Cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng.

1. Cảm biến điện dung là gì?

Cảm biến điện dung (hoặc cảm biến điện môi) là sử dụng điện dung để đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh. Cấu trúc giống như đầu dò neutron nơi ống tiếp cận được làm bằng nhựa PVC được lắp đặt trong đất, các đầu dò cũng có thể là mô-đun (giống như lược) và được kết nối với bộ ghi.

Cảm biến điện dung là cảm biến dùng để cảm nhận mức chất lỏng, chất kết dính hay các loại chất rắn khối lượng nhỏ như bột, hạt nhựa, xi măng; cát…. Thông thường, hầu hết các loại cảm biến điện dung được ứng dụng trong các khu vực nhà máy dùng để đo mức, báo mức chất lỏng chất chất rắn trong các bồn chứa nước, các silo, các bể chứa,…

Hình 1: Cảm biến điện dung

2. Các loại cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung hay còn gọi cảm biến điện dung đo mức nước bao gồm 2 loại chính:

2.1 Cảm biến đo mức nước bằng điện dung

- Cảm biến báo mức dạng điện dung dùng để báo mức nước trên các đường ống dẫn nước hoặc trong các khu vực chứa nước cần báo mức
- Cảm biến điện dung CLS23 là dạng cảm biến báo mức nước có que điện cực ngắn nhất với chiều dài que dao động từ 30mm cho đến 1000mm. Đây là dòng cảm biến đo mực nước chuyên sử dụng để đo dòng chảy dẫn điện (nước, dung dịch nước) và các loại chất lỏng không dẫn điện như dầu khoáng, dầu thực vật…)

Hình 2: Các loại cảm biến điện dung

Điểm nổi trội của cảm biến điện dung: Đối với cảm biến đo mức nước báo mức nước CLS-23 có khả năng đo tốt ở các vị trí chất hẹp đồng thời không gây mất nhiều diện tích

Đây là dòng thiết bị (sensor điện dung) có giá trị thấp nhất trong các loại cảm biến đo mức nước dùng trong công nghiệp.

2.2 Cảm biến đo mức dầu và chất rắn, chất kết dính

- Cảm biến đo mức nước đo mức dầu, đo mức chất kết dính và đo mức chất rắn có khối lượng nhỏ với áp lực thấp
- Đối với loại cảm biến đo mức điện dung này thì độ dài que điện cực lên tới 6 mét
- Chuyên dùng đo mức trong các bồn chứa dầu nhờn, dầu thực vật, dầu diesel, xăng, bột mịn, cát
- Loại cảm biến mực nước này có tới sự lựa chọn đó là dùng loại senso đo mức (sensor điện dung)

3. Cấu tạo cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung có cấu tạo gồm bốn bộ phận chính:
1 - Cảm biến (các bản cực cách điện).
2 - Mạch dao động.
3 - Bộ phát hiện (cảm nhận)
4 - Mạch đầu ra.

Hình 3: Cấu tạo cảm biến điện dung

4. Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung

Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện. Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên. Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu. 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.
Dải đo của cảm biến điện dung? Cảm biến điện dung thông thường có dải đo từ 2mm đến dưới 50mm. Cảm biến điện dung 2mm, Cảm biến điện dung 4mm, Cảm biến điện dung 8mm, Cảm biến điện dung 12mm, Cảm biến điện dung 16mm,Cảm biến điện dung 25mm, Cảm biến điện dung ON-OFF,...

Output của cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung sẽ có output thông dụng như PNP/NPN/NO/NC,...

Hình 4: Cảm biến điện dung

5. Cách sử dụng cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung đo mức chất lỏng chất rắn hoặc báo mức nước báo đầy báo cạn bằng cách gắn cảm biến điện dung vào các khu vực chưa nước; chất rắn khối lượng nhẹ…

6. Nguyên tắc gắn cảm biến điện dung

Đối với những nơi đo cần que điện cực chiều dài khoảng 400-500 mm trở lên ta nên gắn dọc con cảm biến đo từ trên xuống là thích hợp nhất
Còn đối với các đoạn que có chiều dài từ 300 mm đổ xuống ta nên gắn ngang các bồn chứa hay các silo hoặc gắn trên các đường ống chứa

7. Ứng dụng của cảm biến điện dung

- Một ứng dụng cho một thiết bị như vậy là đo hàm lượng nước trong đất, trong đó thể tích nước trong tổng thể tích của đất ảnh hưởng lớn nhất đến độ thẩm thấu điện môi của đất vì điện môi của nước lớn hơn nhiều so với các thành phần khác của đất (đất khoáng: 4, chất hữu cơ: 4, không khí: 1). Khi lượng nước thay đổi trong đất, một đầu dò sẽ đo lường sự thay đổi điện dung do sự thay đổi độ thấm điện môi có thể tương quan trực tiếp với sự thay đổi hàm lượng nước. Cảm biến điện dung hiện đang được sử dụng rộng rãi trong lập kế hoạch tưới tiêu trong nông nghiệp trên toàn thế giới.
- Giám sát Cure của vật liệu composite: cảm biến điện môi hoặc điện dung được sử dụng để 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. Mô hình chính liên quan đến việc sử dụng các cảm biến này là mô hình điện trường. Sự tương ứng giữa các tính chất điện của vật liệu trong trường và phép đo (tức là điện dung) là cơ bản trong việc diễn giải các giá trị đọc từ cảm biến điện môi.
- Đo lường giải phóng mặt bằng trong thử nghiệm máy nghiền.
- Các cảm biến điện dung cũng có thể được sử dụng để đo mức độ của một số vật liệu rắn trong các cấu trúc như phễu hoặc silo.

8. Các hãng sản xuất cảm biến điện dung

- Omron - Nhật Bản

- Autonics - Hàn Quốc

- ...

Nếu bạn muốn tìm hiểu về Tự động hóa trong nhà máy nói chung và Cảm biến điện dung nói riêng, hãy liên hệ với chúng tôi qua baoan@baoanjsc.com.vn Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất với giá thành hợp lý và đảm bảo giao hàng đúng tiến độ.

28.363 09/10/2019