Was ist ein elektrostatischer Sensor?
Ein elektrostatischer Sensor ist ein Gerät, das die Menge an statischer Elektrizität in einem zu messenden Objekt misst und auch als Oberflächenpotenzial-Messgerät bekannt ist. Es handelt sich um berührungslose Sensoren, die sich das Phänomen eines elektrischen Feldes zunutze machen, dessen Stärke proportional zur Ladungsmenge ist, die um ein geladenes Objekt herum erzeugt wird.
Elektrostatische Sensoren können statische Elektrizität nicht nur auf Metallen, sondern auch auf allen dielektrischen Materialien wie Kunststoff, Glas und Wasser messen. Neben fest installierten elektrostatischen Sensoren gibt es auch handgehaltene elektrostatische Sensoren, die eine punktgenaue Messung an der gewünschten Stelle ermöglichen.
Da der elektrostatische Sensor vom Messabstand abhängig ist, ändert sich auch das angezeigte Potenzial, wenn der Messabstand verändert wird. Für genaue Messungen empfiehlt es sich daher, den Sensor in einem bestimmten Abstand zu fixieren.
Anwendungen von elektrostatischen Sensoren
Elektrostatische Sensoren werden in Produktionslinien verschiedener Industriezweige eingesetzt, z. B. in der Halbleiter-, Elektro-, Automobil-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie.
Wenn in einer Produktionslinie statische Elektrizität entsteht, werden Staub und andere Partikel angezogen und bleiben an den Teilen haften, was zu Qualitäts- und Ertragsproblemen führen kann. Beispielsweise zum Risiko, dass Staub an den Produkten haftet und sich mit ihnen vermischt, oder, dass sich Teile gegenseitig abstoßen, was wiederum Probleme verursachen kann.
Maßnahmen zur Kontrolle der statischen Aufladung sind daher unerlässlich, um die Entstehung statischer Elektrizität in der Produktionslinie zu verhindern. Zur Umsetzung dieser Maßnahmen werden Elektrostatische Sensoren benötigt, die die Menge der statischen Aufladung an den verschiedenen Punkten der Produktionslinie genau bestimmen.
Funktionsweise von elektrostatischen Sensoren
Elektrostatische Sensoren bestehen im Allgemeinen aus einem Sensorteil mit einer Erfassungselektrode und einem Verstärkerteil, der die erfasste Ladung in ein Spannungssignal umwandelt.
Nähert sich ein geladenes Messobjekt dem Sensor, wird der Sensorteil einem elektrischen Feld ausgesetzt, das von dem Objekt ausgeht, und aufgrund der elektrostatischen Induktion wird eine induzierte Ladung erzeugt, die proportional zur Stärke des elektrischen Feldes ist. Vor der Sensorelektrode befindet sich eine oszillierende Elektrode, ein so genannter Chopper, der die Stärke des elektrostatischen Feldes periodisch ändert.
Dabei ändert sich auch die induzierte Ladung zyklisch, und zwischen der Sensorelektrode und der Erde fließt ein Wechselstrom. Dieser Strom wird im Verstärkerteil impedanzgewandelt und als Wechselspannungssignal extrahiert, um das geladene Potenzial des Messobjekts zu bestimmen.
Bei der Verwendung eines Elektrostatischen Sensors ist zu beachten, dass sich auch bei gleichem elektrostatischem Potenzial des Messobjekts die erforderliche Ladespannung ändert, wenn die elektrostatische Kapazität unterschiedlich ist. Steht das Messobjekt beispielsweise in Kontakt mit einem Metall, ist die Kapazität höher als bei einem alleinstehenden Objekt, sodass das Blackout-Potenzial als Messwert auf einen niedrigeren Wert umgerechnet wird, auch wenn die Ladungsmenge konstant ist.