1 KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG Chương 2: CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪChương 2: CẢM BIẾN TIỆM CẬN TỪ Biên soạn: ThS. Trần Văn Hùng 03-2012 2:45 PM2:45 PM 11 22 NỘI DUNG MÔN HỌCNỘI DUNG MÔN HỌC • KHÁI NIỆM CHUNG • CẢM BIẾN TIỆM CẬN • CẢM BIẾN QUANG • CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ KHOẢNG CÁCH • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT • CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 33 • Cảm biến tiệm cận • Cảm biến tiệm cận ñiện cảm • Cảm biến tiệm cận từ cảm • Cảm biến tiệm cận ñiện dung • Cảm biến tiệm cận siêu âm NỘI DUNG CHƯƠNG 2NỘI DUNG CHƯƠNG 2 CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG (Capacitive Sensor) 2:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 44 2 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 552:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 66 2:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Nguyên Tắc Hoạt Động: Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả vật 772:45 PM2:45 PM Vật Cảm Biến 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG • Bộ phận cảm biến (các bản cực(ñiện cực) cách ñiện) • Mạch dao ñộng • Mạch ghi nhận tín hiệu • Mạch ñiện ở ngõ ra 882:45 PM2:45 PM 3 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 992:45 PM2:45 PM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG  Tụ điện gồm hai bản cực bằng kim loại đặt cách nhau qua vật liệu điện môi.  Cảm biến dung là tụ điện “mở”: gồm hai bản cực đặt hướng ra phía trước như hình 10102:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 11112:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Không có vật thể giữa điện cực 12122:45 PM2:45 PM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Bề mặt cảm biến là một bản cực. Khi có điện áp xoay chiều đặt vào bề mặt tạo ra một điện trường biến thiên. Điện áp này lấy điểm đất như móc chuẩn 4 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ε εε ε 0 : Hằng số điện môi chân không mF /10.854187.8 12 0 − = ε ε εε ε r : Hằng số điện môi giữa hai bản cực. Điện dung tụ điện: d A C r ε ε 0 = 13132:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Nếu không có vật thể giữa hai bản cực. ;1 = r ε d A C 0 ε = Nếu giữa hai bản cực tồn tại vật thể không dẫn điện: d A C r ε ε 0 = Khi có vật thể giữa hai bản cực thì: ⇒> 1 r ε Do đó sự tăng giá trị của C được sử dụng để phát hiện vật thể. C tăng 14142:45 PM2:45 PM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Nếu vật thể giữa hai bản cực dẫn điện Vì môi trường giửa hai bản cực là không khí nên: e d A C r − = ε ε 0 e d A C r − =⇒= 0 1 ε ε Sự có mặt của vật dẫn điện giữa hai bản cực cũng làm điện dung tăng 15152:45 PM2:45 PM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Phát hiện mức nước bên trong bình  Trong trường hợp điện cực thứ hai cách ly với mặt đất. Nguyên tắc như các trường hợp trên. Cần tìm đường liên kết bản cực với điểm nối đất. 16162:45 PM2:45 PM 5 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG  Nếu không có đường nối đất cho bản cực thứ 2. Điện cực đất nối trực tiếp trên bề mặt cảm biến Điều này tạo ra một điện trường độc lập với điểm cực đất. 17172:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Dùng phát hiện các loại vật thể có hằng số điện môi lớn hơn không khí: Nhựa, thủy tinh, gỗ, kim loại, 18182:45 PM2:45 PM CẤU TẠO Cáp kết nối Nút điều chỉnh Led chỉ báo Bề mặt tác động Điện cực tiếp nguồn Điện cực tiếp đất Vùng cảm nhận Sensor Tần số tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor ON OFF Vật cản Hoạt động 19192:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Vật cản 20202:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu Tín hiệu ra của Sensor ON OFF Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 6 Sensor Vật cản 2121 2:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Tín hiệu ra của Sensor Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Vật cản 22222:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Tín hiệu ra của Sensor Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Vật cản 2323 2:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Tín hiệu ra của Sensor Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Vật cản 2424 2:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Tín hiệu ra của Sensor Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 7 Sensor Tín hiệu ra của Sensor Vật cản 2525 2:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Vật cản 26262:45 PM2:45 PM Tín hiệu ra của Sensor Tần số tín hiệu ON OFF Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Sensor Tín hiệu ra của Sensor Vật cản 2727 2:45 PM2:45 PM Tần số tín hiệu ON OFF Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 28282:45 PM2:45 PM Hoạt động Phát hiện được các vật có hằng số điện môi lớn hơn hằng số điện môi không khí Điều chỉnh được độ nhạy Bị ảnh hưởng bởi tác động của môi trường xung quanh (bụi, khói) 8 Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 2929 2:45 PM2:45 PM Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Mực chất lỏng còn ở dưới mức ảnh hưởng của cảm biến 30302:45 PM2:45 PM 31312:45 PM2:45 PM Hoạt động 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG Cảm biến tác động ĐẶC ĐIỂM CẢM BIẾN DUNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG • Có thể phát hiện sắt, kim loại, nhựa, nước, ñá sỏi, gỗ,… • Tuổi thọ dài và ñộ tinh cậy cao. • Có mạch bảo vệ chống nối ngược cực nguồn. • Dễ dàng ñiều chỉnh khoảng cách bằng volume. ðiều chỉnh ñược ñộ nhạy bên trong. • Có thể kiểm tra tình trạng hoạt ñộng bởi chỉ thị LED ñỏ. • Dễ dàng kiểm tra mức và vị trí. 32322:45 PM2:45 PM 9 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TẦM PHÁT HIỆN • Kích thước của ñiện cực của cảm biến. • Vật liệu và kích thước ñối tượng. • Nhiệt ñộ môi trường. → ðối tượng tiêu chuẩn và hằng số ñiện môi 33332:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG ƯU NHƯỢC ĐIỂM ƯU ðIỂM • Có thể cảm nhận vật dẫn ñiện và không dẫn ñiện. • Tính chất tuyến tính và ñộ nhạy không tùy thuộc vào vật liệu kim loại. • Nó có thể cảm nhận ñược vật thể nhỏ, nhẹ. • Vận tốc hoạt ñộng nhanh. • Tuổi thọ cao và ñộ ổn ñịnh cũng cao ñối với nhiệt ñộ. 34342:45 PM2:45 PM 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG ƯU NHƯỢC ĐIỂM NHƯỢC ðIỂM • Bị ảnh hưởng bởi ñộ ẩm • Dây nối với sensor phải ngắn ñể ñiện dung dây không ảnh hưởng ñến bộ cộng hưởng của bộ dao ñộng. 35352:45 PM2:45 PM 2:45 PM2:45 PM 3636 ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG 2.4 CẢM2.4 CẢM BIẾN ðIỆN DUNGBIẾN ðIỆN DUNG 10 ỨNG DỤNG CẢM BIẾM ĐIỆN DUNG Trong công nghiệp thực phẩm Đo mực chất lỏng 37372:45 PM2:45 PM ỨNG DỤNG CẢM BIẾM ĐIỆN DUNG Chế biến gỗ Kiểm tra bộ nối truyền động 38382:45 PM2:45 PM Cảm Biến Tiệm Cận Cảm Ứng Điện Dung Các Loại Thông Dụng bọt Chất lỏng E2KQ-X10ME1 Dây ra Điều chỉnh độ nhạy E2KQ : Đo mực chất lỏng Không bị ảnh hưởng bởi bọt khí nhờ chỉnh được độ nhạy của sensor E2K-L : Đo mực chất lỏng Không bị ảnh hưởng bởi màu của ống nhựa hay màu của chất lỏng 39392:45 PM2:45 PM APPLICATION OMRON SOLUTION PHÁT HIỆN SỮA / NƯỚC TRÁI CÂY BÊN TRONG HỘP Phát hiện được sữa / nước trái cây bên trong hộp giấy E2K-C là sensor tiệm cận công suất lớn và có thể phát hiện được chất lỏng bên trong hộp hay không. E2K 40402:45 PM2:45 PM . KHOẢNG CÁCH • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT • CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 33 • Cảm biến tiệm cận • Cảm biến tiệm cận ñiện cảm • Cảm biến tiệm cận từ cảm • Cảm biến tiệm cận ñiện dung • Cảm biến tiệm cận siêu âm NỘI. sensor) 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN SIÊU ÂMBIẾN SIÊU ÂM Các loại cảm biến siêu âm 2:45 PM2:45 PM 4343 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN SIÊU ÂMBIẾN SIÊU ÂM Các loại cảm biến siêu âm 2:45 PM2:45 PM 4444 12 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN. 5959 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN SIÊU ÂMBIẾN SIÊU ÂM Bố trí cảm biến siêu âm 2:45 PM2:45 PM 6060 16 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN SIÊU ÂMBIẾN SIÊU ÂM Bố trí cảm biến siêu âm 2:45 PM2:45 PM 6161 2.5 CẢM2.5 CẢM BIẾN