Cảm biến điện dung Cảm biến điện dung Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Cảm biến tụ điện đơn Các cảm biến tụ điện đơn tụ điện phẳng hình trụ có cực gắn cố định (bản cực tĩnh) cực di chuyển (bản cực động) liên kết với vật cần đo Khi cực động di chuyển kéo theo thay đổi điện dung tụ điện - Đối với cảm biến hình 10.13a: tác động đại lượng đo XV, cực động di chuyển, khoảng cực thay đổi, kéo theo điện dung tụ điện biến thiên ε - số điện môi môi trường ε0 - số điện môi chân không s - diện tích nằm hai điện cực δ - khoảng cách hai cực Hình 10.13: Cảm biến tụ điện đơn - Đối với cảm biến hình 10.13b: tác động đại lượng đo XV, cực động di chuyển quay, diện tích cực thay đổi, kéo theo thay đổi điện dung tụ điện 1/5 Cảm biến điện dung (10.11) α - góc ứng với phần hai cực đối diện Đối với cảm biến hình 10.13c: tác động đại lượng đo XV, cực động di chuyển thẳng dọc trục, diện tích cực thay đổi, kéo theo thay đổi điện dung (10.12 Xét trường hợp tụ điện phẳng, ta có: Đưa dạng sai phân ta có: (10.13) Khi khoảng cách hai cực thay đổi ( e = const s=const), độ nhạy cảm biến: (10.14) Khi diện tích cực thay đổi ( e = const d = const), độ nhạy cảm biến: (10.15) 2/5 Cảm biến điện dung Khi số điện môi thay đổi ( s = const d = const), độ nhạy cảm biến: (10.16) Nếu xét đến dung kháng: Đưa dạng sai phân: Tương tự ta có độ nhạy cảm biến theo dung kháng: (10.17) (10.18) (10.19) Từ biểu thức rút ra: - Biến thiên điện dung cảm biến tụ điện hàm tuyến tính diện tích cực số điện môi thay đổi phi tuyến khoảng cách hai cực thay đổi - Biến thiên dung kháng cảm biến tụ điện hàm tuyến tính khoảng cách hai cực thay đổi phi tuyến diện tích cực số điện môi thay đổi 3/5 Cảm biến điện dung Ngoài hai cực có điện áp đặt vào phát sinh lực hút, lực cần phải nhỏ đại lượng đo Cảm biến tụ kép vi sai Hình 10.14: Cảm biến tụ kép vi sai Tụ kép vi sai có khoảng cách cực biến thiên dịch chuyển thẳng (hình 10.14a) có diện tích cực biến thiên dịch chuyển quay (hình 10.14b) dịch chuyển thẳng (hình 10.14c) gồm ba cực Bản cực động A1 dịch chuyển hai cực cố định A2 A3 tạo thành với hai cực hai tụ điện có điện dung C21 C31 biến thiên ngược chiều Độ nhạy độ tuyến tính tụ kép vi sai cao tụ đơn lực tương hỗ cực triệt tiêu lẫn ngược chiều Mạch đo Thông thường mạch đo dùng với cảm biến điện dung mạch cầu không cân cung cấp dòng xoay chiều Mạch đo cần thoả mãn yêu cầu sau: - Tổng trở đầu vào tức tổng trở đường chéo cầu phải thật lớn - Các dây dẫn phải bọc kim loại để tránh ảnh hưởng điện trường - Không mắc điện trở song song với cảm biến - Chống ẩm tốt Hình 10.15a sơ đồ mạch cầu dùng cho cảm biến tụ kép vi sai với hai điện trở Cung cấp cho mạch cầu máy phát tần số cao Hình 10.15b sơ đồ mạch mặch cầu biến áp với hai nhánh tụ điện 4/5 Cảm biến điện dung Hình 10.15: Mạch đo thường dùng với cảm biến tụ điện 5/5 ... nhạy cảm biến: (10.15) 2/5 Cảm biến điện dung Khi số điện môi thay đổi ( s = const d = const), độ nhạy cảm biến: (10.16) Nếu xét đến dung kháng: Đưa dạng sai phân: Tương tự ta có độ nhạy cảm biến. .. đổi - Biến thiên dung kháng cảm biến tụ điện hàm tuyến tính khoảng cách hai cực thay đổi phi tuyến diện tích cực số điện môi thay đổi 3/5 Cảm biến điện dung Ngoài hai cực có điện áp đặt vào phát... theo dung kháng: (10.17) (10.18) (10.19) Từ biểu thức rút ra: - Biến thiên điện dung cảm biến tụ điện hàm tuyến tính diện tích cực số điện môi thay đổi phi tuyến khoảng cách hai cực thay đổi - Biến