und
Zuleitungskapazitäten sowie durch Unebenheiten/Nichtparallelität der Elektroden. Gegen
die beiden erstgenannten Einflüsse empfehlen sich potentialgesteuerte Schutzelektroden
(guard-ring). Diese nicht in den Signalfluss einbezogenen feldsteuernden Zusatzelektroden
können auch zu einer Feldfokussierung herangezogen werden. Ist ein Messobjekt nur
einseitig zugänglich, so werden auch Lateral-Plattenkondensatoren eingesetzt.
7.4.3.1 Typische Kenndaten
Messweg
• 0,1 ... 3 cm (halbe Baulänge eines koaxialen Differentialkondensators)
Auflösung
• bis unterhalb 0,1 nm!
• Abweichung von der Ideal-Kennlinie: einige % FS
• Lastspiele: nahezu beliebig
• Einsatztemperatur: Tieftemperatur bis ca. +8oo°C (Isolation!)
Charakteristik
Vorteile