4/8/2010 1 CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG CAPACITIVE SENSOR CAPACITIVE SENSOR PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 1CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 1.KHÁI NIỆM Là cảmbiếncóthể đocácđại l ượ ng v ậ t lý l ượ ng v ậ t lý Và biến đổithànhtínhiệu có thể đọc bởi người quan PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 2 có thể đọc bởi người quan sát hoặcbằng dụng cụ . CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 4/8/2010 2 • Điệndunglàtỉ số giữa điệntíchvàđiện thế g iữahaitấm 1. KHÁI NIỆM g • Được đo theo coulombs/volt. Đơnvị này đượcgọi là farad [F]. • Điện dung chỉ đượcxácđịnh đốivớihai tấmvàđiệnthế giữa chúng. Q C = Q V C V • Cảmbiến điệndunggồmmộttụđiệnphẳng hoặctụđiệnhìnhtrụ có mộtbảncựccóthể di chuyển và được nối cứng với dịch chuyển cần 1.KHÁI NIỆM chuyển và được nối cứng với dịch chuyển cần đo. Khi bảncựccủatụđiệndịch chuyểnsẽ kéo theo su thay đổi điện dung củatụ. • Điện dung củatụđiệnphẳng đượcbiểudiễn bằng công thức: 0r A C d ε ε = 4/8/2010 3 Điện dungcủahaibảntụ songsong – Giả thuyếtdnhỏ, ε 0 là hằng sốđiệnmôicủa chân không, ε r là hằng sốđiện môi giữahai tấ S là diệ tí h ủ á tấ d là kh ả 1.KHÁI NIỆM tấ m, S là diệ n tí c h c ủ ac á c tấ m, d là kh o ả ng cách giữa các tấm. – ε 0 8.854x10 −12 F/m C = ε 0 ε r S d F HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI Material ε r Material ε r Material ε r Quartz 3.8-5 Paper 3.0 Silica 3.8 GaAs 13 Bakelite 5.0 Quartz 3.8 Nylon 3.1 Glass 6.0 (4-7) Snow 3.8 Paraffin 3.2 Mica 6.0 Soil (dry) 2.8 Perspex 2.6 Water (distilled) 81 Wood (dry) 1.5-4 Polystyrene foam 1.05 Polyethylene 2.2 Silicon 11.8 Teflon 2.0 Polyvinyl Chloride 6.1 Ethyl alcohol 25 Ba Sr Titanate 10,000.0 Germanium 16 Amber 2.7 A i r 1.0006 G lycerin 50 Plexiglas 3.4 Rubber 3.0 Nylon 3.5 Aluminum oxide 8.8 4/8/2010 4 Điện dung C phụ thuộc vào 3 yếu tố: A εε 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP 0 r A C d εε = d ξ PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 7 d A ξ r CẢMBIẾNĐIỆNDUNG • ThayđổikhoảngcáchgiữahaitấmThayđổidiệntích 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP • Thayđổihằngsố điệnmôigiữahaitấm 4/8/2010 5 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP b. Thay đổi hằng số điện môi a. Thay đổi diện tích c. Dạng vi sai a/ Thay đổikhoảng cách giữahaitấm a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 10 4/8/2010 6 • Bản c ự c cố đ ị nh 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm ự ị • Bản cực di động Thay đổi khoảng cách giữa hai bề mặt => thay đổi điện dung.Dùng cảm biến điện dung với khả năng làm việc cao có thể đo với độ phân giải nhỏ hơn 1 nanometer. PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 11CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 12 0 1 r L W C d ε ε = 0 2 r L W C d ε ε = + ∆ CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 4/8/2010 7 Di chuyển giữa hai tấm điện cực 0 C ∆ 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm 00 1 rr AA C dd ε εεε ∆= − − ∆+∆ 0 0 C ∆ = 22 00 11 rr AA C εε εε ⎛⎞⎛⎞ ∆∆ ∆∆ ∆= ++ −− + ⎜⎟⎜⎟ PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 13 1 22 11 C dddddd ∆= ++ + ⎜⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝⎠ 0 1 2 * r A C dd ε ε ∆ ∆= CẢMBIẾNĐIỆNDUNG d x ACC =− ε 21 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm x d − 4/8/2010 8 b/Thay đổi diện tích PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 15 Ví dụ Dùng phần chung giữahaitấmtụ điện để đo d ị h h ể B ằ áh đ đi ệ d hú t ũ 2.CÁCPHƯƠNGPHÁP b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm d ị c h c h uy ể n. B ằ ng c á c h đ o đi ệ n d ung c hú ng t ac ũ ng có thể xác định đượcdịch chuyểndokhiđốitượng di chuyểncũng làm thay đổi điện dung . 4/8/2010 9 2.CÁCPHƯƠNGPHÁP b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm 17 LW εε () WL x εε 4/8/2010 0 1 r LW C d εε = 0 2 () r WL x C d εε − = 2 1 CLx CL − = 2.CÁCPHƯƠNGPHÁP b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm 18 4/8/2010 TouchPadTechnology 4/8/2010 10 • Dùng đo góc 2.CÁCPHƯƠNGPHÁP b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm • Sử dụng các cảmbiến điện dung để đophần t ă ủ ớ t dầ ủ á hà á l 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP c/ Thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm t r ă mc ủ anư ớ c t rong dầ uc ủ ac á cn hà m á y l ọc dầu. • Và sử dụng trong các nhá máy lương thực để đo độ ẩmchứa trong bộtmì PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 20CẢMBIẾNĐIỆNDUNG [...]... 13 4/8/2010 4 CÁC ỨNG DỤNG I .Cảm biến điện dung kiểm tra sự có mặt của con người Cảm biến này dùng trong các trường hợp tự động như đèn, quạt, hoặc dùng để chống trộm Ban đầu giữa bản tụ và đất tạo thành tụ điện C1, khi có người xuất hiện, có vai trò như vật dẫn, tạo thành hai tụ điện mới, tụ điện Ca giữa người và bản tụ tụ điện Cb giữa người và mặt đất Nên lúc này điện dung giữa bản tụ và tụ, đất mặt... nó bao gồm hai tụ điện với chiều cao là h và cái kia là (L - h ) Do vậy 11 4/8/2010 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP Đo mức chất lỏng: Có thể cảm nhận bởi bất kỳ cảm biến vị trí hay tiện cận nào, bởi sự cảm nhận trực tiếp vị trí bề mặt của chất lỏng hoặc thông qua phao mà sau đó nó sẽ làm thay đổi điện dung của tụ song song hay tụ xoay Mức chất lỏng như chỉ ra ở hình dưới có ấ thể đo được khi chất điện môi trung gian... 3.PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BIẾN THIÊN ĐIỆN DUNG Cầu Sauty và tụ vi sai Vm = eS C21 − C31 2 C21 + C31 A2 A1 A3 S Do cấu trúc mạch điện nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của các tụ ký sinh cùng với sự thay đổi của e chúng Do vậy điện áp cần đo sẽ S được tính bằng biểu thức: C21 Vm C31 im Trong cả hai trường hợp dùng tụ điện diện tích thay đổi hoặc tụ điện có khoảng cách giữa các bản cực thay đổi, điện áp đo tỉ lệ tuyến... bản cực thay đổi, điện áp đo tỉ lệ tuyến tính với dịch chuyển 3.PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BIẾN THIÊN ĐIỆN DUNG Sơ đồ R-C chế độ động Khi độ dịch chuyển cần đo thay đổi nhanh, có thể dùng sơ đồ đo thế gồm một điện trở R cố định mắc nối tiếp với một tụ điện C biến thiên và sử dụng nguồn nuôi một chiều Vc eS VR Xét trường hợp điện dung của tụ thay đổi theo hàm sin xung quanh một giá trị cố đị h : ị ố định C = C0...4/8/2010 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP c/ Thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm Điện dung của tụ song song phụ thuộc vào hằng số điện môi giữa các tấm Nếu gọi chiều rộng của tấm w thì điện dung C là • Phần dịch chuyển có thể đo bằng cách lắp đối tượng với phần tử có chất điện môi được đặt giữa hai tấm 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP c/ Thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm • Dạng hình trụ a là bán kính trong của . 4/8/2010 1 CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG CAPACITIVE SENSOR CAPACITIVE SENSOR PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 1CẢMBIẾNĐIỆN DUNG 1.KHÁI NIỆM Là cảmbiếncóthể đocácđại l ượ ng v ậ t lý l ượ ng v ậ t lý Và. đổi điện dung. Dùng cảm biến điện dung với khả năng làm việc cao có thể đo với độ phân giải nhỏ hơn 1 nanometer. PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 11CẢMBIẾNĐIỆN DUNG 2.