Bài giảngKỹ Thuật Cảm Biến (sensors) - Chương 5: Cảm biến tĩnh điện (2b) và một số cảm biến tiệm cận

6 Bài giảng Kỹ Thuật Cảm Biến (sensors) Hoang Si Hong 2011 -Faculty of Electrical Eng., Hanoi Univ of Science and Technology (HUST), Hanoi, VietNam Hoang Si Hong-HUST Nguồn tham khảo Note: Bài giảng môn học tham khảo, trích dẫn lược dịch từ nguồn sau:   - Sách Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1, 2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế… Các cảm biến đo lường-Lê Văn Doanh… Các cảm biến-Nguyễn Tăng Phô Đo lường điện cảm biến: Ng.V.Hoà Hoàng Sĩ Hồng Sensor technology handbook (edited by JON WILSON) Elements of Electronic Instrumentation and Measurement (Prentice-Hall Company) Sách giải thích đơn vị đo lường hợp pháp Việt Nam Bài giảng website: Bài giảng kĩ thuật cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng-BKHN(2005) Bài giảng Cảm biến kỹ thuật đo:P.T.N.Yến, Ng.T.L.Hương –BKHN (2010) Bài giảng MEMs ITIMS – BKHN Một số giảng cảm biến đo lường từ trường đại học KT khác Việt Nam Website: sciendirect/sensors and actuators A and B Hoang Si Hong-HUST Nội dung mơn học mục đích Nội dung ● Chapter 1: Khái niệm chung Cảm biến (2b) ● Chapter 2: Cảm biến điện trở (2b) ● Chương 3: Cảm biến đo nhiệt độ (2b) ● Chương 4: Cảm biến quang (2b) siêu âm ● Chương 5: Cảm biến tĩnh điện (2b) số cảm biến tiệm cận ● Chương 6: Cảm biến Hall hoá điện ● Chương 7: Cảm biến PLC(1b) Mục đích: nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng loại cảm biến thông dụng công nghiệp đời sồng Nắm xu phát triển chung công nghệ cảm biến giới Hoang Si Hong-HUST Chương 5: Cảm biến tĩnh điện tiệm cận Nội dung ● Cảm biến điện dung tiệm cận ● Cảm biến áp điện - Thụ động hay chủ động ? - Khoảng cách phát ? Hoang Si Hong-HUST Khái niệm phân loại cảm biến điện dung 1- Các cảm biến tụ điện đơn Hoang Si Hong-HUST Cảm biến điện dung Hoang Si Hong-HUST Cảm biến điện dung Hoang Si Hong-HUST Cảm biến điện dung Hoang Si Hong-HUST Cảm biến điện dung Hoang Si Hong-HUST Cảm biến điện dung tụ kép vi sai Hoang Si Hong-HUST 10 Đặc điểm chung cảm biến • Khoảng cách hoạt động cảm biến phụ thuộc vào chất vật liệu đối tượng phát Ứng dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất đo, đếm sản phẩm, xác định hành trình, phát đối tượng … Hoang Si Hong-HUST 15 Cấu tạo nguyên lý cảm biến tiệm cận cảm ứng • • Cấu tạo gồm khối hình vẻ Bộ phận cảm nhận cuộn dây cung cấp dịng có tần số cao, sẻ tạo từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây Một vật kim loại nằm vùng từ trường sẻ xảy hiệu ứng dòng Fuco Theo định luật Lenz, dịng điện có chiều chống lại ngun nhân tạo nên nó, kết tạo nên từ thông ngược lại từ thông cuộn dây, điều dẫn đến hệ số tự cảm L thay đổi trở kháng Z=2πfL Trong L = F(n, η, A, l) với n số vòng dây, η độ từ thẩm, A khoảng cách l kiểu vật liệu http://www.wisc-online.com/Search.aspx?search=proximity%20sensor Hoang Si Hong-HUST 16 Ví dụ phạm vi đo cảm biến tiệm cận cảm ứng (Fargo) Hoang Si Hong-HUST 17 Cấu tạo nguyên lý cảm biến tiệm cận điện dung • • Cấu tạo gồm khối hình vẻ Bộ phận cảm nhận tụ điện cấp dịng có tần số cao, sẻ tạo điện trường thay đổi hai cực với điện mơi khơng khí Một vật kim loại phi kim nằm vùng gần hai cực sẻ tạo thành lớp điện môi Kết điện dung C = ε x A/L (ε: số điện mơi, A diện tích cực L khoảng cách hai cực) thay đổi dẫn đến tần số cộng hưởng sẻ thay đổi Nếu hai cực tụ điện đặt mặt phẳng khơng đối diện nhau, có cảm biến điện trường mà điện dung tụ phụ thuộc vào chất làm điện mơi phát kim loại phi kim http://www.wisc-online.com/Search.aspx?search=proximity%20sensor Hoang Si Hong-HUST 18 Ví dụ phạm vi đo cảm biến tiệm cận điện dung(Fargo) Hoang Si Hong-HUST 19 Ví dụ phạm vi đo cảm biến tiệm cận quang điện (Fargo) Hoang Si Hong-HUST 20 Ví dụ phạm vi đo cảm biến tiệm cận từ (Fargo) Hoang Si Hong-HUST 21 Đo mức cảm biến điện dung Hoang Si Hong-HUST 22 Ứng dụng cảm biến tiệm cận điện dung cảm ứng đo độ dày lớp sơn Hoang Si Hong-HUST 23 Ứng dụng cảm biến tiệm cận điện dung đo áp suất Capacitive pressure sensors use a thin diaphragm, usually metal or metalcoated quartz, as one plate of a capacitor The diaphragm is exposed to the process pressure on one side and to a reference pressure on the other Changes in pressure cause it to deflect and change the capacitance The change may or may not be linear with pressure and is typically a few percent of the total capacitance The capacitance can be monitored by using it to control the frequency of an oscillator or to vary the coupling of an AC signal It is good pracitce to keep the signal-conditioning electronics close to the sensor in order to mitigate the adverse effects of stray capacitance Circuit is a schematic example Hoang Si Hong-HUST 24 Ứng dụng cảm biến điện dung đo độ ẩm Relative humidity (RH) is the ratio of the partial pressure of water vapor present in a gas to the saturation vapor pressure of the gas at a given temperature The water vapor is adsorbed on the grain surface and in the pores and reacts reversibly with lattice Zn as follows [3]: H2O + Oo + 2ZnZn 2(OH-Zn) + Voo + 2e(1) oo Where Oo is the lattice oxygen at the oxygen site and V is the vacancy created at the oxygen site Thus, the surface conductivity of the sensing film was increased by the increasing of free electrons number according to the increase in relative humidity Hoang Si Hong-HUST 25 Ứng dụng cảm biến điện dung cho hình Indium Tin Oxide (ITO) kiểu touch Hoang Si Hong-HUST 26 Ứng dụng cảm biến điện dung cho hình Indium Tin Oxide (ITO) kiểu touch Hoang Si Hong-HUST 27 Ứng dụng cảm biến điện dung cho hình Indium Tin Oxide (ITO) kiểu touch Hoang Si Hong-HUST 28 Cảm biến áp điện 1- tính tốn điện dung đo mức? 2-Cho đối tượng lựa chọn cảm biến tiệm cận? Còn tiếp… Hoang Si Hong-HUST 29