Cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung là gì? Các loại cảm biến điện dung được sử dụng phổ biến hiện nay.

1. Cảm biến điện dung là gì?

Cảm biến điện dung là gì? Cảm biến điện dung hay còn gọi là cảm biến điện môi, đây là thiết bị dùng để đo hằng số điện môi ở môi trường xung quanh và được dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn,… Hoặc có thể dùng đo mức liên tục ngõ ra tín hiệu 4 – 20 mA, 0 – 10V.  Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong của cảm biến.

Hay nói cách khác thì cảm biến điện dung hoạt động dựa vào sự thay đổi của dung kháng giữa thành bồn chứa và cảm biến. Thiết bị này được hoạt động tốt trong các môi trường khắc nghiệt như : môi trường dễ cháy nổ, nhiệt độ và áp suất cao,… có thể dùng để đo mức nước sạch, đo mức acid, báo mức hóa chất, dầu,…

Cảm biến điện dung là gì?
Cảm biến điện dung là gì?

2. Cấu tạo của cảm biến điện dung

Về cấu tạo thì cảm biến dung cũng giống như các loại cảm biến khác đều có các phần chính là:

Lớp vỏ cảm biến bên ngoài, đóng vai trò bảo vệ cảm biến chống lại các tác động của môi trường.

Bộ não của cảm biến là bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung ra tín hiệu analog 4 – 20 mA hoặc relay báo mức.

Đầu dò có dạng hình que, là nơi tiếp xúc trực tiếp với vật và môi trường, để thu thập tín hiệu. Tùy vào môi chất cần đo là chất dẫn điện hay không dẫn điện, mà có các loại đầu dò khác nhau.

Ren kết nối, nếu loại cảm biến mà có ren kết nối cùng với đầu kết nối tín hiệu ngõ ra nó dài hơn thì đó chính là loại điện dung chịu được nhiệt cao.

Cấu tạo của cảm biến điện dung
Cấu tạo cảm biến đo mức điện dung DLM-35

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung

Sau khi tìm hiểu về cảm biến điện dung là gì? Và cấu tạo của chúng. Ta sẽ đi sâu hơn để hiểu được cảm biến điện dung hoạt động ra sao để dễ dàng ứng dụng.

Trong cảm biến điện dung gồm có một bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Chúng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện. Khi có một vật bất kỳ đi qua trong vùng nhạy của cảm biến thì điện dung của tụ điện sẽ tăng lên. Sự thay đổi này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như khoảng cách, kích thước, hằng số điện môi của vật,… Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực.

Để dễ hình dung thì bạn có thể hiểu rằng xung quanh cảm biến luôn có một lượng rất nhiều điện cực được mắc nối tiếp giữa cảm biến và thành bồn. Khi mức chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với điện cực của cảm biến thì lượng điện cực sẽ tăng lên. Tín hiệu được gửi về các vi xử lý và trả về kết quả để chúng ta có thể xác định được mức của nhiên liệu tiếp xúc với cảm biến.

Cảm biến điện dung thuông thường sẽ có dải đo từ 2mm đến 50mm. Các out thông dụng của chúng là PNP/NPN/NO/NC,… Mỗi một nguyên liệu khác nhau lại có một mức độ dẫn điện khác nhau nên chúng ta cần sử dụng cảm biến cho phù hợp với từng môi chất. Ví dụ như môi trường nước RO hay là nước cất sẽ có độ dẫn điện rất thấp rất ít loại cảm biến điện dung đo được.

4. Phân loại cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung được chia thành 4 loại như sau:

Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng: được dùng để đo mức chất lỏng liên tục có dạng tuyến tính ngõ ra Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Có thể là:

  • Chất lỏng dẫn điện: Dung dịch của nước, nước…
  • Chất lỏng không dẫn điện: Dầu mỏ, dầu Diesel, xăng, dầu thực vật

Được sử dụng cho các môi trường có tính chất dễ cháy nố, được thiết kế chuyên biệt cho môi trường nguy hiểm như: vừa nguy hiểm XI, vừa nguy hiểm vừa nhiệt độ cao XiT.

Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng

Cảm biến đo mức liên tục chất rắn: loại cảm biến này ưu việt hơn so với các loại cảm biến Radar, sóng điện từ, có thể đo mức chất rắn ở dạng tuyến tính Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Phạm vi đó của chúng khá rộng lên đến 20m, được sử dụng cho các silo, bể chứa nguyên liệu chất rắn,…

Cảm biến báo mức chất lỏng: thiết bị này ở dạng ON – OFF thay cho các loại cảm biến phao thông thường, với độ hoạt động ổn định hơn. Chún có độ nhạy cao sử dụng được cho các môi trường có nhiệt độ và áp lực cao. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến báo mức chất lỏng là các relay PNP. NPN,… có thể đấu trực tiếp vào PLC để điều khiển trực tiếp.

Cảm biến báo mức chất rắn: chúng được sử dụng cho các nhà máy dể báo mức chất rắn có hoặc không có đối với các chất rắn có trong bể chứa như hạt nhựa, sỏi, cát,…

5.Ứng dụng của cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung được sử dụng phổ biến trong rất nhiều lĩnh vực hiện nay, dưới đây chỉ là những ví dụ về ứng dụng phổ biến nhất của chúng:

  • Đo hàm lượng nước trong đất, khi lượng nước trong đất thay đổi đầu do của cảm biến sẽ cảm nhận được mà đưa ra các trình trạng của lượng nước. Ứng dụng này được dùng cho các hệ thống tưới cây trong nông nghiệp như tiêu, cà phê,…
  • Giám sát Cure của vật liệu composite: đo lường phản ứng điện của nhựa nhiệt rắn và ma trận của vật liệu composite ở độ sâu nhất định trên bề mặt cảm biến.
  • Đo lường giải phóng mặt bằng trong thử nghiệm máy nghiền.
  • Đo mức độ của một số vật liệu chất rắn trong các phễu, silo, bể chứa nhiên liệu.

>>> Tham khảo: Dây chuyền sản xuất là gì? Các loại dây chuyền sản xuất hiện nay

Leave a Reply

Your email address will not be published.

.