Cơ khí chế tạo máy - Capacitive sensors

CAPACITIVE SENSORSGROUP 1 - 2ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁYNỘI DUNGI. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢNII. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGIII. ĐỘ NHẠY & HỆ SỐ KHỬIV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUV. ỨNG DỤNGVI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNĐiện 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 NIỆM CƠ BẢNb. Cảm biến điện dung là gì?Cảm biến điện dung làm việc như cảm biến cảm ứng nhưng không cần tiếp xúc. Dùng để đo lường chính xác vị trí một đối tượng dẫn hoặc không dẫn, đo được bề dày của đối tượng.Được dùng ở những nơi mà cảm biến cảm ứng không thể đo lường được do yếu tố không tiếp xúc.I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢNCảm biến điện dung đo lường sự thay đổi điện dung giữa cảm biến và đối tượng bằng cách tạo ra một điện trường xoay chiều giữa các cảm biến và đối tượng, theo dõi sự thay đổi trong điện trường.Điện dung bị tác động bởi 3 yếu tố:Độ lớn cảm biến và bề mặt đối tượngKhoảng cách giữa chúngĐiện môiI. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢNa. Cấu tạoThành phần cấu tạo gồm một điện cực dạng đĩa bên trong vỏ bọc hình trụ rỗng. Hai điện cực tạo thành một tụ điện với một điện dung Cg. ii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngb. Nguyên lý hoạt độngKhi một đối tượng tiếp cận cảm biến thì điện dung thay đổi một lượng C.Tụ điện trên là một phần của một bộ dao động RC, điện áp đầu ra phụ thuộc vào sự thay đổi điện dung Ca= Cg + C giữa các điện cực và điện thế vỏ bọc.ii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngĐiện áp đầu ra bộ dao động được chỉnh lưu, qua bộ lọc và khử nhiễu. Chuyển đổi thành một tín hiệu đầu cuối.ii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngc. Sơ đồ khốid. Các phương pháp kích hoạt các cảm biến điện dungii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngnon conducting targetii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngisolated conducting targetii. CẤU TẠO và nguyên lý hoạt độngearthet conducting targeta. Độ nhạyTrong phần lớn các ứng dụng, độ lớn cảm biến và đối tượng không đổi, vật liệu đối tượng không đổi, chỉ có khoảng cách giữa đối tượng và cảm biến thay đổi.Độ nhạy được tính bằng cách xác định sự thay đổi điện dung ΔC (sự thay đổi khoảng cách), tương ứng với thay đổi tín hiệu ở đầu ra của cảm biến. III. ĐỘ NHẠY & HỆ SỐ KHỬb. Hệ số khửTùy thuộc vào vật liệu của đối tượng không dẫn, thì tạo ra sự thay đổi điện dung ΔC khác nhau.Hệ số khử của một vật liệu phụ thuộc được định nghĩa tương tự như cảm biến tiệm cận.III. ĐỘ NHẠY & HỆ SỐ KHỬTác động của nhiễuYếu tố can thiệp quan trọng là dòng điện xoay chiều. Chúng được liên kết trong mạch vào trở kháng cao của bộ dao động thông qua các điện cực cảm biến và có thể gây ra dao động.Nguồn gốc của các vùng giao thoa là: ví dụ, bóng đèn huỳnh quang, van kích điện, ở đĩa thyristor và máy phát vô tuyến. Nhiễu liên tục chỉ có thể được loại bỏ bằng cách thay đổi tần số dao động.IV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUIV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUNhiễu tạm thời có thể được loại bỏ bởi các bộ lọc nhiễu, cung cấp độ rộng xung nằm trong thời gian điều chỉnh. Nguồn gốc khác của nhiễu là hiệu ứng nhiệt độ. Thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng bộ dao động RC. Hiệu ứng này có thể được giảm thiểu bằng cách thiết lập một điểm hoạt động phù hợp. Độ ẩm, bụi và các hình thức ô nhiễm ảnh hưởng đến các bộ cảm biến bằng cách thay đổi hằng số điện môi trong diện tích bề mặt hoạt động. Để bù vào sự ô nhiễm, thì phải cải tiến nhiều ứng dụng.b. Bù trừ ô nhiễmMục đích của việc bù trừ ô nhiễm là để duy trì một hằng số phạm vi cảm biến s, khi bề mặt của bộ cảm biến bị ô nhiễm. IV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUIV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUĐiều này đạt được thông qua việc thêm vào điện cực bù dạng tách giữa các điện cực cảm biến và vỏ bọc, được kết nối với đầu ra bộ dao động.c. Lọc nhiễuĐiện trường có thể dẫn đến trục trặc của bộ dao động. Sau chỉnh lưu và các bộ lọc thông thấp của tín hiệu đầu ra dao động, nó đi qua một bộ lọc nhiễu, ngăn chặn xung nhiễu, bằng cách sử dụng các thành phần bộ lọc phi tuyến cung cấp không vượt quá mức tối đa, lựa chọn, khoảng thời gian. IV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUTuy nhiên điều này có những bất lợi mà yêu cầu ở tín hiệu chuyển đổi, tín hiệu đó có một độ rộng xung dài hơn, không thể phát hiện, điều này có nghĩa là tần số tối đa chuyển đổi có thể có của các bộ cảm biến điện dung bị giảm. Thông thường tần số nằm trong phạm vi 1Hz đến 10 Hz.IV. NHIỄU VÀ KHỬ NHIỄUCảm ứng điện dung được ứng dụng rộng rãi trong dụng cụ bán dẫn, ổ đĩa và các ngành công nghiệp sản xuất chính xác, nơi mà độ chính xác và đáp ứng tần số cao là chỉ tiêu quan trọng.V. ỨNG DỤNGVì cảm biến được các vật không dẫn nên chúng được sử dụng phổ biến trong đóng gói bao bì, nhận biết nhãn mác, giám sát bề dày lớp phủ, nhận biết sơn, giấy, độ dày phim.V. ỨNG DỤNGCảm biến điện dung có sẵn chủ yếu là như là hình trụ hoặc cảm biến tiệm cận hình chữ nhật, với 1 bộ giao tiếp ở phía trước.VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNNguyên tắc cấu tạo một cảm biến hình trụ được thể hiện trong sơ đồ bên dưới:VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNVI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNBaumer Introduces Complete Line of Capacitive SensorsTuy nhiên cũng có những dạng đặc biệt, ví dụ, cảm biến linh hoạt, có thể được dán vào các bề mặt phẳng hoặc các bề mặt cong. Sản xuất các điện cực cảm biến trên tấm hoặc lá đồng nhiều lớp linh hoạt cung cấp nhiều chọn lựa trong việc tạo nên bộ cảm biến. VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNTất cả các giao diện điện quen thuộc của các bộ cảm biến tiệm cận có thể sử dụng được. Có sẵn hai, ba và bốn mô hình dây cho điện áp DC và AC thường mở, thường đóng và các chức năng chuyển đổi.VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾNCẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠNĐÃ LẮNG NGHE