Luận văn nghiên cứu chế tạo cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lý cảm biến tụ Điện Đồng phẳng

MIMIS là một công nghệ có kha năng cho phép mang lại sự phát triển trên các sản phẩm thémg minh, ting khá nắng tính toán của các yếu tổ vị diện tử với các vi cảm biển va các bộ vị kích

ĐẠI HỌC QUỐC GIÁ HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYEN HONG TUAN

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO

CẢM BIẾN DÒNG CHẢY DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN TỰ ĐIỆN ĐỒNG PHÁNG

LUẬN VĂN THẠC §Ï CÔNG NGHẸ ĐIỆN TỨ - VIÊN THÔNG

Hã Nội - 2014

2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HA NOI

TRUONG DAI IIOC CONG NGIIE

NGUYEN HONG TUAN

NGHIEN CUU, CHE TAO

CAM BIEN DONG CHAY DUA TREN NGUYEN LY CAM BIEN TU DIEN DONG PITANG

Ngành : Công nghệ Điện ti- Viễn thông Chuyên ngành — : Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TU - VIEN THONG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Chữ Đức Trình

Hà Nội - 2014

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan day 1a công trình nghiên cửu của riêng tôi Các số liệu, kết quã nêu trong luận án là trung thực và chưa bừng, được ai công bó trong bất kỷ công,

trình nghiên cứu nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Tuấn

phương pháp tư duy và tiến hành công việc một cách có hệ thống, khoa học, có hiệu

đã mang lại cho em

quả và những kiến thức thực tế mà các

Em xin gửi lời câm ơn lới Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghệ - Đại học

Quốc giá Hà Nội, các giêng viên của Khoa Điện tử Viễn thông đã tạo điều kiên cho

các học viên chúng em cẻ một môi trường học tập, nghiên cứu và truyền thụ cho em

những kiến thức ca bản, nên tảng khoa học trang suốt bản năm học Đại Học và hai

nam hoc sau Dai Toc

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn Vũ Quốc Tuấn (Học viên cay hov K18)eiing

nghiên cứu trong lĩnh vực MEMS đã giúp đỡ tôi rất nhiều đế hoàn thiên nghiên cứu

nay

Cuối củng con xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc dến cha mẹ, người luôn lá chỗ dựa tình thân vững chắc nhất của con, luôn cỏ vũ và dộng viên con Xin gúi tới những, người thân yêu trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những tỉnh cảm thân thương nhất

Xin chân thành cảm ơn mọi người!

Hà Nội, ngày — thắng — năm 2014

Tác giả hiận văn

Nguyễn Hồng Tuấn

2.3 Các hiện tượng vật lý của cắm biên điện dụng 27

2.4 Nguyên lý của cắm biển chất lồng điện đụng kiểu e 28

2.5 Câm biển tụ kép vì sai 32

3.1 Giới thiệu chưng 34

3.2 Thiết kế tụ điện đồng phẳng kiểu răng lược "¬ - 34 3.2.2 Phác hoa thiết kế

3.2.3 Chọn lính kiện, lên hành chế tạo

4.3 'Tĩnh toán vân tốc dong chay: 48

4.4 Dinh hướng, ứng dụng của cảm biến váo công nghề lọc dâu 49

KET LUAN VA HUONG PHAT TRIEN CUA LUAN VAN

TAI LIEU THAM KHAO

DANH MUC CAC KY HIRU VÀ CHỦ VIẾT TAT

MEMS Micro Electro Mechanical Systems

Micro- EDM (Micro Electro Discharge Machining)

Tia tir ngoai xa

Dau thé chưa chưng cắt

Mạch tích hợp

In thach ban TIệ thông vi cơ điện tử

Vĩ máy gia công tia lửa điện Cao su Silicone

‘Tia tử ngoại

DANII MUC CAC IHNII Vi, DO TIT

Hình 1.1 Kỹ thuật chế tạo tiết bi vi léng [1 | sone lO Hình 1.2 Cu vic chip vi lang vii dién cục phẳng cấu bắc hình chữ T, một ví kênh đặt phía

Tinh 2.5 Cam biển siêu âm xuyên thằng [3] - 22 With 2 6 a,b,c- Cam biển chất lòng theo phương pháp thủy tình - - 23

Vinh 2 7 Cảm hiên đo bức xa xác định múc chât lông - 24

Hình 2 § Cảm biển độ dẫn xác Anh mức cht lun trong bình 25

Tình 2 9 Cảm biển điện dụng thương mại Omron E2K-XAMT (Nhật Bản) - 7

Hình 2 11a) giọt chất lông chờ qua diện cực nổi với mạch điện tử mm

Hình 2 12 Mö bình của cảm biển chải lòng với tín hiệu cằm biển theo đồi g gian m 6] "“—

Hinh 2 13 Cẩm biển tụ kép vì sail3/ 32 Tình 2 14 Mạch điệu từ cầu và mạch câu biên dp during, 33

Tình 3 1 Pháo họa thiết kỂ tụ dông phẳng kiểu rừng hược

Hinh 3, 2 Cain bidn déng chấy dựa trên nguyên bị tự diện dông phẳng

Hình 3 3 Äênh đấu chơ câm biển sử dụng Ông truyền y lễ

Tình 3 4 Sơ đỖ nguyên lý mạch điện tử cũa cảm biển

Hình 3 5 Mạch nguân của câm biển

Hinh 3 7AZaoh đồ m điện dùng Khuch đại thuật toán và lọc thông thập - 40

ilinh 3 8 Mach dién ni khuếch đại vi sai dừng 1C 1Ð 620 40

Hình 3.9 Ađach điện tử dụng ghép nỗi vải căm biểu tụ điện - 41

Hinh 4 1 Thiết lập hệ thẳng đo lường cảm biến điện dụng - - 42 Hình 4.2 Giai nước chuẩn bị dị chuyển vào cảm biến điện dung - - 43

Hình 4 3 Tới hiệu thu được trên cảm biến vấi kích thước giot nude 3.5 nim 43

Hình 4 § Để tự Ha lãi ra khi cho giợi nước, hạt thiếc và giội nước must

Hinh 4 9 Äô hình đâu và nước wrong mit cdl cia éng din [10] 7

Hinh 4 10 Phác bọa hệ thông do đạc, nghiên cứu dong chay hai pha dau - made 1 1 o

thay đổi lớn lao trong mọi xuặt đời

biển,các yếu tổ vị diện trên nên Silic bằng các công nghệ vi chế tạo Trong khi những,

thành phân có thuộc tính diện dược chế tạo dùng công nghệ mạch tích hợp (IC) nhu

CMOS, bipolar, BICMOS, thì những thành phân vị cơ dược chế tạo ding quá trình ví

cơ phủ hợp đó là vỉ kh

ó chọn lựa những phần wafsr Sỉ hoặc thêm vào những lớp

có cầu trúc ruới để tạo rên các thiêt bị cơ và cơ điệu

thông vi co diện từ (MEMS) thường sử dụng một vi mạch diều khiển các vi

câm biển có khả năng cảm rhân uác yếu tố phí điện của môi trường xung quanh như

nhiệt độ, ánh sảng, độ ẩm, vận lốc, gia lốc, áp suấtvv ,được tích hợp hoàn chỉnh

trên một chíp TIệ thông này cững sử đựng một vị nguấn để hoạt động

Ngày may, MEMS đã và đang cách mạng hóa các loại sản phẩm bằng cách

mang các yêu Lỗ vĩ điệu lại với nhau trên một nên Sĩ cơ bắn theo công nghệ vì cơ, bằng

cách tạo ra các bệ thống trên Chip hoàn chính Công nghệ vi cơ (micromachining) và

các hệ thống cơ điện Gnicro- eleetromechical system (MIEMS) được dùng để tạo ra câu

trúc, linh kiện và hệ thống phúc tạp theo đơn vị đo micro MIMIS là một công nghệ có

kha năng cho phép mang lại sự phát triển trên các sản phẩm thémg minh, ting khá nắng tính toán của các yếu tổ vị diện tử với các vi cảm biển va các bộ vị kích hoạt có khả năng nhận biết và điều khiển, Ngoài ra, với MEMS còn mở rộng khả năng thiết kế

va ing dung moi mit đời sống,

Trong mét hé théng, su tich hop cdc yéu té vi dién xem là “bộ não”, và MEMS tầng cường thêm khả năng như là “mắt” và “tay” cho hệ thông vi diện tử, diều này cho phép ví hệ thống nhận biết và điều khiển theo môi udmg Các câu biến tập hợp các

thông tín từ mỗi trường thông qua việc đo đạc các yếu tổ nhiệt, cơ, quang, hóa, sinh, các hiện rương từ San đó, các yêu tố điện xử lý thông tin từ cảm biến và thông các nhận biết tác động trục tiếp đến bộ kích hoạt và đáp íng lại bằng cách di churyén, thay đổi vị trí, dé tim, los, theo đó điều khiển môi trường theo ý muốn Do thiét bi MEMS được chế tạo theo công nghệ khối tương tự như dùng cho mạch tích hợp, có chức nắng, dộ tin cậy và dộ tình vị clrưa từng thấy dược dặt trên một chip Si nhé với giá thành tháp

Các sản phẩm thành công vẻ thương mại dùng công nghệ MEMS phải kể dến là

vi cảm biến, Vì vậy, sự thành công của hậu hết các sản phẩm đùng công ngh$ MEMS

là do khai thác các tích chất sau đây:

Thuận lợi về tỉ lệ: Một vài hiện tượng vật lý trình bày tốt hơn và hiện quả hơn khi tôi thiên hoá sang don vi do micro, nano

Chế lạo khối : Với các quy trình im quang (1thograplic) và chế tạo khéi (batch fabrication), chỉ phi săn xuất cho mét linh kién MEMS theo khéi thấp hơn so với chỉ phí sẵn xuất ra nhiều linh kiện MEMS

Tích hợp mạch: Sự tích hợp mạch theo công nghệ MEMS mang lại giả trị lớn,

tuy nhiên giá thành và độ phức tạp có thể bị hạn chế

Trơng công nghiệp hóa dâu một hệ thống cảm biển nghiên cứa một động đã trước trong một đường ống mục địch là đề tính toán, định hượng nhân diện tích của m chat lông bị chiếm đóng tại phân nhất định cửa ông, cũng như phát hiện nước bị lẫn trong đầu thành phẩm Chính vì các lý do trên tôi chọn để tải cho luận văn thạc sĩ là

“Nghiên cúu, chế tạo cảm biến dòng chảy dựa trên nguyên lÿ cảm biến kiêu tụ đồng

ww

Chuong 1 GIOI THIEU CHUNG

1.1 Giới thigu céng nghé ché tao Opto MicroFluidic Sensor

Céng nghéché taovi longban dau đượcbắt nguồn từ công nghệyi điện tửsilic, được phát triên tt trongngành công nghiệpbán dẫn.Tuy nhiên, những kỹ thuật nàylà rất tốn kém, phức tạp, vảtôn thời gian Ngoài ra,siliconkhôngthiích hợpđược áp dungtrong mét thiét bivi léngdotinh chan sángcủa nó vớiảnh sáng nhìn thấyvảtia cực

timngoaido vậy cảnchi phi cao đề xử lý

Một kỹ thuậtkhả thiđể chế tạo cácthiết bịvi lỏngbao gémeac hé théngvi co điện

tửC(MEMS)với các quy trình chế tạođược minh họa trongHinh 1.1

Trong quả trình chế tạo,vật liệu sử dụng là môtpolymer,được lắng đọng trênmột chat néndau tién, va sau domét mé hinhtrongmétténg thẻđược chuyển vàocácvật liệu

bangin thach ban Sau một quá trìnhkhắc, ăn mỏn(khắc ăn mỏn ướt hoặckhô), để được

cau trủc mong muốn.Cuối củng sẽ được mộtcâu trúcgắntrên bề mặtcủa chipgắn với vi

kênh [1]

Hình 1.1 Kỹ thuật chế tạo thiết bị vi lỏng [1]

Công nghệ in thạch bản: Kỹ thuật in thạch bản sử dụng đầu tiên trong ngảnh in ân người ta dựa vảo lực đây giữu dâu vả nước Dau và nước không trộn lần cùng nhau và

luôn có xu hướng tách rơi nhau Hình ảnh ngược của vết dầu được dinh trên bẻ mặt Sau đỏ bề mặt này ngâm vào nước Nước sẽ chảy vao vi tri khong dinh dầu Tiếp đến

là trống mực in lăn qua bê mặt Người ta sử dụng loại mực dâu là mực hỏa tan trong,

đầu, nhưng lai bị đây ra trong nước Như vậy những chỗ nào đính đầu sẽ đỉnh mục Chỗ dính nước thì không Ilinh ảnh mực trên bè mặt giếng với hình ảnh vệt ban đầu

hi lây bản in này để in vào giấy sẽ được hình ảnh xuôi

Nếu áp trực tiếp bản này lên giấy, ta thu được bản m, nhưng bắn in sẽ đỉnh nước ĐỂ cải tiền, người ta áp bản mực lên trồng cao su, để dính mực lên trồng, nảy, ửamg ép hết nước rơi ra ngoài Trồng này sau dó truyền mục lên giây Phương pháp

nay chinh bi i Hưạch bản offseL

Công nghệ chế tạo vĩ mạch bán dẫn ap dụng các phương pháp của ín thạch ban

Phương pháp in thạch bản công dũng cho các ting dung MEMS, vi co khả năng tạo côc chỉ tiết cò kích cỡ mierômét trên một bê mặt rộng, Trong chế tạo báu dẫn, công riehệ

y ap dung cho bé indit silic, nhưng mội số vật liệu khác cũng được dùng

Phuong phap sit dung bước sóng lim trong ïn thạch bản đùng cho sông nghệ ví

chế tạo đạt hệ số chính xác cao các vi câu trúc ứng đụng trong thành phần vì lưu và

Lệ thống vi-co-điện (Miero-L/ectro-Mechanical system (MUIMS)) cho phép sử

dụng công nghệ chế Lạo vi giá công bang cách tích hợp các phần tử cơ khi, những bộ

cảm biến, bộ khuếch đại và diện tử trên lớp rên silieom Thiết bị eta MEMS thì rất nhỏ Hơn nữa, MEMS đã từng chế tạo những sợi đây điện của động cơ nhỏ hơn đường

kinh của sợi tóc Những cống điện tử được chế tạo bằng cách sử đụng những quá trình

mnạch tích hợp (1C) liên tiếp như CMOS, 13ipolar, hoặc quá trinh IICMOS Những chỉ

tiết vi gia công được chế tạo bằng cách sử dụng những qui trinh vi gia công mà ở đó việc bóc ra những phần của tắm móng silicon hoặc thêm vào những lớp nên để hinh

12

ihanh nan nhimmg thiét bi co khi va thiét bi co-dign MEMS da gi ditoc thing bang đối với những thay đối lớn vẻ mỗi loại sản phẩm gần đây bằng cách tích hợp lại mach vi điện nên silicon với công nghệ vi gia công, tạo ra một hệ thống hoàn thiện trên một cơn “chịp”, Nó có khả năng phát triển săn phâm nhanh dỏ là tăng cường khả năng tỉnh toán của vi mạch diện với sự cảm nhận và khả năng diều khiển của những bộ cám biến

vi mỏ và bộ khuếch đại ví mô

Công nghệ MEMS dã tng được ứng đụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhự

công nghệ sinh học, công nghệ thông In, thiết bị gia tốc kế MEMS đã lừng được sử đụng cho một loạt thiết bị từ những vật đụng trong gia đình cho đến các chỉ tiết trang

trí trong ôtô

Gan day, có nhiều chỉ tiết có kích thước rất nhỏ (micro) được chế tao bằng công

nghệ sản xuất vi- điện Mặc đủ, chúng có thê sẵn xuất những cấu trúc chính xác về kích thước nhưng chúng vẫn thiểu khả năng gia cảng đổi với kích thước thứ 3, và hâu như bị hạn chế về silicon như một vật liệu nên Ngày nay với chiến lược quan trong 1a phát triển và sản xuất những, câu trúc vi mồ 3 kích thước

Với sự ra đời của vi máy gia công tia lửa diện -Micro EDM (Micro- Elecưo

Discharge Machining) bao gém có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cũng

diện Có nguyên lý hoạt động là gồm có

trô là đao) và điền cực tiến tới bể mặt chỉ tiết gia công sinh ra một lễ chép hình hình dang cia đụng cụ Kguẩn năng lượng cung cập sản sinh ra một tân số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực và bẻ mặt chỉ tiết và bóc đi một lớp kim loại bối sự ăn

mon của nhiệt độ và sự hỏa hơi

mg cụ gắn điện cực định hình (đóng vai

Tiền này làm táng khả năng sản xuất những cầu trúc vỉ mê có dạng rỗng bằng những vật liệu và silicon dược quét sơn Độ chính xác cúa hình dáng chỉ tiết dược xác định thông qua hình dạng, của diện cực dụng cụ, quỹ tích di chuyên của nó, khoăng, cach phóng điện giữa điện cục và chỉ tiết gia công, Về bản chất, RDM là một quá trình

gia công cơ-nhiệt-điện ma ở đó cho phép sử dụng khả năng xói môn bằng sự phóng,

điện, tạo lặp giữa điệu cực dụng cụ và điển cực clú tiết, để bóc đã vật liệu chỉ tiết gia

công,

Micro-EDM có thể sản xuất được đặc điểm hình dang hình học 2 hoặc 3 kích thước Dặc biết, nó có thể đạt được kích thước nhỏ nhất lả 25 micromet va dung sai va sai là 3 maicromet tốc độ cắt ( tốc độ bóc vật liệu) là khoảng 25 triệu (micromet3/s)

rong công nghệ Mioro-HDM, quan điểm là bạn chế năng lượng trong lúc phóng diện dễ chế tạo ra những sẵn xuất vi mô có bẻ mặt dạt dộ chỉnh xác cao Năng,

lượng trong mỗi lần phóng điện nên được cục tiểu trong khi tân số phóng điện được

táng lên Nàng lượng trong mãi lẫn phóng điện là 10-6 T đến 10-73 đưới những điều kiện Ấy, nó có thẻ đạt được những bể mặt có độ bỏng Rmax= 0.1mm, bằng những năng lượng điện cực tiểu Quả trỉnh Micro-BDM sản xuất rất nhiều chỉ tiết kim loại nhỏ, nhiều chủ tiết nhỏ hơn so với qui trình khoan và phay dã từng nhìn thấy

Miero-EDM có khả năng gia công những vật thể có câu trúc vi mô 3l phức tạp

bằng những vậi liệu dẫn điện, dẫn nhiệt có độ cứng khác nhau Silicon là một vật liệu

ng như vai trò quan lrọng và chủ phí

thấp Đây là một loại vật liệu dẫn nhiệt, dẫu diện kém, phd biến trong ngành công

nghiệp điện, khỏ mà gia công bằng cách sử dụng những công nghệ thông thường xhưng lại để đảng với công nghệ Miero-EDM Hơn nữa, nó thì thích hợp cho việc làm

khuôn vi mô mà ở đó có thể chế tạo đa dạng các chỉ tiết như turbines, bản quang học, cụm chỉ tiết lưu chất, hệ thông phân tich mao dẫn Miero-I2IM cũng thích hợp choviệc

†ạo mẫu nhanh khi đỏ chí phí để sản xuất những khuôn vi mô it hơn so với những

phương pháp khác

Qua trinh in thach ban bay in offset (Lithography), da timg ứng dụng trong

công nghệ chế tạo MEMS, những hệ thống và những chú tiết rái nhỏ ở cấp độ miero

điện, những bộ cảm biến có đường đẫn bên trong,

ng như những bộ cảm

và lưu chal, quy trình công nghệ lương tự như việc lạo một tám hình

trong phòng tôi Ilơn nữa, vật liệu nhạy căm với ảnh sáng (photo emulsion) thì được

phủ mảng lên tâm giây hình Âm bản được đừng để cho khối ánh sang truyền qua từ

nguồn ánh sáng đến emulsion Anh sáng phát ra là do nguyên nhân thay đôi tính chất hoá học của emulaion Bức hình dược phơi sảng dẻ cho quá trình hoá học vả enulsion

được ồn dịnh trên tắm hình

Có 2 quá trình in thạch bản cơ bản: In thạch bản quang hoe va X- quang (K-

tay) Tir viée img dung dé dang ánh sáng thấy được, là dường dẫn dến việc giảm die trưng về kích thước đã từng lăng lên dối với việc sữ dụng bước sóng nưấn hơn trong,

kỹ thuật in thạch bân quang học, vì thể làm tăng mức độ phân giải Những nguồn sáng

như tia tử ngoại (Uitraviolet-L7V) vả tia tử ngoại xa (deep ultraviolet - DUV) dure img

dụng trong gia công laser ở bước sóng 248mm, 193nm hoặc nhỏ hơn Với những bước

sóng ngắn hơn, những vật liệu quang học và ngay cá năng lượng hấp thu không khi rất tốt Vì thể có nhiều vẫn để được bao trùm So với kỹ thuật in thạch bản quang phổ, kỹ thuật im thạch bản X-ray cho phép chế tạo nhữngchỉ tiết có cầu trúc vi mô và nhiễu chỉ tiết có chiểu cao lớn hơn Cũng như nhiều bước sóng ngắn hơn ngay cả ảnh sảng,

ys lam tang độ phân giải ánh sảng về một phía Chíng cho phép năng lượng, xuyên thấu mạnh vào trong quang trở và đạt được tỉ lệ cao Tuy nhiên, sự cải tiên trong kỹ thuật in thạch bản quang phố đã từng là tăng câu trúc lên 1mm, chiều cao này chỉ bằng bằng so với kỹ thuật in thạch ban X-ray trong quá khứ

14

Trong kỹ thuật in thạch bản quang phổ, bước thứ nhất là tạo một màng chắn Nên mảng chắn là dang thuỷ tinh borosilicate hoặc gần đây lá silioa nấu chay ma ở đó

nó cho phép hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn và sự truyền nhiệt cao ở bước sóng ngắn

hơn Bước tiếp theo bao g6m việc phú một lớp chống nứt lên nên của máng chấn Tiên hanh nung để cổ dịnh lớp chống mút Trong ngành nhiếp ảnh, am bản dược trang tri

bang những hình ảnh đã được chụp Còn trong kỹ thuật ¡n thạch bản, nó dược hình thành bằng s đi chuyển một vệi sáng nhỏ qua lớp chống nơi để “vế” nên hình mẫu

theomong muén, Ben hỗ quang thuỷ ngần với năng lượng quang phổ đạt đuợc ở bước

sóng ngắn thường được ứng đụng cho mục đích nảy Trong DUV, lasers đã được ứng đụng trong khi kỹ thuật in thạch bản bức xạ electren sử đụng nhiều elsetrons có bước

sóng ngắn hơn để tăng độ phân giải Sau này, màng chắn được phát triển và được phủ kim loại Crém Crém diễn dây vào khoảng trồng ở lớp chống nứt dã dược dã cỏ và trên dinh của chỗ không, có lớp chống mút Mẫu Crôm dược dễ lại phía sau nẻ của mảng và sau dỏ sẽ cạo bö lớp chống nứt 3ilicon sẽ được sử dùng như lớp nên cho cả

vi- điện và MEMS Đôi lúc, vật liệu nền Galiurn-arscnide cũng được đùng cho vi- điện

Công nghệ phay micro là một dạng công nghệ thu nhỏ của công nghệ phay

thông thường mà ở đỏ được sử dụng đụng eu cắt gọt nhỏ hơn, cứng hơn hoạt động ở

tốc độ cao được đùng trên máy có nhiều trục Phay micro có thế gia công rihững vật liệu đạt được dung sai rất cao Chẳng hạn như, máy phay vi mô Kern có thể sử dụng những lưỡi cắt có đường kinh nhỏ 100 mieramet, tốc độ 100000 vòng/ phút Thiết bị

máy móc cô thể dạt dược dung sai 2 — 4 micromet Khi tỉ lệ giữa diện tích bề mặt với thể tích lớn hơn kích thước vi mô, nhiệt phân tản rất nhanh trên vật liễu, dụng cụ và

trên phơi

Tiết diễn mặt cắt ngang luỡi gắt ở điển kiện gia gông vì mô đã chỉ ra một góc

ngbiéng âm lớn, với một góc nghiêng thay đổi đọc theo lưỡi cắt có tính hiệu quả, điều

này đẫn đến năng lượng cắt đặc biệt lớn hơn nhiều

Qui tinh mai cuéi hau như gia công trong môi trường khắc nghiệt so với qui trình gia công vi mô Trường hợp với một bẻ rộng nhỏ thì hinh dáng hình học của luỗi cắt bằng kim cươngthì cùng vững hơn Ủng suất nén hàư hết tập trưng ở lưỡi cắt của

nó Phay vi mô vẫn được phát triển như lả một qui trính chế tạo vị mô Nó có tiềm năng dỏi với việc chế tạo những chỉ tiết theo lỏ với đặc trưng kích thước vi mô, chỉ phí thấp với việc quay vòng vốn nhanh sơ với những, qui trình vì gia công khác

ông nghệ vi khoan không chỉ yêu cầu mũi khoan nhỏ mà còn là phương pháp

chuyển động quay tròn chính xác của mũi khoan vị mô và có chú kỳ khoan rất độc

biệt, được gọi là chu kỷ khoét (peck cycle), digu này giúp cho quá trình sản xuất những thành lỗ bằng phăng Những mũi khoan vi mô nhỏ nhất (nhỏ hơn 50 mm) là

một loại đao lạng mà ở đó không có đường rãnh xoắn ốc, khiên cho phôi thoát ra từ lỗ rat kho khăn Mũi khoan với đường kinh 50mm hoặc nhỏ hơn có thẻ chế được chẻ tạo

như một mũi khoan xoắn Cỏ nhiều đặc tính hình dạng hình học quan trong của mũi khoan vi mô dạng dao lạng Phần cuối củng của lưỡi cắt của mũi khoan được gọi lả lưỡi đục thay thẻ cho một điểm mũi Điều này tạo thành hai mặt phẳng giao nhau, mà

ở đó được định nghĩa là hai lưỡi cắt chính của mũi khoan Luỡi đục lấy vật liệu chủ yêu bằng quả trình cắt và đây ra ứng với góc nghiêng âm cao Năng lượng cắt đặc biệt

đọc theo lưỡi đục thi rất lớn so với lưỡi cắt chính của mũi khoan Do thiểu điểm mũi,

mũi khoan có thẻ trượt trên bê mặt ở vị trí bắt đầu quá trinh khoan, kết quả là mũi

khoan dễ gãy hoặc tạo thành một lỗ nghiêng so với bề mặt chỉ tiết gia công Nhược điểm thứ hai của lưỡi đục lá quá dài so với đường kinh mũi khoan, kết quả là lực đây

dọc theo trụcmũi khoan lớn

Hình 1.2 Cau trite chip vi long với điện cực phẳng cầu trúc hình chữ T, một vì kênh

đặt phía dưới điện cực hình thành một cảm biển điện dung [2]

Cầu trúc làmột vi kênh gồm một lỗi vảo để bơm đầuvả một lỗi vào để bơm

nước được đặt trên đề lâm từ vật liệu cao su silie (PDMS) Sự thay đổi điện dung của

tụ điện của cảm biển khi xuất hiện một giọt nước trong vị kênh dẫn dầu đặt bên dưới

trên điện cực đồng phẳng co the được phát hiện, có thẻ xác định được kich thước và tốc độ Một mô hình phân tích dùng để dự đoán tín hiệu phát hiện và tôi ưu hóa câu

trúc hình học của cảm biển Thông tin về giọt chất lỏng đo được hiển thị thông qua

một Labview với giao điện thời gian thực

shielded electrical ABITAS

quả kinh tế, thâm mĩ nhưng vân đảm bảo được sự hoạt động tót trong nghiên cứu, đo

đạc và thử nghiệm

1.4 Tổ chức luận văn

Trong luận văn nay, chủ yêu nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công cảm biến

dong chảy dựa trên nguyên lý tụ điện đồng phẳng kiêu răng lược Qua đỏ có những, nghiên cứu, về sự hoạt động giữa cảm biến dòng chảy và phản đoản được hành vị chất lưu trong ông Qua đó cũng có sự phân tích, đối sánh với các cảm biên dỏng chảy khác

như cảm biến dòng kiểu áp điện trở, cảm biển kiểu tụ hai điện cực, tụ ba điện cực cũng,

đã được nhóm MEMS Đại học Công nghệ chế tạo thành công

Trong chương 1, luận văn nảy, tập trung vào nghiên cửu thiết kể và chế tạo loại

cảm biến dòng chảy trên nguyên lý kiêu tụ từ những nghiên cứu về câu trúc, hoạt động, của hai loại cảm biển áp điện trở và cảm bien điện dung và điện dung đồng phẳng

Trong chương 2, luận văn tập trung viết về Cơ sở lý thuyết và câu trúc chung của cảm biển điện dung,

Trong chương 3,luận văn tập trung viết vẻ các nguyên lý, chế tạo các cảm bien

dòng chảy dựa trên nguyên lý điện dung trong MEMS vả đánh giả cảm biển điện dung

đểng phẳng kiểu răng lược đã được chế tạo thành công Sử đụng cam biến đông chảy

đã chế tạo thành công thử nghiệm phát hiện giọt nước trong kênh dẫn chất lỏng đầu -

Tước

Trong chương 41 luận văn trình bảy nguyên lý và mỏ hinh cảm biến điện dung va

mạch điện tử, phương pháp đo Khảo sát phân tích kết quả với các kịch bản bài toán

img dung từ mô hình kênh vi lỏng Dịnh hướng nghiên cứu phát triển vào ứng dụng trong công nghiệp lọc dâu, vận chuyên hóa chất trong, dường ống trong nhả máy

Phan kết luận của luận văn đưa ra một số định huởng phát triển luận vấn trong, nghiên cứu cũng như ứng dụng; Khắc phục những hạn chế để đạt được hiệu quả trong nghiên cứu, ứng dụng,

Chuong 2, CAM BIEN DIEN DU

2,1 Giới thiệu về cảm biến và cảm biến chất lỏng

Cảm biển chúng ta cũng thường gọi là sensor do là loại thiết bị diện tử có khả năng cảm nhận các biến dỏi tử môi trường bên ngoài không có tính chất diện và biến đổi thành tín hiệu diện, từ đó tỉn hiệu ấy có thể xử lý và diễu khiển các thiết bị khác, Cảm biến là một trong thành phân cơ bản của hệ thống điều khiển

Ngày nay, câm biến ngày cảng trở thành một phản không thể thiểu trong khoa học kỹ thuật, công nghiệp và do lường, kiểm tra và diễu khién tự động Các thành tựu khoa học, vật liệu đặc biệt sự phát triển chồng rnặt của MEMS mang lại sự giản thiểu

kích thuớc, tính năng, chất lượng và phạm vì ứng dụng Ngày nay gần như không một

lĩnh vực nảo mà không sử dựng dén căm biên Chúng có trong các hệ thắng điêu khiến

tự động, điện thaại thông minh, thiết bị quân sự, giao thông vận tải, bảo quản thực

phẩm, công nghiệp hóa đầu

Với chất lỏngviệc đo lưu lượng, xác định và giám sát đáng mệt vai trỏ quan trọng, không chỉ vì nó phục vụ cho mục đích kiểm kê, đa đếm mà côn bởi vì ứng dụng của nó trong hệ thông tự động hóa các quá trình sản xuất,

Whin chung trong các tính vực của can người liên quan tới chất lông, đòng chay thể giới cảm biển không những phục vụ ching ta str dụng, nghiên củu, ứng dung, điều khiển, giám sát dòng chảy mà còn hiểu được các đặc tính của thiết bị đo lưu lượng, điều khiển, giám sát là điều hết sức cần thiết

Cảm biến đo lưu lượng chất lưu trong công nghiệp được lắp đặt ở môi trường nhiễu cao và thường bị xung áp Diễu này đòi hỏi các cảm biển đo lưu lượng phải hoạt

động bình thường cả với xung diện áp và bú được nhiễu đễ dâm bão dưa ra tín hiệu do với độ chính xác cao Thông thường, ương công nghiệp hay sử dụng giao diện truyền

cân tin hiệu 4-20mA giữa bộ truyền tín hiệu đo với thiết bị diều khiển Bộ truyền tín tiệu đo gắn với câm biển đo lưu lượng có thể được cấp nguồn bởi chính mạch vòng 4- 20mA nảy hoặc bả

có yêu câu rất khắt khe về công suất: tất cả các thiết bị điện thu thập/xử lý và truyền

ng nguồn riêng Bộ truyền tín hiệu đo sử đụng mạch vòng 4-20mA,

tin cần phải hoạt động độc lập với ngudn cap tit mach vong 4-20mA, chỉ những vi xử iý/z¡ điều khiển tiêu thụ rất ít điện (vi dụ dong vi khiển DSP) mới được kết hợp ding chung nguồn của mạch vòng 4-20mA Bộ truyền tín hiệu với kết nổi truyền số liệu dạng số như tích hợp giao diện bus trường (Profibus, 1O Limk) hoặc kết nói không, day ngay càng, phỏ biến, vì chúng làm giảm thời gian khởi dộng và cho phép giảm sắt

liên tục, cũng như chan đoán lỗi Tất cả các yếu lố này góp phần cải thiện đăng kế niắng suất và hiệu quả của hệ thống tự động hóa [3]

Phân giới thiệu của luận văn nảy muồn nói tới một số ứng dụng của cảm biến

trong lĩnh vực chất lỏng nói chung vả giới thiệu qua về cảm biến điện dung nói riêng,

Các cảm biến lưu lượng được phân lảm bổn nhóm chính dựa vảo nguyên lý hoạt động của chủng: cảm biên lưu lượng dựa vào chènh lệch áp suất, cảm bien lưu

lượng điện từ, cảm biển lưu lượng Coriolis, cảm biên lưu lượng siêu âm [3]

Cảm biển lưu lượng đựa vào chênh lệch áp suất loại nảy hoạt động dựa vào

trên đường chây, dựa vào sự chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy Cảm

biến lưu lượng loại này thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ông venture Chénh lệch áp suất trước và sau lỗ tròn Ap=p1-p2; lưu lượng thể tích Q được xác định từ biểu thức Q2=KAp, pÌ - áp suất trước tâm lồ, p2 - áp suất sau tâm lô, K - hệ số, phụ thuộc vảo tỷ trọng chất lỏng, đường kinh ông vả lỗ tròn [3]

Hinh 2 1Cam biển lưu lượng kiểu lỗ tròn

Hình 2.1 thể hiện loại cảm biến tâm lỗ tròn, lỗ này tạo ra nút thắt trên dòng chảy Khi chất lỏng chảy qua lỗ này, theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ tròn lớn hơn vận tốc của chất lỏng đến lễ đó Theo nguyên lý Bernoulli, diéu nay có nghĩ là áp suất ở phia mặt vào cao hơn áp suất mặt ra Tiền hành đo sự chênh lệch áp suất này cho phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy Dựa

vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được lưu lượng thể tích đỏng chảy Cảm biến này có đặc

điểm được chế tạo dựa trên công nghệ cô điện, hoạt động ôn định, bên vững, dễ bảo tri bảo dưỡng, phủ hợp cho dòng chảy hôn hợp Tuy nhiên độ chính xác thập ở đãi lưu

lượng nhỏ, phải sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách trong một đoạn óng dẫn, vì

vậy đỏi hỏi phải tiêu hao thêm năng lượng khi chạy bơm Mặt khác yêu cầu chỉnh xác

vị trí lắp đặt tắm lỗ tròn, điểm trích lỗ đo áp suất đâu nguồn vả điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy [3]

của đòng chấy tỷ lệ rực tiếp với biên độ diện áp cảm ứng do dược

(tt

Hinh 2 2Cam hién hen beng didn tit [3]

Cuén đây tạo ra từ trường I3 có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc nguồn

DC Khi kích hoạt bằng nguồn AC - 50I1z, cuộn dây sẽ được kích thích bằng tín hiệu

xoay chiều Điều này có thuận lợi là đỏng tiểu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng, nguồn DC ‘uy nhién phương, pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy căm với nhiễu Do

đỏ, nó có thể gây ra sai số tin hiệu do Hơn nữa, sự trôi lệch diễm “không” thường lá

vẫn để lớn đối với hệ đo được dấp nguồn AC và không thê căn chỉnh được Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DƠ cho cuộn dây từ trường là giải pháp

mang lại hiệu quã cao Nó giúp giảm đồng Liêu thụ và giảm nhẹ cảu vẫn để bất lợi gặp

phải với nguồn AC

Hệ thống lắp đặt câm biến lưu lượng điên từ có các điểm sau: Chỉ có thé do chất lỏng có khả năng đẫn điện, có sự chọn lựa các điện cực thay đổi tủy thuộc vào độ đẫn điện, cầu tạo đường ống và cách lắp đặt, không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dãi đo lưu lượng thấp Rất thích hợp đo lưu lượng chất lỏng ăn mỏn, do bắn, đặc sệt như xi mang, thạch cao, vi cảm biến do loại này không có các bộ phan lắp dặt phía trong ống dẫn, độ chính xác cao, sai số +1% đãi chỉ thị lưu lượng Tuy nhiên câm biến điện từ có giá thành cao hơn so với cảm biến lưu lượng kiểu chênh

tệch áp suất

Cảm biến lưu lượng Coriolis là nhóm cảm biển đo lưu lượng khá pho bien Chủng thực hiện đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của dòng chất lỏng chảy qua ông dẫn Sự lắp đặt cỏ thể thực hiện bởi ống thẳng đơn, hay éng đôi có đoạn cong như

hình 2.3

Cau trúc của ong thang don thi dé dang khi chẻ tạo, lắp đặt và bảo trì bảo dưỡng nhưng thiết bị đo loại nảy rất nhạy cảm với nhiều và tác động bên ngoài Câu trúc của ông đôi cong cho phép loại bỏ được nhiêu tác động vào kết quả đo vì hai ông, dân dòng chảy dao động ngược pha nhau nên sẽ triệt tiêu được nhiễu

Hình 2, 3 Cam biến lưu lượng Coriolis ông đôi dạng cong Delta [3]

Đối với cảm biển đo lưu lượng Coriolis, hai éng dan chat léng chảy qua được

cho dao động ở tần số công hưởng đặc biết bởi từ trường mạnh bên ngoài Khi chat

lỏng bắt đâu chảy qua các ông dẫn chất lỏng, né tạo ra lực Coriolis Dao động rung của

các ông dân củng với chuyên động thăng của chất lỏng, tạo ra hiện tượng xoắn trên các ống dan nay Hiện tượng xoắn này là do tác động của lực Coriolis ở hướng đối nghịch với hướng bên kia của các ông dân vả sự cản trở của chất lỏng chảy trong ông dần đền phương chuyên động thắng đứng Các cảm biến điện cực đặt cả phía dòng chảy vào vả

phía dòng chảy ra trên thành ông đề xác định sai lệch thời gian vẻ sự dịch pha (At) của tin hiệu vào và tín hiệu ra Sự dịch pha nay (At) được dùng đề xác định trực tiếp lưu tốc khỏi lượng dong chảy qua ông của cảm biến lưu lượng Coriolis khi chất lỏng đứng,

im và khi chất lỏng di chuyển [3]

Cảm biển lưu lượng Coriolis có đặc tính sau:đo được trực tiếp lưu tốc khỏi

lượng, loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, hình dạng dòng chảy đến phép đo, có

độ chính xác cao; Cam biến đo cho phép mỏ phỏng quả trình đo lưu lượng và tỷ trọng

bởi vi tan số dao động cơ bản của ông phụ thuộc vảo tỷ trong chất lỏng chảy qua

ống Tuy nhiên câm biển lại không đo được lưu lượng chất lỏng dạng đặc biệt (ví dụ như chất lỏng với chất khí hay hạt rắn; chất khí với chất lỏng có bọt; .) bởi vỉ các hat/vat chat dic biét nảy làm giảm sự dao động của ông dẫn, gây ra sai số phép đo

Cảm biển lưu lượng siêu âm dựa vào hiệu ứng Doppler được thẻ hiện trên hình

2.4 Cảm biển nảy bao gồm bộ phát và bộ thu Bộ phát thực hiện lan truyền sỏng siêu

23

âm với tần số f1=0.5-10MHz vào trong chất lỏng với vận tốc là v Giả sử rằng hạt vật

chất hoặc các bọt trong chất lỏng di chuyển với cùng vận tóc Những hạt vật chất này phản xa sóng lan truyền đến bộ thu với một tân số f2 Sai lệch giữa tân số phát ra và tần số thu vẻ của sỏng cao tần được ding dé do van tốc dòng chảy Bởi vì loại cam biển lưu lượng siêu âm này yêu cầu hiệu quả phản xạ của hạt vật chất trong chat long, nên nỏ không làm việc được với các chất lỏng một pha, tỉnh khiết

J Bộ Phát và Thu

Hình 2 4Câm biển siêu âm Dropler [3]

Cam biến siêu âm xuyên thẳng (transit-time) Cảm biến loại này có dạng như

trong hình 2.5 Cảm biển siêu âm xuyên thẳng có thẻ cho phép đo lưu lượng đổi với chất lỏng/khí rất sạch (không lẫn tạp chất) Câu tạo của nỏ bao gồm một cặp thiết bị biển đổi sóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ông dân dòng chảy, đồng thời làm với trục của dòng chảy một góc xác định trước Mỗi thiết bị biển đổi bao gồm bộ thu vả bộ

phat, chúng phát và nhận tin hiệu chéo nhau (thiết bị này phát thì thiết bị kia thu)

Dong chay trong ông gây ra sự sai lệch thời gian của chùm sóng siêu âm khi đi chuyển ngược dòng và xuôi dòng chảy, Đo giá trị sai lệch vẻ thời gian của chùm sóng xuyên

qua dong chây này cho phép ta xác định vận tốc dòng chảy Sự sai lệch thời gian nảy

vô cùng nhỏ (nano-giây), do đó cần phải dùng thiết bị điện tử, điện tử có độ chính xác

cao đề thực hiện phép đo, hoặc tiền hành đo trực tiếp thời gian này [3]

Hình 2.§Câm biển siêu âm xuyên thăng [3]

Các đặc điểm của cảm biển siêu âm các điểm sau: Cảm biển lưu lượng dựa vào

hiệu ứng Doppler không đắt, Cảm biển lưu lượng xuyên thẳng đưa ra kỹ thuật đo chất

lỏng không đẫn điện và ăn mòn; Cảm biển lưu lượng siêu âm lắp đặt gá, kẹp vào đường ống hiện tại, cho phép không cân cắt bỗ hoặc phá hủy một phân đường ông, loại

tố đến tôi thiểu sự tác động con người đến chất lỏng độc hại và giảm sự bụi bản cho

hệ thông; Không có thành phan lap dat trong ông, không làm giảm áp lực; ưu diễm nối bật của cảm biến siêu âm lá kết quả phép do độc lập với hình dang dòng chảy Tuy nhiền cảm biển siêu âm có giả thành đất va dong chay phai dược diễn đây dng [3]

Đôi với ứng dựng đo và phát hiện mức chất lưn chỉnh là phải xáo dink mite độ,

khói lượng chất lưu trong bình chứa các cẩm biến loại này dựa trên nguyễn lý của

phép đo gém phép đo liên tục và đo xác định theo ngưỡng, Khi đo liên tục biến độ

hoặc tần số của tín hiệu đo sẽ cho biết thế tích của chất lưu có trong bình chứa Khi xác định theo ngưỡng cảm biển đưa ra tín hiệu nhị phân cho biết tỉnh trạng tại muc ngưỡng có đạt hay không, Có ba phương pháp đề xác định thường dùng:

Theo như hinh 2.6 e) Một cảm biển áp suất vi sai đạng màng đất sát đáy của

bình chứa Mặt dưới mảng của cám biển áp suất chịu tác động của chất lưu gây ra còn mặt trên của mảng lại chịu tác động của áp suất Pạ của đỉnh binh chửa Sự chênh lệch

áp suất trên và dưới của màng sẽ làm màng bị biển dạng, Độ biến dang tỷ 16 với chiều cao của chất lưu trong bình Bằng việc sử dụng các bộ biến đổi thích hợp độ biến dạng,

sẽ chuyên thành tin hiệu điện và dược xử lý đẻ tính toán mức chất lưu h

24

Phương pháp bứo xạ: Với phương pháp này không cản phải tiếp xúc với môi trường đo thích hợp với chất làng độc hại, ăn môn, nhiệt độ, áp suất cao Cảm biến gồm một bộ phát tỉa (thường là tia gama y) và một bộ thu là buông ion hóa

điện nhau và ngàng với mức ngưỡng cần phát hiện Chùm tỉa phát gần rữuư mảnh và

song song với mặt ngang Tùy thuộc vào mức chât lưu cao hơn hoặc thập hơn ngưỡng,

ma chim tia đến bệ thu sẽ suy giảm hoặc bằng không Hộ thu sẽ cho tín hiệu đầu ra

tương ứng với trạng thải so với mức ngưỡng

Côn theo như hinh 2.7 b) Hệ cảm biển hoạt đông ð chế độ liên rục, nguễn phát thay vi phat chùm mảnh như hình 2.7 a) nguồn sẽ phát chừm tia với một góc ruở rộng quét lên toàn bộ chiêu cao của chất lưu cần kiểm tra va bộ thu Khi mức chất lưu tăng

sự bắp thụ tia của chất lưu cũng tăng dân tới sự hấp thụ tỉa tại bộ thu sẽ giảm Mức độ

suy giâm của chủm tia tại bộ tu tỷ lệ với mức độ chất lưu trong bình chứa

Phương pháp điện: Các cảm biến loại này hoạt động trên nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp mức độ thay dỗi của mức chất lỏng thành tín hiệu diện dựa vào tỉnh chất diện của chất lưu thường là cảm biến độ đẫn và cảm biển điện dung,

Các căm biến độ dẫn sử đụng với các chất lưu dẫn điện với độ dẫn vào khoảng S0HSem”, các điện cực được nổi với déng xoay chiêu AC cỡ 10V để trách hiện tượng,

phân cực giữa các điện cực Dòng điện chạy qua diện cực cỏ biên dộ tỷ lệ với chiều dai điện cực nhúng trong chất lưu hình 2.8 a)

Hinh 2 8 Cam biến độ dẫn xúc định mức chất lưu trong bink

'Theo như hình 2:8 b) thánh bình là vật liệu dẫn điện được sử dụng như rnột điện

cực; diện cực còu lại có chiều dài dược nhúng trong chất lưu và cảm biến xác dịnh mức chất lưu bằng cách do biên độ dòng diện trong mạch

'Theo hình 2.E c) Hệ cảm biến sử dụng 2 điện cực ngắn gắn vào thánh bình lam

thành các ngưỡng và thành Đỉnh là diện cực còn lại Khi mức chất lưu qua các ngưỡng,

sẽ làm đồng điện trong mạch có thay đối mạnh về biên độ

Với cắm biển điện dung chất lỏng, chất lỏng lả loại chất cách điện có thể tạo loại tụ bằng hai điện cực Chất diện mỗi giữa hai bản cực chỉnh là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lông, Hằng số diện rnôi của chất

lồng phối diện môi cña không khi thường lả gấp đô014]

Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, đề tạo Lụ điện người ta đứng một

điên cực kim loại bên ngoài có phô cách điển, lớp phố đồng vai trỏ chất điện môi còn chất lưu đóng vai trô điện cực thứ bai

2.2 Khải niệm và lịch sử phát triển

Tụ điện được phái mình vào nằm 1746 bồi Cuneus và Mussenbrock (Đại học Leiden hay “Leidsche fles”) Tụ điền sử đụng phổ biển trong các báng mạch điện tử

hay các thiết bị điện tử Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử đụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, như mạch lọc nguằn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiện xoay

chiều, mạch tạo đao động vv

Câu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện

gọi là điện môi Người ta thường đùng vật liệu là giấy, gấm, mica, giấy tắm hoá chất

làm chất điện môi và tụ điện cing được phân loại theo tên gọi của cáo chất điện mỏi

này như Tụ giấy, Tụ gốm, Lụ hoá Tụ điện có tính chất tích trữ điện tích trên hai bản cực củng cường độ nhưng trải dẫu

Khi chênh lệch điện thế trên hai băn cực là điện thế xoay cluẻu, sự tích lũy điện tích bị chậm pha sơ với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ trong mạch xoay chiều

Bon vị Farad là rất lớn nên thực lễ nên thường ding các giá trị nhỏ Micro Farad

(uF) ; Nano Farad (nF) va piso Farad (pF) Điện đưng nói lên khả rững tích điện trên

hai ban cue cla tu dié

Trong dó eclà hằng số diện môi của chân không (sọ — 8,85 x 10”? Eán) và ø, là

hằng số diện môi tương dối của diện môi giữa bai điện cực

Công thức chỉ có giá trị với điều kiện xác định Tuy nhiên, có nhiều loại tự điện

khác nhau, giả trì diệu dung tắng lên cùng sự gia tăng khu vực tác dông <4 hay điện xôi của môi trường giữa các điện cực và giảm cùng với tác dộng của khoảng cách đ,

Theo đó, có phần biệt ba loại cảm biển điện dụng

Các cảm biến điện đung với các giá trị 4 và d có định, khi dé dối tượng do lưởng là sự thay dỗi thuộc tính điện mới (Kiểu £)

Các cảm biển điện dưng với các giá trị ⁄4 và c cổ định, khi đỏ đối tượng đo Hưởng là sự thay dỗi khoảng cách (Miếu Ð)

Các cảm biển điện dung với các giả trị đ và ccd định, khi đó đổi tượng đo lường là sự thay đối khu vực tác động (Äiểu A)

Hằng số điện môi tương đổi có thế phụ thuộc nhiệt độ, không đồng nhất hoặc di

hướng với một số vật liệu, do đỏ độ chính xác của cảm biến #iểu £ bị hạn chế

Các cảm biển điện đụng Xiếu D rất hiệu quả đải với những phép đo khoảng, cách ngắn Tuy nhiên, độ nhạy giảm đáng kế khi khoảng cách tăng lên Ngược lại,

Kiểu A có thể được sử dụng trong phạm vị đo lường rất lớn

Độ chính xác của cảm biến điện dung phụ thuộc lớn vào độ chỉnh xác của việc chẽ tạo như độ phẳng của bẻ mặt điện cực, độ nghiêng, cạnh sườn, độ biến dang va khoảng cách giữa các điện cực

Các cảm biển điện dung Kiếu z có thế được sử đụng để xác định đặc trưng của

vật liệu (chất làm điện môi) hoặc là vị trí mặt phân cách giữa các kiểu chất lỏng khác

nhau như nhự mước và chất rẫn, nước vả khi, hay giữa hai chất lỏng như nước và dẫu