Cảm biến điện dung

Điện dung của hai bản tụ song song– Giả thuyết d nhỏ, ε0là hằng số điện môi của chân không, εr là hằng số điện môi giữa hai tấ S là diệ tí h ủ á tấ d là kh ả 1.. CÁC PHƯƠNG PHÁP • Thay đ

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

CAPACITIVE SENSOR

1. KHÁI NIỆM

Là cảm biến có thể đo các đại

lượng vật lý

Và biến đổi thành tín hiệu

có thể đọc bởi người quan

có thể đọc bởi người quan sát hoặc bằng dụng cụ

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

• Điện dung là tỉ số giữa điện tích và điện

thế giữa hai tấm

1 KHÁI NIỆM

g

• Được đo theo coulombs/volt Đơn vị này

được gọi là farad [F].

• Điện dung chỉ được xác định đối với hai

tấm và điện thế giữa chúng.

Q

C = Q

V C V

• Cảm biến điện dung gồm một tụ điện phẳng

hoặc tụ điện hình trụ có một bản cực có thể di

chuyển và được nối cứng với dịch chuyển cần

1. KHÁI NIỆM

chuyển và được nối cứng với dịch chuyển cần

đo Khi bản cực của tụ điện dịch chuyển sẽ kéo

theo su thay đổi điện dung của tụ.

• Điện dung của tụ điện phẳng được biểu diễn

bằng công thức:

0

C

d

ε ε

=

Điện dung của hai bản tụ song song

– Giả thuyết d nhỏ, ε0là hằng số điện môi của

chân không, εr là hằng số điện môi giữa hai

tấ S là diệ tí h ủ á tấ d là kh ả

1. KHÁI NIỆM

tấm, S là diện tích của các tấm, d là khoảng

cách giữa các tấm.

– ε0 8.854x10−12F/m

C = ε 0 ε r S

d F

HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI

Material εr Material ε r Material ε r

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

Rubber 3.0 Nylon 3.5 Aluminum oxide 8.8

Điện dung C phụ thuộc vào 3 yếu tố: 

A

ε ε

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

0 rA C

d

ε ε

=

d ξ

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

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

b Thay đổi hằng số điện môi

a Thay đổi diện tích

c Dạng vi sai

a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm

• Bản cực cố định

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.

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm

0

LW C

d

ε ε

LW C

d

ε ε

= + ∆

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

Di chuyển giữa hai tấm điện cực

0

C

∆

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm

C

C

∆ =

C ε ε ⎛ ∆ ∆ ⎞ ε ε ⎛ ∆ ∆ ⎞

C

0 1

2

*

r A C

∆ =

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

d

x A

C

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

a/ Thay đổi khoảng cách giữa hai tấm

x

b/Thay đổi diện tích

Ví dụ Dùng phần chung giữa hai tấm tụ điện để đo

dị h h ể Bằ á h đ điệ d hú t ũ

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP

b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm

dịch chuyển Bằng cách đo điện dung chúng ta cũng

có thể xác định được dịch chuyển do khi đối tượng

di chuyển cũng làm thay đổi điện dung

.

b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm

LW

4/8/2010

0 1

C

d

ε ε

2

rW L x C

d

=

2 1

C L x

−

=

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP

b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm

4/8/2010

Touch Pad Technology

• Dùng đo góc

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP

b/ Thay đổi diện tích giữa hai tấm

• Sử dụng các cảm biến điện dung để đo phần

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

trăm của nước trong dầu của các nhà máy lọc

dầu.

• Và sử dụng trong các nhá máy lương thực để

đo độ ẩm chứa trong bột mì

| 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

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

c/ Thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm

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

• Dạng hình trụ

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

c/ Thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm

a là bán kính trong của hình trụ ngoài, b là bán kính ngoài của hình trụ trong

• Có thể sử dụng loại này để đo mức, nó bao gồm hai tụ điện với chiều cao là h và cái

kia là (L - h ) Do vậy

| Đo mức chất lỏng:

y Có thể cảm nhận bởi bất kỳ cảm biến vị

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

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

ấ

y Mức chất lỏng như chỉ ra ở hình dưới có

thể đo được khi chất điện môi trung gian

giữa các tấm thay đổi khi mức chất lỏng

thay đổi

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP

Đo mức chất lỏng:

vo

Capacitance Bridge

k

Fixed Plate Level

h

Liquid

3.PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BIẾN

THIÊN ĐIỆN DUNG

| Cầu Sauty và tụ vi sai

S S e

1

A

2

A

3

A

21

C V m

31

C i m

Do cấu trúc mạch điện nên có thể

bỏ qua ảnh hưởng của các tụ ký

sinh cùng với sự thay đổi của

chúng Do vậy điện áp cần đo sẽ

được tính bằng biểu thức:

C C

31 21

31 21

2 C C

C C

e

−

= 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 tính với dịch chuyển

| Sơ đồ R-C chế độ động

3.PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BIẾN

THIÊN ĐIỆN DUNG

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

c

V

R

V

S

e

Xét trường hợp điện dung của tụ thay đổi theo hàm sin xung quanh một giá

ị ố đị h

trị cố định :

t C C

C = 0+ 1sin ω

Theo sơ đồ mạch ta có: VC+ VR= ES

i R

V R= C = ∫tidt

C V

0 1

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 Cagiữa người và

bản tụ tụ điện Cb giữa người và mặt đất Nên lúc này điện dung giữa bản tụ và

bản tụ, tụ điện Cb giữa người và mặt đất Nên lúc này điện dung giữa bản tụ và

mặt đất sẽ thay đổi thành

KIỂM TRA CHIỀU DẦY

Vị í ủ hã á ì h lắ đặ

4 CÁC ỨNG DỤNG

| Vị trí của nhãn trong quá trình lắp đặt

| Đếm các nhãn

| Nhận biết keo dáng

| Chiều dày keo

| Kiểm tra lắp đặt

KIỂM TRA VỊ TRÍ LẮP RÁP

4 CÁC ỨNG DỤNG