METODO PARA MEDICIONES CAPACITIVAS DE ESPESORES SIN CONTACTO.

Método para la medición capacitiva sin contacto del espesor de un material plano (10) que se sitúa en el campo marginal (32) de un condensador (C1,

C2), con una medición simultánea de la anchura L de una separación (16) de aire entre el material plano y las placas del condensador, caracterizado porque se miden las capacidades gL, kL de dos condensadores (C1, C2), cuyos campos marginales (32) se atenúan con ritmos diferentes hacia el material plano (10), y porque tanto el espesor D del material plano (10) como la anchura L de la separación (16) de aire se determinan sobre la base de la condición de que, para cada condensador (C1, C2), la capacidad medida (gL, kL) es igual a la integral del gradiente de capacidad (g', k') conocido respectivo con respecto al espesor del material plano (10)

Método para mediciones capacitadas de espesores sin contacto.

La invención se refiere a un método para mediciones capacitivas sin contacto del espesor de un material plano que se sitúa en el campo marginal de un condensador, con la medición simultánea de la anchura de una separación de aire entre el material plano y las placas del condensador.

En el documento EP 1 681 531 A1 se describe un método de este tipo. Un ejemplo típico para una aplicación de este método es la medición y el control por realimentación del espesor de una película en el proceso de extrusión de películas planas o películas de burbuja. Como la medición tiene lugar en el campo marginal del condensador y, por consiguiente, ambas placas del condensador están situadas en el mismo lado de la película, las mediciones se pueden realizar fácilmente también sobre películas de burbuja cerrada. Una medición sin contacto presenta la ventaja de que se evita que la superficie de la película sufra desperfectos ya que siempre está presente una cierta separación de aire entre el cabezal de medición portador de las placas del condensador y la superficie de la película. No obstante, en este caso, la capacidad medida depende, no solamente del espesor de la película, sino también de la anchura de la separación de aire, ya que el campo marginal se hace más débil a medida que aumenta la distancia con respecto al condensador. Por esta razón, para poder calcular el espesor de la película a partir de la capacidad medida, también se debe medir la anchura de la separación de aire. Con este fin, el método conocido requiere un sensor óptico adicional.

El documento EP 1 318 376 A2 da a conocer un método en el que se miden las capacidades de dos condensadores que difieren en su distancia de las placas, de manera que sus campos marginales se debilitan a ritmos diferentes a medida que aumenta la distancia a los condensadores. El espesor de la película se calcula a partir del cociente entre estas dos capacidades medidas. Como este cociente es en gran medida independiente de las constantes dieléctricas del material de la película, no es necesario conocer la composición del material para la medición. No obstante, este método no es adecuado para una medición sin contacto, cuando no se conoce la anchura de la separación de aire, ya que el cociente de las capacidades no depende de la anchura de la separación de aire.

Un objetivo de la invención es proporcionar un método que permita una medición sin contacto más sencilla del espesor de una película.

Este objetivo se alcanza con un método según la reivindicación 1, en el que se miden las capacidades de dos condensadores, cuyos campos marginales se atenúan con ritmos diferentes hacia el material plano, y en el que tanto el espesor del material plano como la anchura de la separación de aire se determinan sobre la base de la condición de que, para cada condensador, la capacidad medida es igual al gradiente de capacidad integrado con respecto al espesor del material plano.

En este contexto, el gradiente de capacidad se define de la manera siguiente: si una hoja se acopla directamente a las placas del condensador por un lado, entonces la capacidad medida es una función del espesor de la película, es decir, la distancia x entre las placas del condensador y la superficie de la película más alejada del condensador. El gradiente de capacidad se define entonces como la derivada de esta función con respecto a x. La capacidad medida es la integral de este gradiente de capacidad con respecto al espesor del material plano. Esta relación es en general válida también para el caso en el que el material plano no se acople directamente al condensador sino que esté separado del mismo por una separación de aire. En este caso, la integral con respecto al espesor del material plano se define como la integral con respecto a la distancia x, con la superficie del material plano encarada al condensador como límite de integración inferior y la superficie alejada del condensador como límite de integración superior.

Como se miden las capacidades de dos condensadores con gradientes de capacidad diferentes, cada una de las capacidades se debe igualar a una integral correspondiente en la que la longitud del intervalo de integración indica el espesor del material plano mientras que el lugar geométrico del límite de integración inferior indica la anchura de la separación de aire. De este modo, se obtienen dos ecuaciones independientes que, bajo ciertas condiciones que, sin embargo, en la práctica se cumplen de forma general, permiten calcular las dos incógnitas, es decir, el espesor del material plano y la anchura de la separación del aire. De este modo, no son necesarios unos medios sensores adicionales para medir la anchura de la separación de aire.

Además, según la invención, con el método según la reivindicación 11 se puede medir una película de doble capa.

La invención se refiere asimismo a un dispositivo según la reivindicación 6, adecuado para llevar a cabo este método.

En las reivindicaciones subordinadas se indican otras evoluciones útiles de la invención.

Cuando los gradientes de capacidad de los dos condensadores se pueden describir, por lo menos aproximadamente, mediante términos de funciones algebraicas, por ejemplo, polinomios, las integrales correspondientes vienen dadas también por términos algebraicos, y el sistema de ecuaciones se puede resolver algebraicamente.

Según otra forma de realización, el sistema de ecuaciones se resuelve numéricamente. Esto se puede realizar, por ejemplo, de manera que las dos integrales se calculen en primer lugar numéricamente para una cierta anchura de la separación de aire, que se supone que es conocida, y, a continuación, se varía la anchura de la separación de aire hasta que ambas integrales sean iguales a las capacidades medidas. En este proceso, resulta conveniente variar la anchura de la separación de aire según el método de una búsqueda binaria.

Antes de la medición, el sensor capacitivo se puede calibrar de tal manera que se elimine la cantidad con la que el aire contribuye a la capacidad de los condensadores.

En una forma modificada, el campo de aplicación del método también se puede ampliar a mediciones de espesores de películas bicapa, en las que la contribución de la segunda película se tiene en cuenta mediante integrales correspondientes. Esta variante del método es el objeto de la reivindicación independiente 11.

A continuación se explicarán ejemplos de formas de realización de la invención conjuntamente con los dibujos, en los que:

la figura 1 es una sección transversal esquemática de un dispositivo según la invención;

la figura 2 es una vista frontal de una serie de condensadores en el dispositivo según la figura 1;

la figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de una película en la que penetra el campo marginal de un condensador;

las figuras 4 y 5 muestran unas curvas de capacidad para dos condensadores en la serie de condensadores según las figuras 1 y 2;

las figuras 6 y 7 muestran unas gráficas de funciones que describen los gradientes de capacidad de los dos condensadores;

la figura 8 es una sección transversal esquemática de una película que está separada del condensador de medición por una separación de aire; y

la figura 9 es un diagrama que explica una condición de unicidad para el método según la invención.

La figura 1 muestra, en una sección transversal esquemática, una parte de una película 10, por ejemplo, una película de burbuja, que se extruye desde una extrusora de películas de burbuja. El espesor de esta película 10 se medirá sin contacto por medio de un dispositivo 12 de medición capacitiva. Con este fin, un cabezal 14 de medición del dispositivo de medición está dispuesto en la periferia de la película de burbuja de tal manera que forma una separación estrecha 16 de aire con la película que es extraída continuamente hacia arriba. Para estabilizar la separación 16 de aire, el cabezal 14 de medición está conectado a un soplador 18 mediante el cual se sopla aire hacia fuera desde el cabezal 14 de medición en la dirección de la película 10 a través de aberturas 20. El cabezal de medición puede impulsarse ligeramente contra la película, de manera que la película "quedará suspendida" sobre un colchón de aire.

Integrada en la pared del cabezal 14 de medición encarada a la película 10 se encuentra una serie de condensadores...

1. Método para la medición capacitiva sin contacto del espesor de un material plano (10) que se sitúa en el campo marginal (32) de un condensador (C1, C2), con una medición simultánea de la anchura L de una separación (16) de aire entre el material plano y las placas del condensador, caracterizado porque se miden las capacidades g_L, k_L de dos condensadores (C1, C2), cuyos campos marginales (32) se atenúan con ritmos diferentes hacia el material plano (10), y porque tanto el espesor D del material plano (10) como la anchura L de la separación (16) de aire se determinan sobre la base de la condición de que, para cada condensador (C1, C2), la capacidad medida (g_L, k_L) es igual a la integral del gradiente de capacidad (g', k') conocido respectivo con respecto al espesor del material plano (10).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque, mediante términos de funciones algebraicas, se obtienen aproximaciones de los gradientes de capacidad g', k', como funciones de la distancia x a los condensadores (C1, C2), y las ecuaciones

se resuelven algebraicamente.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque las integrales de los gradientes de capacidad g', k' se calculan numéricamente.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque las ecuaciones

se resuelven numéricamente.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la solución numérica se halla según el principio de una búsqueda binaria.

6. Aparato para la medición capacitiva sin contacto del espesor de un material plano (10), que comprende un cabezal (14) de medición dispuesto para formar una separación (16) de aire con dicho material plano (10), caracterizado porque por lo menos dos condensadores (C1, C2) están dispuestos de manera que los campos marginales (32) de los mismos se atenúan hacia el material plano (10) a ritmos diferentes, y porque un sistema (38) de procesado de datos está configurado para determinar tanto el espesor (D) del material plano (10) como la anchura (L) de la separación (16) de aire, sobre la base de la condición de que, para cada condensador (C1, C2), la capacidad medida (g, k) es igual a la integral del gradiente de capacidad (g', k') conocido respectivo con respecto al espesor del material plano.

7. Aparato según la reivindicación 6, caracterizado porque los dos condensadores (C1, C2) presentan unas separaciones (26, 30) entre placas con anchuras diferentes.

8. Aparato según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque los condensadores (C1, C2) son diferentes en cuanto al área de la superficie de sus placas (24, 28) de condensador.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque uno de los dos condensadores (C1) presenta dos placas (24) de condensador con la misma polaridad que están rodeadas por una placa (22) de condensador exterior y están dispuestas simétricamente con respecto al otro condensador (C2).

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el cabezal (14) de medición comprende un soplador (18) y un sistema (20) de conductos para soplar aire hacia la separación (16) de aire.

11. Método para la medición capacitiva del espesor de dos capas (10, 16) de material dispuestas adyacentes una a la otra, encaradas, y en un campo marginal (32) de un condensador (C1, C2) y que presentan unas constantes dieléctricas diferentes, caracterizado porque se miden las capacidades (g_L, k_L) de dos condensadores (C1, C2) que están dispuestos directamente adyacentes a una (16) de las dos capas de material, y cuyos campos marginales (32) se atenúan hacia las capas (10, 16) de material a ritmos diferentes, y porque los espesores (D y L) de ambas capas (10, 16) de material se determinan sobre la base de la condición de que, para cada condensador (C1, C2), la capacidad medida (g_L, k_L) es igual a la suma de las integrales del gradiente (g', k') de capacidad respectivo conocido con respecto a los espesores de las dos capas (10, 16) de material por separado.