Bài giảng Capacitive Sensors

Đ I H C S PH M K THU T THÀNH PH H CHÍ MINH Ậ

Ạ Ọ Ư Ạ

Ố Ồ

Ỹ

KHOA C KHÍ CH T O MÁY

Ế Ạ

Ơ

CAPACITIVE SENSORS

GROUP 1 - 2

N I DUNG

Ộ

I. CÁC KHÁI NI M C B N Ơ Ả Ệ

II. C U T O VÀ NGUYÊN LÝ HO T Đ NG Ạ Ộ Ạ Ấ

III. Đ NH Y & H S KH Ệ Ố Ộ Ạ Ử

IV. NHI U VÀ KH NHI U Ử Ễ Ễ

V. NG D NG Ứ Ụ

VI. M T S LO I C M BI N Ộ Ố Ạ Ả Ế

I. CÁC KHÁI NI M C B N

Ệ Ơ Ả

ệ

a. Đi n dung là gì?

Nếu đặt vào 2 bản cực dẫn điện của tụ điện một điện áp thì các bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu. Khoảng không gian này sẽ tích lũy một điện trường, điện trường này phụ thuộc vào một hệ số C gọi là điện dung của tụ điện.

I. CÁC KHÁI NI M C B N

Ệ Ơ Ả

b. C m bi n đi n dung là gì? ệ ế ả

ệ ư ả ệ ế

ả ng nh ng không c n ti p xúc. Dùng đ đo l ế ư ể ầ

ẫ ặ

C m bi n đi n dung làm vi c nh c m bi n c m ả ng ứ ườ ế chính xác v trí m t đ i t ng d n ho c không d n, ẫ ị ng. c b dày c a đ i t đo đ ộ ố ượ ố ượ ủ ượ ề

ượ ế

ứ không ti p xúc. ữ ng đ nh ng n i mà c m bi n c m ng Đ c dùng ả ở ơ c do y u t không th đo l ế ố ườ ả ế ượ ể

I. CÁC KHÁI NI M C B N

Ệ Ơ Ả

ệ

ườ ố ượ

ng s thay đ i đi n dung ổ ự ng b ng cách t o ra m t ộ ằ ng xoay chi u gi a các c m bi n và đ i ố ữ ả

ạ ế ng. C m bi n đi n dung đo l ệ ả ế gi a c m bi n và đ i t ế ả ữ đi n tr ề ườ ệ ng, theo dõi s thay đ i trong đi n tr t ượ ườ ự ệ ổ

Đi n dung b tác đ ng b i 3 y u t : ế ố ệ ộ ở ị

§ Đ l n c m bi n và b m t đ i t ế

ề ặ ố ượ ộ ớ ả

§ Kho ng cách gi a chúng

ữ ả

§ Đi n môi ệ

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ạ

Ấ

a. C u t o ấ ạ

ồ ầ

ộ ệ ấ ạ ạ

Thành ph n c u t o g m m t đi n c c d ng đĩa ự bên trong v b c hình tr ụ ỏ ọ r ng. Hai đi n c c t o ự ạ ệ ỗ thành m t t đi n v i ớ ệ ụ ộ m t đi n dung Cg. ệ ộ

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ấ

Ạ

b. Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ

ng tiếp cận cảm biến thì điện

Khi một đ i t ố ượ dung thay đổi một lượng C.

ủ

ụ ệ ệ ộ ộ ự ộ ụ ầ ộ ộ ệ ầ ổ

T đi n trên là m t ph n c a m t b dao đ ng RC, đi n áp đ u ra ph thu c vào s thay đ i đi n dung Ca= Cg + C gi a các đi n c c và đi n th v b c. ệ ế ỏ ọ ữ ự ệ

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ạ

Ấ

c. S đ kh i ố ơ ồ

ộ ệ ượ ộ ỉ

ầ ử ệ ể ầ ộ ổ

Đi n áp đ u ra b dao đ ng đ c ch nh l u, qua b ộ ư l c và kh nhi u. Chuy n đ i thành m t tín hi u đ u ễ ọ cu i.ố

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ạ

Ấ

ng pháp kích ho t các c m bi n đi n ươ ế ệ ạ ả

d. Các ph dung

non conducting target

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ạ

Ấ

isolated conducting target

ii. C U T O và nguyên lý ho t đ ng

ạ ộ

Ấ

Ạ

earthet conducting target

III. Đ NH Y & H S KH

Ệ Ố Ử

Ộ

Ạ

a. Đ nh y ộ ạ

ầ ớ ế ả

ố ượ ổ ổ

ứ ng không đ i, v t li u đ i t ữ ố ượ ả

Trong ph n l n các ng d ng, đ l n c m bi n và ụ ộ ớ ng không đ i, đ i t ố ượ ậ ệ ng và c m bi n thay ch có kho ng cách gi a đ i t ế ả ỉ đ i.ổ

ạ ượ ị

c tính b ng cách xác đ nh s thay đ i ổ ng ng ứ ổ

đ u ra c a c m bi n. Đ nh y đ ự ằ ộ đi n dung ΔC (s thay đ i kho ng cách), t ươ ự ệ v i thay đ i tín hi u ệ ở ầ ổ ớ ả ủ ế ả

III. Đ NH Y & H S KH

Ệ Ố Ử

Ộ

Ạ

b. H s kh ệ ố ử

ng không d n, thì ố ượ ủ ẫ

Tùy thu c vào v t li u c a đ i t ậ ệ t o ra s thay đ i đi n dung ΔC khác nhau. ệ ổ ạ ộ ự

ượ c đ nh ị

ử ủ ng t H s kh c a m t v t li u ph thu c đ ộ ậ ệ ệ ố nh c m bi n ti m c n. nghĩa t ế ư ả ụ ệ ộ ậ ươ ự

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

ủ ộ

a. Tác đ ng c a nhi u ễ

ọ ệ ề ệ

ượ ế ở

ự ệ ế ả ộ

can thi p quan tr ng là dòng đi n xoay chi u. Y u t ế ố c liên k t trong m ch vào tr kháng cao Chúng đ ạ c a b dao đ ng thông qua các đi n c c c m bi n và ủ có th gây ra dao đ ng. ộ ể ộ

ố ồ ủ

ở

ể ượ ế

Ngu n g c c a các vùng giao thoa là: ví d , bóng đèn ụ đĩa thyristor và máy huỳnh quang, van kích đi n, ệ c lo i b phát vô tuy n. Nhi u liên t c ch có th đ ạ ỏ ỉ ụ ễ b ng cách thay đ i t n s dao đ ng. ộ ổ ầ ằ ố

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

ờ ộ ộ ễ ạ ấ ễ ỉ

ồ

ạ ỏ ở ờ ệ ứ ộ ố t đ nh h ệ ộ ả ủ ưở ổ

ể ượ ế ậ ể

c lo i b b i các b l c nhi u, Nhi u t m th i có th đ ộ ọ ể ượ cung c p đ r ng xung n m trong th i gian đi u ch nh. ề ằ t đ . Thay Ngu n g c khác c a nhi u là hi u ng nhi ệ ộ ễ ng b dao đ ng RC. Hi u ng này đ i nhi ệ ứ ộ t l p m t đi m c gi m thi u b ng cách thi có th đ ộ ằ ể ho t đ ng phù h p. ạ ộ ả ợ

ụ ộ ẩ ế

ưở ố ệ ế ằ

ễ ả ổ ằ ể ộ ả ệ ự ề ặ ộ

Đ m, b i và các hình th c ô nhi m nh h ng đ n ứ các b c m bi n b ng cách thay đ i h ng s đi n môi trong di n tích b m t ho t đ ng. Đ bù vào s ô ạ nhi m, thì ph i c i ti n nhi u ng d ng. ề ứ ả ả ế ụ ễ

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

b. Bù tr ô nhi m ừ ễ

ể

ễ ế ề ặ ủ ố ệ ạ

M c đích c a vi c bù tr ô nhi m là đ duy trì ụ ừ m t h ng s ph m vi c m bi n s, khi b m t ả ộ ằ c a b c m bi n b ô nhi m. ễ ế ủ ộ ả ị

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

ệ

Điều này đạt được thông qua vi c thêm ệ vào đi n c c bù ự d ngạ tách giữa các điện cực cảm biến và v b c ỏ ọ , được kết nối với đầu ra bộ dao động.

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

c. L c nhi u ọ ễ

ặ ế ườ ể ẫ

ỉ ư ộ ủ

ầ ễ ộ ộ

ủ ấ ộ ọ ử ụ ễ

ượ ấ

ằ ế i đa, l a ch n, kho ng th i gian. Đi n tr ng có th d n đ n tr c tr c c a b dao ụ ệ đ ng. Sau ch nh l u và các b l c thông th p c a tín ộ ọ ộ hi u đ u ra dao đ ng, nó đi qua m t b l c nhi u, ệ ngăn ch n xung nhi u, b ng cách s d ng các ặ t thành ph n b l c phi tuy n cung c p không v ầ quá m c t ứ ố ộ ọ ự ả ọ ờ

IV. NHI U VÀ KH NHI U

Ử

Ễ

ấ ợ

ề ể i mà yêu c u ộ ộ ộ

ệ ề

ổ

ộ ả ố ằ ườ ầ

Tuy nhiên đi u này có nh ng b t l ầ ở ữ tín hi u chuy n đ i, tín hi u đó có m t đ r ng xung ệ ổ ệ dài h n, không th phát hi n, đi u này có nghĩa là ơ ể i đa chuy n đ i có th có c a các b c m t n s t ủ ể ể ố ố ầ bi n đi n dung b gi m. Thông th ng t n s n m ị ả ệ ế trong ph m vi 1Hz đ n 10 Hz. ế ạ

V. NG D NG

Ứ

Ụ

ệ ượ ứ ụ

ẫ ổ ệ

ụ ấ ơ ộ

c ng d ng r ng rãi trong C m ng đi n dung đ ả ứ ộ đĩa và các ngành công nghi p d ng c bán d n, ụ s n xu t chính xác, n i mà đ chính xác và đáp ả ng t n s cao là ch tiêu quan tr ng. ứ ầ ọ ố ỉ

V. NG D NG

Ứ

Ụ

ả ế

ụ ượ ượ ẫ ử

ế

Vì c m bi n đ c các v t không d n nên ậ c s d ng chúng đ ph bi n trong đóng gói ổ ế t nhãn bao bì, nh n bi ậ mác, giám sát b dày ề l p ph , nh n bi t s n, ế ơ ậ ớ gi y, đ dày phim. ủ ộ ấ

VI. M T S LO I C M BI N

Ộ Ố

Ạ Ả

Ế

ế ệ ủ ế ư

ả ụ ữ ậ ớ

C m bi n đi n dung có s n ch y u là nh là hình ẵ tr ho c c m bi n ti m c n hình ch nh t, v i 1 b ộ ậ giao ti p ệ c. ế ả ặ phía tr ế ở ướ

VI. M T S LO I C M BI N

Ộ Ố

Ạ Ả

Ế

ắ ấ ạ ế ụ ượ c th ể

Nguyên t c c u t o m t c m bi n hình tr đ hi n trong s đ bên d ộ ả i: ướ ơ ồ ệ

VI. M T S LO I C M BI N

Ộ Ố

Ạ Ả

Ế

Baumer Introduces Complete Line of Capacitive Sensors

VI. M T S LO I C M BI N

Ộ Ố

Ạ Ả

Ế

ạ ặ

ụ ả ẳ ả ặ

ấ ề ớ ự ạ

t, ví d , c m Tuy nhiên cũng có nh ng d ng đ c bi ệ ữ bi n linh ho t, có th đ c dán vào các b m t ph ng ế ề ặ ể ượ ạ ho c các b m t cong. S n xu t các đi n c c c m ặ ệ ả ề bi n trên t m ho c lá đ ng nhi u l p linh ho t cung ồ ấ ế c p nhi u ch n l a trong vi c t o nên b c m bi n. ấ ặ ọ ự ệ ạ ộ ả ề ế