Cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và Nguyên lý làm việc

Cảm biến điện dung là thiết bị giúp đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết và hiểu rõ về cấu tạo, đặc điểm, nguyên lý làm việc của loại cảm biến này như thế nào. Bài viết sau đây Bình Dương AEC sẽ giúp bạn có cái nhìn rõ hơn về dạng cảm biến điện môi này!

Cảm biến điện dung là gì?

Cảm biến điện dung (cảm biến điện môi) là thiết bị sử dụng điện dung giúp đo hằng số của điện môi với môi trường xung quanh. Nói dễ hiểu thì đây là dạng cảm biến được hoạt động dựa trên sự thay đổi của dung kháng, giữa thành bồn chứa và cảm biến. 

Mỗi môi chất đều có một hằng số điện môi và môi chất khác nhau. Đầu dò cảm biến điện môi làm thay đổi những liên kết của chất rắn, chất lỏng với cảm biến. 

Thiết bị hiện được dùng rộng rãi trong việc đo mức nước sạch, mức acid hay báo mức hóa chất, dầu,.. ngay cả các chất lòng hoặc trong các môi trường hầm mỏ, lò hơi, thậm chí cả trong công nghiệp sản xuất, chế biến, lắp ráp. 

Tùy vào mỗi hệ thống có thể lựa chọn sử dụng các loại cảm biến điện môi khác nhau như: 12v, 24v, 220v,…

Cấu tạo cảm biến điện dung

Cảm biến điện môi sở hữu đặc điểm cấu tạo khá đơn giản với phần đầu cảm biến linh hoạt giúp điều chỉnh độ dài để tiếp xúc với môi chất. Với những ứng dụng mà khoảng cách quá lớn sẽ sử dụng các loại cable hoặc proble để có thể tăng khoảng cách đo được chính xác.

Với cảm biến để đo mức nước bao gồm 4 thành phần như sau:

• Đầu dò
• Ren kết nối
• Thân có chứa vi mạch xử lý tín hiệu
• Và đầu kết nối tín hiệu ngõ ra

Nếu cảm biến mà có ren kết nối cùng với đầu kết nối tín hiệu ngõ ra dài hơn thì là loại điện dung có thể chịu được nhiệt cao.

Nguyên lý cảm biến điện dung

Nguyên lý của cảm biến điện dung đơn giản như sau: Giữa cảm biến và thành bồn có nhiều điện cực mắc nối tiếp để khi mức chất rắn hay chất lỏng tăng lên sẽ được tiếp xúc với điện cực của cảm biến, làm cho lượng điện cực tăng lên. Qua đó thông qua các thuật toán của vi xử lý giúp xác định được các mức nhiên liệu tiếp xúc cụ thể.

Mỗi môi chất, nguyên liệu sẽ có mức độ để dẫn điện khác nhau. Vì thế cần đưa ra sự lựa chọn cảm biến sao cho phù hợp, tránh làm ảnh hưởng đến hiệu quả công việc.

Cảm biến điện dung có mấy loại?

Cảm biến giúp đo mức liên tục chất lỏng

Loại này dùng để đo được mức chất lỏng liên tục có dạng tuyến tính ngõ ra Analog 4-20mA, 0-10v. Người dùng cần phải xác định đó là dạng chất lỏng dẫn điện: Dung dịch của nước, nước,… 

Chất lỏng không dẫn điện: Dầu mỏ, dầu thực vật, dầu Diesel, xăng,… Với những môi trường mang tính chất dễ cháy nổ thì nên sử dụng những loại được thiết kế chuyên biệt đối với môi trường nguy hiểm như: Vừa nguy hiểm Xi, vừa nguy hiểm vừa nhiệt độ cao XiT.  

Cảm biến để đo mức liên tục chất rắn

Cảm biến này được dùng phổ biến giúp đo mức chất rắn dạng tuyến tính Analog 4-20mA, 0-10v. Có thể thấy những thiết bị này ưu việt hơn hẳn so với cảm biến dạng Radar hay sóng điện từ.

Phạm vi đo rộng 20m, nên có thể sử dụng silo, bể chứa nguyên liệu rắn. Thiết bị được sử dụng cho những yêu cầu mà độ sai số thấp, bởi thiết bị chỉ sai số 1% trên dãy đo.  

Cảm biến báo mức chất lỏng

Đây là thiết bị giúp báo mức chất lỏng On-Off, giúp thay thế các biến dạng phao nếu như hoạt động không ổn định. 

Loại này có đặc điểm là độ nhạy cao, hoạt động tốt tại những môi trường có nhiệt độ và áp lực lớn. Giúp cho tín hiệu ngõ ra relay PNP, NPN,.. đấu được vào PLC để trực tiếp điều khiển tín hiệu. 

Người dùng có thể dùng bút từ để thực hiện các cài đặt thiết bị thường đóng, thường mở.

Cảm biến báo mức chất rắn

Loại cảm biến này thường được sử dụng tại các nhà máy để biết báo cạn, báo đầy với những chất rắn được chưa trong bể chứa chất rắn: Hạt nhựa, sỏi, cát…

Giá thành của loại này khá rẻ với độ chính xác cao, cho nên được sử dụng nhiều tại các công ty chuyên sản xuất thực phẩm, sữa bột, dược phẩm.

Ứng dụng cảm biến điện dung

Cảm biến mức nước điện dung loại CLS-23N

Nếu trước đây phương pháp cổ điện dạng phao, que điện cực được sử dụng thì hiện nay đã được thay thế bởi báo mức dạng điện dung. CLS-23N có thể lắp ngang hay đứng từ trên xuống tùy theo nhu cầu. 

Hiện dòng sản phẩm này có rất nhiều loại như:

• CLS-23N-30: Với độ dài nhỏ nhất 50mm, lớn nhất 1000mm. Đường kính của phi 6mm. Chúng có thể áp dụng cho những chất lỏng không dẫn hoặc có dẫn điện. Trong thiết kế của hàng từ kết nối ren sẽ có 1 đoạn dài 32mm không đo được, tạo điều kiện cho việc lắp thiết bị từ trên xuống một cách thuận tiện, đảm bảo nước không bị tràn.
• CLS-23N-21: Giá rẻ nên được dùng nhiều cho các tank chứa nước sạch, chất lỏng tiêu vi sinh. Loài này được lắp ngang để đảm bảo khi tiếp xúc với nước cho ra mức on, off.
• CLS-23N-20: Dùng cho hầu hết tất cả các chất lỏng dẫn điện hay không dẫn điện. Đường kính 6mm, độ dài đa dạng, ngắn nhất 50mm và dài nhất 100mm.
• CLS-23N-11: Được bọc 1 lớp PP Polypropylene nên phù hợp với tất cả các môi trường sử dụng. Nhờ có lớp PP, cho nên nó dùng được đối với cả môi trường nước sạch, chuẩn vi sinh. Đầu dò có độ dài chỉ 30mm, có thể lắp từ trên cao xuống hoặc lắp ngang giúp báo đầy mức nước.
• CLS-23N-10: Loại này có giá thành tốt, cạnh tranh với mức báo mức dầu, chất lỏng hiệu quả. Có thể lắp ngang nhằm để báo mức nước cạn, đầy. Tín hiệu ngõ ra Relay là PNP, nên bạn có thể thông qua 1 rơle trung gian để điều khiển bơm nhanh chóng. Đầu dò có độ dài 30mm, nên chỉ phù hợp để lắp ngang.

Nếu lắp dọc sẽ có 2 mức on, off cho ngõ ra relay PBP. Khi đó chúng sẽ hoạt động như một cảm biến điện môi độc lập, nếu mực nước xuống mức min sẽ xuất ra on, còn mức nước cao nhất sẽ xuất ra off.

Cho nên người ta thường kết nối nó với bơm để thực hiện đóng ngắt nước chính xác.

Cảm biến báo mức dạng điện dung DLS-35N

Loại CLS-23N thành CLS-35N có nhiều ưu điểm hơn như giúp báo mức chất lỏng và chất rắn, to hơn, nhiều chức năng hơn. Tín hiệu ngõ ra là những relay PNP tiêu chuẩn.

• DLS-35_-10, 13: đường kính loại này lớn khoảng 10mm, có chiều dài cố định 100mm, 50mm. Thiết bị này giúp báo mức chất lỏng, chất rắn, các chất dẫn điện như xăng, nhớt, dầu hoặc các chất không dẫn điện như đường, cát,…
• DLS-35_-11: có đường kính lớn hơn khoảng 13mm, độ dài xác định 30mm, được chuyên dùng đối với môi trường nước sạch dẫn điện.
• DLS-35_-20, 23: có đường kính bé, khoảng 8mm, độ dài min 100mm và độ dài max 1000mm. Dùng để báo mức cho dầu FO, DO, dầu ăn hay dầu bôi trơn các loại cùng với các chất rắn khác như: cát, bột đá, xi măng…
• DLS-35_-21, 22, 25: Có đường kính xác định là 10mm. Độ dài từ 100mm đến tối đa đạt 1000mm. Bên ngoài được bọc bởi lớp FPE, có khả năng chịu nhiệt cao, áp suất lớn, thường được sử dụng trong lò hơi, gas, nước nóng.
• DLS-35N_-30: Loại này có đường kính bé nhất trong series này 6mm và độ dài min 100mm, max 3000mm. Sử dụng để đo chất rắn, chất lỏng không có khả năng dẫn điện.
• DLS-35_-31: đường kính 8mm, độ dài min từ 100mm – độ dài max 3000mm. Bên ngoài bọc 1 lớp vỏ FPE, sử dụng cho cả nước thải, nước, hóa chất.
• DLS-35_-40, 43: đường kính lớn 22mm, kích thước chiều dài từ 100mm và max 1000mm. Thiết kế để đo, báo mức tại các bồn dầu không dẫn điện, bồn dầu dẫn điện. Loại này có khả năng chịu được áp suất tốt, khoảng 50 bar.
• DLS-351–41, 45: Có đường kính lớn 22mm, chiều dài từ 100mm – max 1000mm. Loại này để đo trong môi trường có áp suất cao với môi chất là chất dẫn điện hay không dẫn điện.
• DLS-35_-50: Loại này khá đặc biệt bởi cảm biến là một sợi cable, độ dài 1000mm – max 6000mm. Nó được thiết kế để sử dụng cho những khu vực có độ sâu lớn, lắp đặt từ trên xuống, sử dụng báo mức: đá, bột hay xi măng và một số chất lỏng khác.

Cảm biến điện dung dùng để đo mức nước CLM-36

CLM-36 series đặc biệt bởi khả năng có thể điều chỉnh được độ dẫn điện sao cho phù hợp với các môi trường, ứng dụng khác nhau.

• CLM-36_-10: Đường kính khoảng 8mm, chiều dài từ 0.2m đến 5m. Thiết bị này được dùng riêng cho các môi chất là: Dầu ăn, dầu FO, DO hay dầu diesel hay những chất rắn như: Lúa, xi măng, gạo, cát, hạt nhựa cùng các môi chất mà độ dẫn điện rất thấp εr <10.
• CLM-36_-11, 12: Cải tiến hơn với toàn thân được phủ lớp PFA / FEP. Độ dài 0.2- 3m được dùng cho các bồn chứa dẫn điện, bồn nước thải, bồn chứa bê tông, cũng như các chất không dẫn điện.
• CLM-36_20: đường kính 22mm, chiều dài từ từ 0.2m đến 3m. Phạm vị sử dụng hẹp nhưng chuyên biệt hơn với xăng, dầu, bồn chứa các chất không có khả năng dẫn điện.
• CLM-36_-22: Cũng tương tự như với loại CLM-36-20. Khác biệt là chúng được phủ một lớp FEP nên dùng để đo mức nước liên tục cho bồn/bể chứa không dẫn điện.
• CLM-36_-30, 31: Thiết kế là các sợi cable được thả từ trên xuống dưới giúp đo các chất rắn như bột sắn, xi măng hay cát, đá. Độ dài từ 1m, tối đa 20m.
• Loại CLM-36_-32: có đối trọng là PTFE, được phủ một lớp FEP. Loại này chuyên dùng với những chất lỏng KHÔNG dẫn điện và có chiều dài từ 1 – 20m.

Cách chọn cảm biến điện môi

Để chọn được thiết bị phù hợp đáp ứng với nhu cầu sử dụng của người dùng bạn nên đặc biệt chú ý tới những điều cơ bản sau đây:

• Cần xác định được loại cảm biến để tìm loại báo mức dạng on – off hay là dạng đo mức liên tục với tín hiệu ngõ ra 4-20mA.
• Mỗi hệ thống công việc sẽ yêu cầu khác nhau về cảm biến điện môi. Vì thế, bạn cần xác định được môi chất mà thiết bị làm việc như: chất rắn, nước nóng, nước lạnh, hóa chất,…
• Cần nắm được tính chất của môi chất, nhiệt bao nhiêu và áp suất. Yếu tố này giúp quyết định đến độ bền, hiệu quả trong công việc. Vì thế bạn nên cân nhắc và suy nghĩ cẩn thận để tránh bị hỏng do nhiệt quá cao, áp suất quá lớn.
• Với cảm biến điện môi loại đo mức dạng liên tục người dùng cần biết chính xác khoảng cách của đo mức là bao nhiêu.
• Nên ưu tiên chọn những sản phẩm của các thương hiệu uy tín giúp thiết bị sử dụng lâu bền với thời gian.

Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết về cảm biến điện dung là gì, cũng như nguyên lý vận hành và ứng dụng của sản phẩm. Để được biết thêm thông tin chi tiết, mời bạn đọc liên hệ ngay với Bình Dương AEC để được hỗ trợ.

Hơn thế nữa, Bình Dương AEC là một trong những đơn vị chuyên tư vấn các giải pháp miễn phí về tự động hóa, vui lòng liên hệ HOTLINE 0931.101.388

Địa chỉ văn phòng: 87-89 Khuất Duy Tiến, Thanh Xuân, Hà Nội

Địa chỉ xưởng sản xuất: Lô 25-D14, LK Geleximco, Hà Đông, Hà Nội

Fanpage: https://www.facebook.com/BinhDuongAECb

Email: info@binhduongaec.com.vn