Cảm biến điện dung: Cấu tạo & nguyên lý hoạt động (2022)

0
15

Cảm biến điện dung được ứng dụng nhiều vào cuộc sống. Nhờ sự thay đổi dung kháng của cảm biến nên nó được dùng nhiều trong công nghiệp đo, báo mức các loại,… Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung là gì? Mời anh em tìm hiểu trong bài viết sau nhé.

Cảm biến điện dung là gì?

Anh em có thể hiểu một cách khác với tên gọi là cảm biến điện môi. Đây là loại cảm biến dựa trên sự thay đổi của điện dung của tụ điện bên trong cảm biến. Thiết bị cảm biến này được dùng để đo chất lỏng, chất rắn hoặc nhiều môi trường khác nhờ vào sự thay đổi chỉ số điện dùng.

khái niệm cảm biến điện dung

Đặc biệt, cảm ứng điện dung có thể hoạt động tốt kể cả những môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm như: môi trường có nhiệt độ và áp suất sao, môi trường dễ cháy nổ, mỏ than,….

→ Cấu tạo cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung có cấu tạo gồm các bộ phận sau:

  • Lớp vỏ bên ngoài của cảm biến giúp bảo vệ cảm biến dưới tác động như hư hại, ăn mòn của các tác nhân bên ngoài môi trường.
  • Đầu dò cảm biến hay còn gọi là phần que là bộ phận không thể thiếu. Nó có thể thay đổi độ dài khi tiếp xúc với môi trường môi chất. Tùy vào môi chất cần đo có dẫn điện hay không mà đầu dò cảm biến sẽ có chất liệu khác nhau.
  • Bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung sang tín hiệu analog 4-20mA hoặc sang rơ le báo mức. Bộ phận này có vai trò như bộ não của cảm biến. Nó đóng vai trò phân tích tín hiệu và chuyển đổi thông tin đo được để ra kết quả chính xác.
  • Ren kết nối, đối với các loại cảm biến có ren kết nối và đầu dò dài hơn thì chính là loại điện dung chịu được nhiệt độ cao.

Cấu tạo cảm biến điện dung

So với các loại cảm biến khác trên thị trường thì cấu tạo cảm biến điện môi tương đối đơn giản. Đối với những khoảng cách quá lớn thì nó sẽ dùng loại cable hoặc proble nhằm tăng khoảng cách, giúp đo chính xác hơn.

→ Nguyên lý hoạt động cảm biến

Cũng giống như phần khái niệm đã đề cập ở trên, nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung khá đơn giản. Về cơ bản có thể hiếu nó hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung của cảm biến phát ra dưới sự tác động của môi chất. Hay nói cách khác, cảm biến điện dung hoạt động nhận diện sự thay đổi điện dung tác động từ môi chất lên đầu dò cảm biến và qua bộ phận chuyển đổi tín hiệu để ra kết quả cuối cùng.

cách hoạt động cảm biến điện dung

Xung quanh cảm biến luôn có 1 lượng môi chất với chỉ số điện dung nhất định mắc nối thành bình và điện cực. Khi môi chất là chất rắn/ chất lỏng/ khí di chuyển qua vùng điện của cảm biến thì điện môi sẽ tăng lên và bộ dao động trong cảm biến sẽ phát ra sự thay đổi tạo ra tín hiệu ngõ ra. Dựa vào công thức tính toán được lập trình sẵn từ đó nó sẽ xác định được lượng môi chất di chuyển khoảng giữa thành bình và cảm biến.

Tùy vào các loại môi chất khác nhau sẽ giúp cho việc đo lượng thông tin, lượng môi chất di chuyển chính xác nhất. Đối với các môi chất như nước lọc RO hoặc nước cất có điện dung thấp sẽ khó đo được chính xác.

Tín hiệu ngõ ra có thể là các tín hiệu như: NPN, PNP, Analog 4-20mA dùng cho cảm biến đo mức liên tục.

nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung

Nguyên lý thay đổi điện dung của tụ cũng được áp dụng với các loại cảm biến điện dung đo mực nước hoặc hóa chất,…Tuy nhiên, tín hiệu được so sánh theo độ dẫn điện của cảm biến với thành bồn chứa. Điều này có nghĩa là cảm biến sẽ đo mức chất lỏng dựa vào việc so sánh mức chất lỏng với bồn chứa bằng kim loại mới có độ dẫn điện.

Riêng đối với bồn chứa không có độ dẫn điện như: thủy tinh, nhựa, bê tông,…thì cần lắp thêm một dây điện cực trung gian.

→ Ứng dụng cảm biến điện dung

Các loại cảm biến điện dung trên thị trường hiện nay khá đa dạng, mỗi loại cảm biến đều được dùng trong các lĩnh vực nhất định.

Ứng dụng cảm biến điện dung

  • Cảm biến mức nước điện dung CLS-23N

Hiện nay, người ta có thể sử dụng báo mức nước điện dung vừa hiện đại vừa chính xác hơn so với các cách đo truyền thống. Và thiết bị đo mức điện dung CLS-23N là một trong những thiết bị cảm biến đo mức nước phổ biến. Nó có thể được lắp ngang hoặc lắp đứng từ trên xuống tùy theo nhu cầu.

Tổng hợp cảm biến điện dung CLS-23N

Sản phẩm này cũng có nhiều loại:

CLS-23N-30

Dùng để đo các chất lỏng không dẫn hoặc có dẫn dẫn điện. Thiết kế tối ưu tạo điều kiện cho việc lắp thiết bị dễ dàng, thuận tiện và mức nước không bị tràn hay vượt quá giới hạn xác định.

CLS-23N-21

Loại này có ưu điểm là giá thành rẻ, nên được ứng dụng rộng rãi trong các tank chứa nước sạch, chất lỏng tiêu vi sinh.

CLS-23N-20

Được sử dụng hầu hết cho các loại chất lỏng, dù vật có dẫn điện hay không.

Cảm biến điện dung CLS-23N

CLS-23N-11

Ưu điểm của nó là được bọc 1 lớp PP Polypropylene. Nhờ lớp PP thiết bị này có thể hoạt động tốt trong môi trường nước sạch, chuẩn vi sinh. Trong các môi trường nước hay dung dịch nước dẫn hoặc không dẫn điện.

CLS-23N-10

Thiết bị này có mức giá khá tốt và báo mức chất lỏng, dầu rất hiệu quả. Nó có thể nằm ngay khi lắp vào bồn chứa để báo mức nước cạn. Với tín hiệu ngõ ra RElay là PNP nên người dùng có thể thông qua rơle trung giam để điều khiển bơm một cách nhanh chóng.

→ Cảm biến báo mức dạng điện dung DLS-35N

Cảm biến điện dung DLS-35N tiên tiến vá có nhiều ưu điểm hơn so với CLS-23N. Chẳng hạn như nó có thể báo mức chất lỏng, rắn, tín hiệu ngõ ra là PNP và có nhiều chức năng hơn.

Cảm biến điện dung DLS-35N

Một số loại tiêu biểu của thiết bị này như:

DLS-35_-10, 13

có đường kính lớn khoảng 10mm, được dùng để đo mức chất lỏng, chất rắn, xăng, dầu, nhớ và cả các chất không dẫn điện như đường, cát,…

DLS-35_-20, 23

Có đường kính khoảng 8mm, dùng để báo mức cho dầu FO, DO, dầu bôi trơn các loại, dầu ăn, và các chất rắn như xi măng, cát, bột đá,…

DLS-35_-11

Có đường kính khoảng 13mm chuyên dùng cho môi trường nước sạch, dẫn điện.

DLS-35_-21, 22, 25

Có đường kinh 10mm, được bao bọc bởi lớp FPR có khả năng chịu nhiệt cao, áp suất lớn nên nó được dùng trong các lò hơi, nước nóng hay gas.

DLS-35 N_-30

Có đường kính khoảng 6mm, được dùng cho chất rắn, và chất lỏng không dẫn điện.

Tổng hợp cảm biến điện dung DLS-35N

DLS-35_-31

Đường kinh 8mm, được bọc 1 lớp vỏ FPE bên ngoại dùng cho cả hóa chất nước và chất thải.

DLS-35_-40, 43

Có đường kính 22mm. Nó được dùng trong môi trường áp suất cao với môi chất là chất dẫn điện và chất không dẫn điện.

DLS-351–41, 45

Được thiết kế với đường kính lớn 22mm, dùng trong môi trường có áp suất cao, môi chất có thể là chất dẫn điện hay không dẫn điện.

DLS-35_-50

Loại này tương đối đặc biệt vì nó là sợi cable. Nó được thiết kế để dùng cho khu vực có độ sâu lớn, lắp đặt từ trên xướng, dùng cho một số chất lỏng, bộ đá và xi măng.

→ Cảm biến điện dung đo mức nước CLM-36

So với các loại cảm biến trên thì, cảm biến điện dung đo mức nước CLM-36 đặc biệt hơn khi có thể điều chỉnh độ dẫn điện phù hợp với môi trường.

Cảm biến này gồm các loại như:

CLM-36_-10

Có đường kính khoảng 8mm. Loại cảm biến được thiết kế dành riêng cho những môi chất như dầu ăn, dầu DO, FO, dầu diesel hay các chất rắn như lúa, xi măng, gạo, cát, hạt nhựa và những môi chất mà độ dẫn điện rất thấp εr <10.

CLM-36_-11, 12

Loại này được phủ 1 lớp PFA / FEP, được dùng trong các bồn thải, bồn bê tông và các chất không dẫn điện.

CLM-36_20

Đường kính 22mm, được dùng chuyên biệt cho xăng, dầu, bồn chứa và những chất không dẫn điện.

Cảm biến điện dung CLM-36

CLM-36_-22

Được phủ một lớp FEP và được dùng để đo mức nước cho bồn, bể chứa không dẫn điện.

CLM-36_-30, 31

Nó được thiết kế là một sợi cable dùng để đo chất rắn như cát, đá, xi măng với độ dài từ 1m cho đến tối đa 20m.

CLM-36_-32

Có độ dài từ 1-20m, có đối trọng là PTFE và được phủ một lớp FEP. Nó được dùng cho chất lỏng không dẫn điện.

Có bao nhiêu loại cảm biến điện dung?

Người ta dựa trên đặc điểm của các loại cảm biến điện dung mà chia ra các loại như sau:

#1 Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng

Loại cảm biến này được dùng để đo mức chất lỏng liên tục với tuyến tính ngõ ra là Analog 4-20mA, 0-10v. Tùy vào môi trường sử dụng mà người dùng có thể chọn loại cảm biến phù hợp.

Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng

Vì vậy, khi sử dụng cần phải xác định đó là môi trường chất lỏng dẫn điện, chất lỏng không dẫn điện (dầu mỏ, xăng, dầu diesel, dầu thực vật,…Nếu là môi trường dễ cháy nổ phải sử dụng các loại được thiết kế chuyên biệt.

#2 Cảm biến đo mức liên tục chất rắn

Loại cảm biến này để đo mức chất rắn ở dạng tuyến tính Analog 4-20mA, 0-10v. So với các cảm biến Radar, dạng sóng điện từ thì cảm biến này ưu việt hơn. Nó có phạm vi đo khá rộng lên đến 20 mét. Vì vậy nó được ứng dụng để đo silo, bể chứa nguyên liệu rắn, ứng dụng trong các trường hợp đòi hỏi độ chính xác cao với sai số chỉ khoảng 1%.

Cảm biến đo mức liên tục chất rắn

#3 Cảm biến báo mức chất lỏng

Đây là loại cảm biến dùng để thay thế cảm biến dạng phao truyền thống với nhiều ưu điểm. Cảm biến này có độ nhạy cao nên hoạt động đặc biệt tốt trong môi trường nhiệt độ và áp lực lớn.

Cảm biến báo mức chất lỏng

Tín hiệu ngõ ra Relay PNP, NPN,…có thể đấu trực tiếp vào PLC để điều khiển tín hiệu. Ngoài ra, người dùng cũng có thể cài đặt thiết bị thường đóng và mở.

#4 Cảm biến báo mức chất rắn

Cảm biến này thường được ứng dụng đo mức chất rắn trong các bể chứa hạt nhựa, sỏi, cát,…tại các nhà máy. Ưu điểm của loại cảm biến này là giá thành tương đối rẻ, độ chính xác cao. Do vậy mà được dùng nhiều trong công ty sữa bột, dược phẩm, công ty sản xuất thực phẩm,…

Cảm biến báo mức chất rắn

Hướng dẫn lựa cảm biến điện dung

Một vài lưu ý cho anh em khi chọn cảm biến điện dung:

  • B1: nên chọn loại cảm biến đo mức liên tục ngõ ra 4-20mA,…hoặc cảm biến điện dung loại ON-OFF.

Cảm biến đo mức liên tục 4-20mA

  • B2: cần xác định môi chất dùng cảm biến điện dung là gì. Chẳng hạn chất lỏng hay chất rắn, dẫn điện hay không dẫn điện,….Bởi vì mỗi loại môi chất khác nhau thì cấu tạo cảm biến điện dung cũng khác nhau.
  • B3: cần xác định nhiệt độ và áp suất của môi chất là bao nhiêu. Nếu chọn sai sẽ làm hỏng cảm biệt vì áp suất và nhiệt độ cao. Đây là điều khá quan trọng mà người dùng cần lưu ý khi chọn cảm biến điện dung.

lưu ý khi chọn cảm biến điện dung

  • B4: với cảm biến điện dung đo mức liên tục cần phải biết khoảng cách đo mức là bao nhiêu.

Nói chung là tùy môi trường điện dụng và nhu cầu sử dụng sẽ có loại cảm biến phù hợp, chuyên dụng và thích hợp nhất. Người dùng nên ưu tiên chọn những sản phẩm đến từ các thương hiệu uy tín để đảm bảo chất lượng và thời gian sử dụng lâu dài.

⏭️ Mời anh em xem thêm nhé:

Trên đây là các thông tin về cảm biến điện dung, đặc điểm, nguyên lý và các loại phổ thông nhất. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho các anh em trong việc tìm hiểu về loại cảm biến này nhé.

Mecsu Blog

Đam mê cơ khí trong máu rồi, biết gì chia sẻ đó, anh em cùng nhau chia sẻ nhé
Subscribe
Notify of
0 Bình luận
Inline Feedbacks
View all comments