Cảm biến điện dung là một trong những loại cảm biến được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: đo mực nước, báo động mực nước, đo mức axit hoặc trong môi trường khai thác mỏ. Dựa vào sự thay đổi của điện dung cảm biến, ta có kết quả đo mong muốn. Một số hãng thông dụng như
cảm biến điện dung Autonics, Omron, Fotek,... Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến này là như thế nào. Hãy cùng tìm hiểu nhé.
1. Cảm biến điện dung là gì?
Cảm biến điện dung (hay cảm biến điện môi) là sử dụng điện dung để đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh, cấu tạo giống như một đầu dò nơtron mà ống tiếp cận được làm bằng PVC và được lắp đặt trong lòng đất; các đầu dò cũng có thể là mô-đun (giống như một chiếc lược) và được kết nối với một máy ghi.
Là cảm biến để phát hiện mức chất lỏng; Chất kết dính hoặc chất rắn nhỏ như bột; Giường nhựa; Xi măng; Cát .... thường; hầu như các loại cảm biến dùng trong nhà máy để đo mức; Chỉ báo mức chất rắn lỏng trong bể nước; Bể chứa silo….
>> Xem thêm:
Mắt cảm biến quang
2. Cấu tạo cảm biến điện dung
Cấu tạo của cảm biến tương đối đơn giản, theo đó đầu cảm biến có thể điều chỉnh độ dài để tiếp xúc với môi chất. Nếu khoảng cách quá lớn, một đầu dò hoặc cáp được dùng để tăng khoảng cách đo.
Cảm biến có cấu tạo gồm 4 phần chính :
- Đầu dò cảm biến
- Ren kết nối
- Thân cảm biến chưa vi mạch xử lý tín hiệu
- Đầu kết nối tín hiệu ngõ ra
Lưu ý rằng giữa phần 2 và 4 có một đoạn dài hơn so với các loại khác. Thì đây chính là cảm biến có khả năng chịu được nhiệt độ cao.
>> Xem thêm:
Cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại
3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung
Để có thể dễ hình dung, chúng ta có thể hiểu xung quanh cảm biến luôn có nhiều điện cực mắc nối tiếp giữa cảm biến và thành bể. Khi mức chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với điện cực của cảm biến, lượng dòng điện sẽ tăng lên. Cực này lại tăng lên. Thông qua thuật toán của bộ vi xử lý, chúng tôi có thể xác định mức nhiên liệu tiếp xúc với cảm biến.
Mỗi nguyên liệu khác nhau có độ dẫn điện khác nhau nên chúng ta phải điều chỉnh cảm biến phù hợp với từng môi trường.
Một số môi trường có độ dẫn điện thấp, chẳng hạn như nước thẩm thấu ngược hoặc nước cất, có độ dẫn điện rất thấp. Cảm biến điện dung thường không có khả năng đo lường nó, tuy nhiên, công nghệ phát triển kiến nó có thể đo được cả chất lỏng không dẫn điện
Phạm vi đo của cảm biến ? Cảm biến thông thường có dải đo như 2mm, 4mm, 8mm, 12mm, 16mm, 25mm đến dưới 50 mm, cảm biến ON OFF,...
Đầu ra của cảm biến: có đầu ra chung như PNP / NPN / NO / NC ...
4. Áp dụng của cảm biến điện dung
Được sử dụng để đo mức dầu. Mặc dù dầu là môi trường không dẫn điện, nhưng cảm biến có thể đo dầu DO - FO và thậm chí cả dầu ăn.
Còn các chất lỏng khác thì sao? Đương nhiên, việc đo chất lỏng dẫn điện dễ dàng hơn nhiều so với chất lỏng có ít hoặc không dẫn điện.
Trong trường hợp chất rắn như xi măng, bột mì, gạo, bột, bột sắn, sữa bột ..., cảm biến rất dễ đo do điện dung dao động lớn khi tiếp xúc với cảm biến. Khoảng cách chuyển mạch tối đa có thể đo biến công suất là 20 m.
Do đó, cảm biến có thể đo chất lỏng và chất rắn theo hai cách BẬT-TẮT và liên tục xuất ra tín hiệu 420 mA.
Một áp dụng của thiết bị như vậy là đo nước trong đất, theo đó thể tích nước trong tổng thể tích đất có ảnh hưởng lớn nhất đến tính thấm 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 trong đất thay đổi, một đầu dò đo sự thay đổi điện dung do sự thay đổi độ thấm điện của môi trường và có thể tương quan trực tiếp với sự đổi thay của hàm lượng nước. Hiện tại, cảm biến được sử dụng trên toàn thế giới trong quy hoạch tưới tiêu nông nghiệp.
Theo dõi quá trình đóng rắn của nguyên liệu tổng hợp: Cảm biến điện môi hoặc điện dung được dùng để đo phản ứng điện của nhựa nhiệt rắn và ma trận nguyên liệu tổng hợp ở một độ sâu nhất định trên bề mặt cảm biến. Mô hình điện trường liên quan đến việc dùng các cảm biến này. Sự ứng giữa các đặc tính điện của nguyên liệu trong trường và phép đo (nghĩa là điện dung) là rất quan trọng để giải thích các số đọc từ cảm biến biến áp điện môi.
Đo lường giải phóng mặt bằng trong thử nghiệm máy nghiền.
Chúng ta cũng có thể dùng để đo mức độ của một số nguyên liệu rắn trong các cấu trúc như phễu hoặc silo.