- Cảm biến điện dung được sử dụng rất phổ biến trong CN và trong các lĩnh vực khoa học. Nguyên lý của chúng là dựa trên sự thay đổi của điện dung khi có sự dịch chuyển.
- Cảm biến điện dung có độ tuyến tính lớn và phạm vi rộng. Phần tử cảm ứng cơ bản của cảm biến điện dung bao gồm 2 cực của một tụ điện có điện dung C. Điện dung là một hàm của khoảng cách d giữa 2 cực của tụ điện, diện tích bản cực A và hằng số điện môi.
- Do đó, có 3 phương pháp để tạo ra cảm biến dịch chuyển dạng điện dung bằng cách thay đổi: d, A, ε.
Cảm biến điện dung khoảng cách biến thiên
- Loại cảm biến này tạo ra từ 2 bản cực phẳng cách nhau một khoảng cách x có thể thay đổi được. Do đó, điện dung của tụ điện là:
- Điện dung của loại cảm biến này biến thiên phi tuyến theo độ dịch chuyển x.
- Độ nhạy:
- Độ nhạy tăng khi khoảng cách tăng.
Ỉ Tỷ lệ thay đổi của C tỷ lệ với độ thay đổi của x.
Kiểu cảm biến này thường sử dụng để đo dịch chuyển có độ tăng nhỏ mà không cần tiếp xúc với đối tượng cần đo.
Cảm biến điện dung diện tích bản cực biến thiên
- Độ dịch chuyển có thể đo bởi cảm biến điện dung có diện tích bản cực biến thiên.
- Ngõ ra loại cảm biến này tỷ lệ tuyến tính với độ dịch chuyển x. loại cảm biến này thường được thực hiện như một tụ điện quay để đo độ dịch chuyển góc.
Cảm biến điện dung điện môi biến thiên
- Độ dịch chuyển có thể đo dùng cảm biến điện dung dựa trên sự dịch chuyển tương đối của vật liệu điện môi giữa các bản cực.
- Ngõ ra loại cảm biến này cũng tỷ lệ tuyến tính với độ dịch chuyển x. Loại cảm biến này thường được sử dụng để đo mức của chất lỏng trong thùng. Với điều kiện chất lỏng không dẫn điện dạng điện môi.
Cảm biến điện dung Vi sai
- Trong một số trường hợp, ngõ ra của cảm biến điện dung biến thiên phi tuyến với độ dịch chuyển. Điều này có thể khử được bằng cách sử dụng cảm biến điện dung dạng vi sai.
- Cảm biến điện dung loại này thường có 3 bản cực. Tùy theo từng ứng dụng cụ thể mà cảm biến loại này có thể có cấu tạo khác nhau.
Cảm biến điện dung loại này tuyến tính hơn nhiều so với cảm biến điên dung 2 bản cực. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn tồn tại một số thành phần phi tuyến do những khuyết điểm trong cấu trúc. Do đó, ngõ ra cảm biến loại này cần phải được xử lý cẩn thận nhằm thu được ngõ ra tối ưu.
Xử lý tín hiệu ngõ ra của cảm biến điện dung:
Cảm biến điện dung yêu cầu mạch bên ngoài tương đối phức tạp so với các loại cảm biến khác. Tuy nhiên, nó có ưu điểm là đơn giản về cơ khí. Để xử lý tín hiệu, ngõ ra cảm biến này thường được đưa vào một mạch cầu AC hay các mạch dao động.
Trong thực tế, các cảm biến điện dung không thuần dung, nó có thêm thành phần điện trở ký sinh biểu diễn tổn hao trong điện môi.
Xử lý tín hiệu sử dụng Khuếch đại thuật toán
Phương pháp này khử tính phi tuyến của mối quan hệ giữa biến vật lý và điện dung C.
Ỉ Điện áp ngõ ra tỷ lệ tuyến tính với độ dịch chuyển x giửa 2 bản cực của tụ điện. Tuy nhiên, mạch thực tế yêu cầu thêm một số điện trở để giới hạn trôi ở ngõ ra.