Trong lĩnh vực kỹ thuật, cảm biến được ứng dụng mang lại độ chính xác cao, hệ thống tự động hóa, chuẩn xác. Nhiều loại cảm biến ra đời, với độ nhạy cao, mang lại hiệu quả đo lường số liệu chính 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 (hay cảm biến điện môi) là loại cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi của điện dung và thành bình để đo hằng số số điện môi của môi trường xung quanh.
Dựa trên đặc điểm mỗi môi chất sẽ chỉ số điện dung khác nhau, khi đi qua cảm biến sẽ làm thay đổi điện dung của tụ điện bên trong cảm biến. Cảm biến điện dung đo được chất lỏng, khi hoặc rắn, trong nhiều môi trường thông qua sự thay đổi chỉ số điện dung. Thông dụng nhất là cảm biến đo mức và cảm biến báo mức dạng điện dung.
Cấu tạo cảm biến điện dung như thế nào?
Cấu tạo của cảm biến điện dung khá đơn giản, bao gồm các thành phần sau:
- Đầu dò cảm biến có thể thay đổi độ dài khi tiếp xúc với môi trường môi chất. Tùy vào loại môi chất dẫn điện hay không dẫn điện mà đầu dò sẽ có chất liệu khác nhau.
- Vỏ bảo vệ cảm biến bên ngoài giúp bảo vệ đầu dò khỏi nguy cơ ăn mòn, hư hại từ môi trường tác động lên.
- Bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung sang tín hiệu analog 4-20 mA hoặc sang rơ le báo mức. Bộ phận này được coi là bộ não của cảm biến, phân tích tín hiệu và chuyển đổi thông tin đo được.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung
Dựa trên cấu tạo có thể hiểu được phần nào nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung như thế nào. Về cơ bản có thể hiểu, cảm biến điện dung hoạt động nhận diện sự thay đổi điện dung tác động từ môi chất lên đầu dò cảm biến (nghĩa là dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện).
Xung quanh cảm biến luôn có 1 lượng môi chất với chỉ số điện dung nhất định mắc nối tiếp giữa điện cực và thành bình. Khi môi chất là chất lỏng/ rắn hoặc khí khác di chuyển qua vùng điện của cảm biến thì điện mỗi sẽ tăng lên, bộ dao động trong cảm biến sẽ phát hiện ra sự thay đổi này và tạo tín hiệu ngõ ra. Thông qua công thức tính toán đã được lập trình sẵn, sẽ xác định được lượng môi chất di chuyển khoảng giữa cảm biến và thành bình.
Sự thay đổi đầu dò cảm biến phù hợp với các loại môi chất khác nhau, giúp việc đo lường thông tin, lượng môi chất di chuyển cao chính xác nhất. Một số môi chất như nước lọc RO hoặc nước cất có điện dung thấp sẽ khó đo được.
Ứng dụng trong thực tế
Với nguyên lý hoạt động đo điện dung của các môi chất đi qua khoảng giữa cảm biến và thành bình. Đồng thời cảm biến điện dung có thể đo được nhiều loại môi chất khác nhau, ở môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ áp suất cao, dễ cháy nổ… mà vẫn đảm bảo độ chính xác của các thông số thu được.
Ứng dụng của cảm biến điện dung rất cụ thể, như:
- Trong đường ống dẫn dầu, hóa chất nhiên liệu sản xuất. Xác định lưu lượng chất lỏng di chuyển qua đường ống để cảnh báo tình trạng đầy hoặc cạn của môi chất. Các môi chất có tính dẫn điện sẽ dễ dàng xác định hơn so với môi chất không dẫn điện hoặc thấp.
- Cảm biến điện dung đo được vật chất dạng rắn: cát, xi măng, bột, lúa gạo… Ứng dụng trong hệ thống sản xuất nông nghiệp, băng chuyền vận chuyển. Cảm biến điện dung được sử dụng trong máy đếm số lượng hàng hóa.
Lưu ý chọn cảm biến điện dung chuẩn xác cho hệ thống
Cảm biến điện dung hoạt động có độ nhạy cao, linh hoạt trong nhiều môi trường. Đồng thời, giá thành của cảm biến cũng rẻ hơn so với các loại cảm biến siêu âm hoặc radar nên được nhiều đơn vị lựa chọn.
Để cảm biến điện dung hoạt động hiệu quả, phù hợp, đo mức vật chất chuẩn xác, yêu cầu người dùng cần lưu ý những điểm quan trọng dưới đây:
- Nên chọn mua cảm biến điện dung có tín hiệu analog đầu ra từ 4-20 mA, đầu báo dạng On - Off.
- Xác định cụ thể loại môi chất đo lường để chọn loại cảm biến điện dung phù hợp, độ nhạy cao, thông số chính xác.
- Chú ý môi trường đo lường: Nhiệt độ và áp suất để chọn loại cảm biến điện dung có giới hạn hoạt động phù hợp, đảm bảo độ bền bỉ.
- Chọn cảm biến điện dung chính hãng, có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng, với đầy đủ thông ố kỹ thuật phù hợp với hệ thống.
Cách sử dụng cảm biến điện dung là gắn cảm biến điện dung vào các khu vực chưa nước; chất rắn khối lượng nhẹ… để đo mức chất lỏng chất rắn hoặc báo mức nước báo đầy báo cạn...
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.
Tổng kết
Ứng dụng của cảm biến điện dung trong các hệ thống và thiết bị tự động hóa công nghiệp rất đa dạng, dùng để đếm hàng hóa, đo mức nước, chất lỏng, khí…
Cảm biến điện dung có độ chính xác cao, độ nhạy lớn để hoạt động trong nhiều môi trường. Hy vọng những thông tin trên đây về đặc điểm, nguyên lý cấu tạo của nguyên lý điện dung, sẽ giúp bạn đọc hiểu và lựa chọn phụ kiện phù hợp cho hệ thống.
>> Xem thêm: Cảm biến áp suất là gì? Phân loại cảm biến áp suất
