Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 15 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
4/8/2010
1
CẢM BIẾNĐIỆN DUNG
CAPACITIVE SENSOR
CAPACITIVE
SENSOR
PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 1CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 2
có
thể
đọc
bởi
người
quan
sát hoặcbằng dụng cụ .
CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
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].
• Điệndung 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 điệndung củatụ.
• Điệndung củatụđiệnphẳng đượcbiểudiễn
bằng công thức:
0r
A
C
d
ε
ε
=
4/8/2010
3
Điện dungcủahaibảntụ songsong
– 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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 7
d
A
ξ
r
CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
• ThayđổikhoảngcáchgiữahaitấmThayđổidiệntích
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP
• Thayđổihằngsố điệnmôigiữahaitấm
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.TSTHÁITHỊ THUHÀ CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 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 cảmbiếnđiệndung với khả năng làm việc
cao có thể đo với độ phân giải nhỏ hơn 1 nanometer.
PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 11CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP
a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm
PGS.TSTHÁITHỊ THUHÀ 12
0
1
r
L
W
C
d
ε
ε
=
0
2
r
L
W
C
d
ε
ε
=
+
∆
CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 13
1
22
11
C
dddddd
∆= ++ +
⎜⎟⎜⎟
⎝⎠⎝⎠
0
1
2
*
r
A
C
dd
ε
ε
∆
∆=
CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
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.TSTHÁITHỊ THUHÀ CẢMBIẾNĐIỆNDUNG 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.CÁCPHƯƠNGPHÁP
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.CÁCPHƯƠNGPHÁP
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.CÁCPHƯƠNGPHÁP
b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm
18
4/8/2010
TouchPadTechnology
4/8/2010
10
• Dùng đo góc
2.CÁCPHƯƠNGPHÁP
b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm
• Sử dụng các cảmbiến điệndung 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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 20CẢMBIẾNĐIỆNDUNG
[...]... 13 4/8/2010 4 CÁC ỨNG DỤNG I .Cảm biếnđiệndung kiểm tra sự có mặt của con người Cảmbiến 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 điệndung 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 điệndung 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 ĐIỆNDUNG 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 điệndiện 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 ĐIỆNDUNG 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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 1CẢMBIẾNĐIỆN 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.TSTHÁITHỊ THUHÀ 11CẢMBIẾNĐIỆN DUNG
2.