T ỔNG QUAN VỀ HỆ HỐNG BƠI RƠN VÀ HỆ HỐNG
2.3.4.2. Chuyển đổi tín hiệu bằng điện dung
Các cảm biến áp suất loại tụ điện cĩ nguyên lý hoạt động rất đơn giản. Điện dung của tụ thay đổi bằng cách tác động lên một trong những thơng số làm thay đổi
điện trường giữa hai bản cực của tụ điện. Một trong hai bản cực này được nối cơ
học với vật trung gian chịu tác động của áp suất cần đo. Thí dụ, nếu vật trung gian là một màng mỏng thì điện dung của tụ điện sẽ thay đổi theo sự dịch chuyển của tâm màng khi nĩ bị áp suất chất lưu tác động.
Trên Hình 2.16 biểu diễn một cảm biến áp suất chất lưu cấn chuyển đổi điện dung. Trong trường hợp tụ điện hình trụ, diện tích bề mặt đối diện của hai bản cực sẽ thay đổi tuyến tính theo sự dịch chuyển của bản cực. Nếu độ trễ cơ học của màng nhỏ, đối với bản cực tụđiện hình trụ, sai số do độ tuyến tính gây nên khơng lớn hơn 0,1%.
Hình 2.16 : Cảm biến áp suất chất lưu chuyển đổi tín hiệu bằng biến thiên
Nếu gọi khoảng cách giữa hai bản cực là D0 và sự thay đổi DD của khoảng cách này rất nhỏ thì biến thiên điện dung được biểu diễn bằng biểu thức:
0 0 D D C C =-D D
Trên thực tế, biến thiên điện dung sẽ phức tạp hơn nhiều nếu một bản cực của tụ điện là điện cực động và cĩ thể bị biến dạng dưới tác dụng của áp suất, thí dụ
trường hợp vật trung gian là màng đĩng vai trị là một bản cực. Trong những trường hợp như vậy, để hạn chế sai số tuyến tính dưới n%, cần phải đảm bảo sao cho độ
dịch chuyển của màng tuân thủđiều kiện : 0 50D n D< D
Thí dụ, nếu D0 = 50 mm, để cĩ sai số n = 0,5% thì độ dịch chuyển của tâm màng phải nhỏ hơn 0,5 mm.
Một phương pháp khác dùng chuyển đổi tín hiệu bằng biến thiên điện dung vi sai cũng thường được áp dụng. Trên Hình.2.17 biểu biễn sơ đồ nguyên lý của cảm biến áp suất dùng chuyển đổi điện dung vi sai.
Hình 2.17: Cảm biến áp suất dùng chuyển đổi điện dung vi sai.
Các bản cực A1 vàA2 được gắn với điện mơi cứng, chúng kết hợp với màng (nằm ở giữa hai bản cực) để tạo thành các tụ điện C1 (phía áp suất cao p1) và C2
(phía áp suất thấp p2). Độ dịch chuyển cực đại của tâm màng cĩ thểđạt tới 50 ¸ 100
mm tuỳ thuộc vào kiểu chế tạo.
Các áp suất p1 và p2 của hai mơi trường đo sẽ tác động lên màng đo thơng qua vai trị của các màng điện mơi và dầu silicon. Khi bị biến dạng, màng này sẽ dịch chuyển giữa hai bản cực cố định của các tụđiện và gây nên tín hiệu đo im tỷ lệ với sự chênh lệch áp suất p1-p2 giữa hai mơi trường :
) ( . ' 1 2 2 1 2 1 K p p C C C C K im = - - - = Các cảm biến áp suất dùng tụđiện cĩ độ tuyến tính đạt từ 0,5 đến 2% dải đo, độ trễ nhỏ hơn 0,02%, độ phân giải tốt hơn 0,1% và độ chính xác từ 0,2 đến 0,5%.
Độ nhanh hồi đáp của cảm biến phụ thuộc vào tần số riêng, tần số này thay đổi trong khoảng 50 đến 200 kHz tùy thuộc vào đường kính của màng đo.
Ưu điểm của cảm biến này là cho tín hiệu ra lớn, từ 20 đến 200 mV, khối lượng nhỏ và ít nhạy với gia tốc. Nhược điểm của nĩ là nhạy cảm với thay đổi của nhiệt độ và trở kháng đầu ra lớn.