Cảm biến điện dung là gì ? | Cấu tạo – Nguyên lý – Ứng dụng

Trong lĩnh vực kỹ thuật, cảm biến được ứng dụng là một trong những thiết bị không thể nào thiếu trong việc đo lường. Bởi vì chúng mang lại độ chính xác cao, hệ thống tự động hóa, chuẩn xác. Mỗi loại cảm biến có đặc điểm và nguyên lý hoạt động khác nhau. 

Cảm biến điện dung là giải pháp được ứng dụng trên nhiều thiết bị công nghiệp. Thiết bị cảm biến quan trọng, có tính ứng dụng cao nhưng ít người hiểu rõ bản chất. Vậy, cảm biến điện dung là gì? Nguyên lý hoạt động và tính ứng dụng của loại cảm biến này như thế nào? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn đọc làm rõ thông tin về loại cảm biến này.

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 chất và môi trường xung quanh.

Thông thường thì chúng được dùng để phát hiện mức chất lỏng, chất rắn, dung dịch trong các bồn chứa, tank, silo hoặc thậm chí trong các hệ thống đường ống. Chúng sẽ phát hiện môi chất này và chuyển tín hiệu đo lường được thành các dạng tín hiệu analog 4 – 20 mA, 0 – 10V hay dưới dạng On/ Off.

Với ưu điểm là đo hằng số điện môi để xác định mức môi chất thì chúng được ứng dụng ở trong khá nhiều lĩnh vực khác nhau. Những môi trường mà các dòng cảm biến khác gặp khó khăn nhưng đối với cảm biến điện dung thì cân hết nhé các bạn. Như môi trường: Dễ cháy nổ, nhiệt độ và áp suất cao, … hoàn toàn có thể dùng để đo mức nước sạch, đo mức acid, báo mức hóa chất, dầu, …

Cấu tạo cảm biến điện dung

Với khả năng làm việc được trong nhiều môi trường khắc nhiệt như vậy thì không biết chúng được cấu tạo như thế nào nhỉ ? đâu là câu hỏi mà thietbikythuat.com.vn nhận được rất rất nhiều trong quá trình tư vấn giải pháp cho khách hàng. Nhân tiện trong bài viết này thì mình sẽ cùng tím hiểu luôn nhé.

(1)        Bộ phận chuyển đổi tín hiệu

Đây là một phần quan trọng không kém. Mọi công nghệ hiện đại của cảm biến điện dung đều nằm ở phần này. Bộ phận này dùng để chuyển đổi điện dung sang tín hiệu điện analog ( 4-20mA , Relay On/ Off ). Chúng ta có thể hình dung dầu dò là bộ phân chân tay của cmar biến, thì bộ phận chuyển đổi tín hiệu như là một bộ não thông minh. Bộ não này sẽ chuyển tín hiệu về PLC, bộ điều khiển hoặc bộ hiển thị để thực hiệu quá trình điều khiển hệ thống.

(2)        Đầu dò cảm biến

 Thứ mà đập vào mắt của mình mỗi khi thấy thiết bị cảm biến điện dùng này đó chính là đầu do của cảm biến. Chúng được thiết kế với dạng hình trụ tròn (giống cây đũa). Đây là phần quan trọng nhất của cảm biến điện dung. Chúng đảm nhiệm khả năng phát hiện môi chất trong môi trường đo. Với mỗi môi trường đo khác nhau thì chúng chất liệu khác nhau. Môi trường it ăn mòn thi sử dụng loại vật liệu inox 304. Với môi trường nào ăn mòn cao thì dùng loại vật liệu 316 SS.

(3)        Vỏ bảo vệ cảm biến bên ngoài

 Vỏ bọc này cũng là một phần khá quan trọng đối với cảm biến điện dung. Chúng giúp bảo vệ đầu dò tránh khỏi những yếu tố làm ăn mòn dầu que kim loại. Việc này giúp cảm biến có tuổi thọ sử dụng cao hơn, lâu dài hơn.

Nguyên lý 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.

Nguyên lý điện dung

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.

Phân loại cảm biến điện dung

 Cảm biến điện dung được thiết kể để đo nhiều loại môi trường khác nhau và ứng dụng cũng khác nhau. Thông thường chúng được chia với các dạng như sau.

Cảm biến đo liên tục chất lỏng

Đây là ứng dụng hàng đầu trong các hệ thống đo lường và giám sát chất lỏng. Cảm biến này thường được gắn ở trên đỉnh của tank nước, silo, bể chứa. Loại này thì thông thường chúng có đầu đầu dò khá dài. Đây là bộ phân trực tiếp tiếp xúc với chất lỏng. Nhìn vào hình minh minh hoạ dưới đây bạn có thể thấy ngay ứng dụng của chúng.

Với đầu thang đo từ 0-2m thì thiết bị này đuợc ứng dụng khá nhiều trong môi trường công nhiệp cũng như trong dân dụng. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dụng đo liệ tục đó là khi mức nước dâng lên và tiếp xúc với que dò.

Que dò xử lý tín hiệu này và đưa về bộ xử lý trung tâm để chuyển đổi thành tín hiệu điện analog 4-20mA, 0-10V…. Nói một cách để hiểu đó là nước dâng tới đâu thì chũng cảm nhận được tới đó và chuyển sang tín hiệu điện.

Một chú ý nhỏ nữa là đối với thang đo lớn hơn 2m thì ta không nên sử dụng loại này mà phải sử dụng loại cảm biến siêu âm.

Tìm hiểu ngay cảm biến siêu âm là gì ?

Cảm biến báo mức chất lỏng

Nếu bạn chỉ có nhu cầu báo mức đầu hoặc mức cạn trong bồn chứa, tank chứa thì đây là một giải pháp phù hợp nhất cho các bạn. Tại sao mình lại nói phù hợp nhất có bạn nào biết không?

Đó là bởi vị dòng cảm biến này có giá thành rẻ hơn khá nhiều so với dòng cảm biến đo liên tục mà mình mới đề cập ở bên trên. Nguyên lý cảm biến báo mức này đó là khi mức chất lỏng dẫn điện chạm dâng lên và chạm vào đầu dò của cảm biến.

Thì ngay lập tức cảm biến sẽ báo tín hiệu về bộ xử lý và chuyển đổi tínn hiệu này thành dòng điện dưới dạng relay On/Off, tín hiệu này chũng ta có thể cài đặt chúng dưới dạng NO, NC để ứng dụng cho từng trường hợp báo đầy báo cạn.

Cảm biến báo mức chất rắn

Đo chất rắn cũng là một trong những ứng dụng nổi bật của dòng cảm biến này. Nhiều bạn bạn thắc mắc chất rắn ở đây là gì? Tại sao lại đo được mức chất rắn?

Mình xin trả lời chất rắn ở đây đó chính là các loại hạt rắn bột như bột cà phê, cám, cát, đá, sỏi…. Tóm lại là những chất tồn tại dưới dạng hạt.

Để đo lường những chất dưới dạng hạt này thì các dòng cảm biến thông thường dạng cơ hay dạng điện đều không có đất diễn nha các bạn. Bởi vì khi mức hạt này dâng lên và hạ xuống liên tục trong bồn với lực tác động lớn thì rất dễ gây hư hòng cho cảm biến. Chính vì vậy loại cảm biến điện dung được ứng dụng nhiều ở đây.

Các hãng cảm biến điện dung

Trên thì trường Việt Nam thì cũng có khá nhiều các hãng về cảm biến điện dung được tin dùng nhiều nhất. Top 3 trong đó phải kể đến đó là những thương hiệu sau.

Cảm biến điện dung autonics

Autonic là một thương hiệu đến từ Hàn Quốc, thương hiệu này chuyên sản xuất các thiết bị dành cho điện công nghiệp và đặc biệt là thiết bị cảm biến.

Vì điều này mà cảm biến Autonic xuất hiện đã nhận được sự quan tâm lớn từ người tiêu dùng do cảm biến hoạt động rất ổn định và có thể hoạt động song song cùng các thiết bị điện khác mà lại rất ít khi hư hỏng, có độ bền bỉ cao nên thiết bị này được tổ chức thế giới đánh giá cao.

Cảm biến điện dung omron

Đây là một thương hiệu đến từ sứ xở hoa Anh Đào các bạn có thể đoán được ngay là đất nước nào rồi chứ. Đúng vậy đó chính là Nhật Bản một đất nước có hệ thống thiết bị tân tiến bậc nhất trên thế giới. Cảm dòng cảm biến đến từ thương hiệu này thì bạn khỏi suy nghĩ đến độ bền và độ chính xác của chúng.

Nhưng cũng giống như hãng autonics thì hãng omron có phạm vi đo khá hẹp. Chỉ ứng dụng được trong những môi trường đo thông thường.

Vậy dòng cảm biến điện dung nào có thể đo được những môi trường khắc nhiệt đây? Những môi trường đo có độ ăn mòn cao thì phải dùng loại nào? Chúng ta cùng đi tìm hiểu một hãng nữa có thể giải quyết vấn đề này nhé.

Cảm biến điện dung Dinel

Mọi điều tốt đệp thì luôn để ở cuối cùng. Đây là hãng mà mình tâm đắc nhất trong những thiết bị đo lường có trên thị trường Việt Nam. Bỏi vì thứ nhất là chúng được sản xuất tại Cộng Hoà Séc – Một trong những đất nước có nền công nghiệp phát triển manh. Những thiết bị được sản xuất từ Dinel luôn đảm bảo các yếu tố như.

• Độ chính xác cao trên từng thang đo
• Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt.
• Độ ổn định gần như tuyệt đối, không sai sót.
• Môi trường làm việc đa dạng và dễ dàng thay thế.

Ngoài ra thì hãng này còn sản xuất nhiều loại các biến khác như cảm biến siêu âm, cmar biến radar ứng dụng để đo mức và báo mức.

Cách lựa chọn cảm biến điện dung

Để mua các dòng sản phẩm cảm biến điện dung đo lường này thì các bạn cần quan tâm đến những yếu tố như sau:

Môi chất đo là gì ?

Xách định chính xác môi trường đo là yêu tố khá quan trọng trong việc lựa chọn cảm biến. Thông thường ccas môi trường đo hay thấy trong công nghiệp đó là nước, chất lỏng dẫn điện…. Gặp môi trường này thì chúng ta khá dễ dàng lựa chọn cảm biến bởi vị môi trường này có mức ăn mòn thấp.

Nhưng lưu ý đối với môi trường có chứa a-xit, chất tẩy rửa… khi lựa chọn các bạn phải đặc biệt quan tâm đến chúng. Bỏi vì các chất này có độ ăn mòn cao; dễ gây mài mòn cho đầu dò của cảm biến. Khi lựa cho ta lên chọn loại có vật liệu 316 và có vỏ bọc.

Còn đối với các loại hạt thì lưu ý đó là ta lên lựa chọn những đầu dò có phi lơn hơn bởi vị trong quá trình đo lường chất rắn chúng sẽ tác dụng lực khá nhiều đến đầu dò, điều này sẽ gây gẫy dầu dò. Các bạn lưu ý nhé.

Áp suất và nhiệt độ môi trường là bao nhiêu ?

Đây là một điều kiện đáng quan tâm trước khi mua hàng. Đối với môi trường mà anh em càn đo ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường thì các anh em không cần để ý.

Nhưng đối với một sộ môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao như trong lò hơi thì anh em lưu ý nhé. Các loại cảm biến thông thường chỉ có thể chụi nhiệt độ khoảng -30… 80oC và áp suất là 1bar. Để dùng cho lò hơi thì các bạn phải lựa chọn những tiêu chuẩn bảo vệ mạch điện phì hợp. trnash trường hợp nhiệt độ và áp suất cao đi thẳng vào phần mạch chiểu đổi.

Thang đo mấy mét ?

Thang đo là yếu tố anh em cũng lên lưu ý. Với thang đo càng dài thì giá thành của chúng cũng tăng theo đó. Thông thường các dòng cảm biến điện dùng chúng đượng ứng dụng với thang đo 2 mét đổ lại. Đây là thang đo phù hợp nhất đối với dòng cảm biến điện dung.

Tín hiệu ngõ ra là gì ?

Tín hiệu ngõ ra nhằm mục đích đồng bộ kết nối với các bộ điều khiển trung tâm của PLC. Thông thường ngõ ra có dạng tín hiệu analog đó là 4-20mA, 0-10V hoặc tín hiệu relay On/Off.

Mộ trường hợp xẩy ra ở đây đó là không may bạn mua phải thiết bị có ngoã ra là 4-20mA, nhưng PLC của các bạn chỉ có thể đọc được tín hiệu 0-10V thì phải làm thế nào? Đừng lo nắng bởi vì không may các bạn gặp phải trường hợp đó thì hãy dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA sang 0-10V.

Tìm hiểu bộ chuyển đổi qua lại tín hiệu 4-20mA và 0-10V.

Tìn hiểu bộ chuyển đổi analog sang Relay On/Off.

Có chống cháy nổ không ?

Đây là một yếu tố đang chú ý khi ccas bạn đo chất dễ cháy nổ. như trong môi trường khí Gas, Dầu DO, xăng… Tóm loại là các chất mà chỉ cần một tia lựa điện nhỏ tiếp xúng với chúng thì chúng có thể thổi bay nhà máy của bạn. Đối với môi trường như thế anh em nên lựa chọn những dòng cảm biến có tiêu chuẩn chống cháy nổ nhé.

Tổng kết !

Như vật bài viết này mình đã chia sẻ toàn bộ kiến thức về các cảm biến điện dung. Mong những kiến thức này các bạn sẽ đọc hiểu; và giúp các bạn có thêm kiến thức về dòng cảm biến điện dung. Và đặc biệt hơn nữa đó là những phần lưu ý trên; sẽ giúp các bạn lựa chọn được chính xác loại mà mình cần.

Nếu bạn nào còn chưa chắc chắn về thiết bị cần tìm; và những kiến thức liên qua tới lĩnh vực này; thì hãy liên hệ với mình để được tư vấn; với số điện thoại mình để ở phần biến dưới bài viết nhé.

Bài viết tham khải: Cảm biến Tiệm cận điện dung là gì ?

 

Thông tin liên hệ

Kỹ sư cơ điện tử Mr Trọng

SĐT: 0975 116 329 (Zalo)

Mail: trongle@huphacon.vn