CAM BIẾN ĐIỆN DUNG.ppt

BÀI
THUYẾT TRÌNH
Đề tài : CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

GVHD : Hoàng Minh Hạnh

Nhóm : 2


I.

KHÁI NIỆM ĐIỆN DUNG

•
•

Điện dung là tỉ số giữa điện tích và điện thế giữa hai tấm
Được đo theo coulombs/volt. Đơn vị này
được gọi là farad [F].

•

Điện dung chỉ được xác định đối với hai tấm và điện thế giữa chúng.

Michael Faraday (1791-1867)


1. KHÁI NIỆM CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

- Cảm biến kiểu tụ không tiếp xúc đo những thay đổi về tính chất điện tương ứng
thường gọi là cảm biến điện dung

- Điện dung mô tả hai vật dẫn điện cách nhau một khoảng phản ứng lại với sự chênh
thế giữa chúng. Đặt một điện thế vào hai đầu của một điện trở ta được một tụ điện
giữa hai vật dẫn đó (một đầu dương, một đầu âm)


2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

o
o

Nguyên lý của chúng là dựa trên sự thay đổi của điện dung khi có sự dịch chuyển.
Các cảm biến kiểu tụ (hay điện dung) sử dụng điện thế xoay chiều tạo ra điện tích trái
dấu ở phía của bản cực. Sự dịch chuyển của điện tích tạo ra dòng xoay chiều và được
cảm biến phát hiện

4


CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

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.


* PHÂN LOẠI :


-

Loại 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:


Trong đó :

•
•
•
•

ε - hằng số điện môi của môi trường.
ε0 - hằng số điện môi của chân không.
x- khoảng cách giữa hai bản cực.
A - diện tích nằm giữa hai điện cực.



Điện dung của loại cảm biến này biến thiên phi tuyến theo độ dịch chuyển x.



Độ nhạy:



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.




Loại diện tích bản cực biến thiên

Độ dịch chuyển có thể đo bởi cảm biến
điện dung có diện tích bản cực biến thiên.

w : chiều rộng
wx : diện tích bị giảm do sự chuyển động của 2 bản cực



Điện dung tuyến tính với độ dịch
chuyển.



Dùng để đo dịch chuyển góc


 Loại 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. thường được sử dụng
để đo mức của chất lỏng trong thùng. Với điều kiện chất lỏng không dẫn điện dạng điện môi.




Loại 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.





Loại vi sai

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.


3. Ưu và nhược điểm cảm biến điện dung

Ưu điểm:
- Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng,vật liệu phi kim
- Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh
- Có thể phát hiện các đối tượng có kích thước nhỏ.
- Phạm vi cảm nhận lớn.
- Đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi.
Nhược điểm
- Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm




MẠCH ĐO

Thông thường mạch đo dùng với cảm biến điện dung là các mạch cầu không cân bằng cung cấp bằng dòng xoay
chiều. Mạch đo cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- Tổng trở đầu vào tức là tổng trở của đường chéo cầu phải thật lớn.
- Các dây dẫn phải được bọc kim loại để tránh ảnh hưởng của điện trường ngoài.
- Không được mắc các điện trở song song với cảm biến.
- Chống ẩm tốt.

sơ đồ mạch cầu dùng cho cảm biến tụ kép vi sai với hai

điện trở

sơ đồ mạch mặch cầu biến áp với hai nhánh tụ điện.


Giới thiệu một số cảm biến điện dung



Cảm biến điện dung của hãng CARLO GAVAZZI - ITALY

Điện áp: 10-40VDC .
- Khoảng nhận: 2-16 mm or 4-25 mm
(adjustable).
- IP: 67 - Output: PNP/NPN - NO/NC.
- Nhiệt độ: -25~80oC.
- Tần số: 50Hz.
- Thân: Thép không gỉ/nhựa.
- Chống nhiễu cao.



 Điện

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG BÁO MỨC

áp: 24VDC/120VAC/230VAC.

- Khoảng nhận: 4-12mm (adjustable).
- IP: 67.

- Output: ON/OFF delay (1s-10m) -2A.
- Nhiệt độ: -20-70oC.


 Cảm biến điện dung AC 2 dây
- Khoảng nhận: 3-8 mm or 3-12 mm
- Điện áp: 20-250 VAC
- Output: SCR - Tần số: 10Hz
- IP: 67
- Thân: polyester 12/18mm
- Nhiệt độ: -25~80


 Cảm biến điện dung thân vuông
Nơi sản xuất:
Carlo Gavazzi – Italy
Thân: PC/ABS (35x55x15mm)
- Nhiệt độ : 0-50oC
- Điện áp : 10-40VDC
- IP: 65
- Khoảng nhận: 5-10mm
- Tần số 10Hz




Ứng dụng : Cảm biến điện dung kiểm tra sự có mặt của con người

Cảm biến này dùng trong các trường hợp tự động như đèn, quạt, hoặc dùng để chống trộm. Ban đầu giữa bản tụ và
đất tạo thành tụ điện C1, khi có người xuất hiện, có vai trò như vật dẫn, tạo thành hai tụ điện mới, tụ điện Ca giữa

người và bản tụ, tụ điện Cb giữa người và mặt đất.


Ứng dụng : dùng để phát hiện sữa trong hộp giấy.


Ứng dụng : Cảm biến điện dung màn hình cảm ứng trên thiết bị di động như đưa máy lên tai để tự động tắt
màn hình khi đang thực hiện cuộc gọi


Ứng dụng : Cảm biến đo mức điện dung dùng đo mức chất lỏng, đo mức chất dạng bột.