Cảm biến điện dung là một trong những cảm biến được dùng cho nhiều mục đích khác nhau như đo mức nước, báo mức nước, đo mức acid hoặc trong các môi trường hầm mỏ. Dựa vào sự thay đổi dung kháng của cảm biến chúng ta có kết quả đo được như mong muốn. Vậy cấu tạo và nguyên lý cảm biến điện dung như thế nào. Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Cấu tạo và nguyên lý cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung là gì ?

Cảm biến điện dung là một loại cảm biến hoạt động dựa vào sự thay đổi của dung kháng giữa cảm biến và thành bồn chứa. Các môi chất đều có một hằng số điện môi khác nhau. Đầu dò cảm biến điện dung sẽ thay đổi các liên kết này khi chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với cảm biến.

Cấu tạo cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung có cấu tao khá đơn giản với phần đầu cảm biến có thể tuỳ biến về độ dài để tiếp xúc với môi chất. Nếu khoảng cách quá dài sẽ có loại probe hay còn gọi là cable để tăng khoảng cách đo.

Cảm biến điện dung đo mức nước có cấu tạo gồm 4 phần chính :

1. Đầu dò cảm biến
2. Ren kết nối
3. Thân cảm biến chưa vi mạch xử lý tín hiệu
4. 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 điện dung có khả năng chịu được nhiệt độ cao.

Nguyên lý cảm biến điện dung

Để dễ hình dung chúng ta có thể hiểu rằng xung quanh cảm biến luôn có một lượng rất nhiều điện cực mắc nối tiếp giữa cảm biến với thành bồn. Khi mức chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với điện cực của cảm biến thì lượng điện cực này lại tăng lên. Thông qua các thuật toán của các vi xử lý chúng ta có thể xác định được mức của nhiên liệu tiếp xúc với cảm biến.

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.

Một số môi chất có độ dẫn điện thấp như nước RO hay còn gọi là nước cất có độ dẫn điện rất thấp. Các loại cảm biến điện dung thường không thể đo được. Tuy nhiên, công nghệ phát triển cảm biến điện dung đã có thể đo tốt cho các loại chất lỏng không dẫn điện.

Cảm biến điện dung dùng để làm gì

Khi đọc tới đây chắc rằng các bạn sẽ đặt câu hỏi “ Cảm biến điện dung dùng để làm gì ”. Sẽ có rất nhiều ứng dụng liên quan tới cảm biến điện dung. Một trong số đó là cảm biến điện dung đo mức nước và cảm biến báo mức dạng điện dung.

Ứng dụng cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung được sử dụng để đo mức dầu. Mặc dù dầu là một môi chất không dẩn điện nhưng cảm biến điện dung vẫn đo được các loại dầu DO – FO và cả dầu ăn. Đối với các loại chất lỏng khác thì sao ?

Tất nhiên rằng việc đo các chất lỏng dẩn điện dể hơn rất nhiều so với các loại chất lỏng có tính dẩn điện thấp hoặc không dẩn điện.

Đối với các chất rắn như xi măng, bột, lúa, gạo, bột sắn, bột sữa … thì cảm biến điện dung dể dàng đo được do có sự biến đổi dung kháng lớn khi tiếp xúc với cảm biến. Khoảng cách tối đa cảm biến điện dung có thể đo được là 20m.

Như vậy, cảm biến điện dung vừa đo được các loại chất lỏng vừa đo được các loại chất rắn với hai dạng ON- OFF và liên tục cho ra tín hiệu 4-20mA. Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết các ứng dụng chi tiết của cảm biến điện dung nhé.

Cảm biến báo mức chất lỏng dạng điện dung CLS-23N

Báo mức dạng điện dung được sử dụng thay thế cho các phương pháp cổ điện dạng phao, que điện cực với nhiều ưu điểm vượt trội. Cảm biến báo mức dạng điện dung có thể lắp từ trên xuống hoặc lắp ngang tuỳ ý.

• CLS-23N-10 được xem là cảm biến báo mức dầu hiệu quả, đơn giản và có giá thành cạnh tranh nhất. Cảm biến phù hợp cho lắp ngang bồn chứa để báo hai mức đầy và mức cạn. Thông qua tín hiệu ngõ ra Relay dạng PNP chúng ta dùng để điều khiển bơm thông qua rờ-le trung gian một cách dể dàng. Độ dài của đầu dò chỉ 30mm phù hợp lắp ngang báo đầy – báo cạn.
• CLS-23N-11 được phủ một lớp Polypropylene ( PP ) bên ngoài sử dụng cho các loại nước – dung dịch nước có tính chất dẩn điện và không dẩn điện. Lớp PP phù bên ngoài sử dụng cho các môi trường nước sạch chuẩn vi sinh. Độ dài đầu dò chỉ 30mm chỉ phù hợp lắp ngang hoặc lắp từ trên xuống báo đầy mức nước.
• CLS-23N-20 có đường kính 6mm dài từ ngắn nhất 50mm và dài nhất 1000mm ( tuỳ chọn ). Sử dụng cho các loại chất lỏng dẩn điện và không dẩn điện cho tất cả các loại chất lỏng.
• CLS-23N-21 là một dòng cảm biến báo mức nước giá rẻ được dùng cho các tank chứa nước – nước sạch, kể cả các chất lỏng cần tiêu chuẩn vi sinh. Khi lắp ngang thì cảm biến sẽ cho ra mức ON – OFF khi tiếp xúc với nước.
• CLS-23N-30 có đường kính phi 6mm, độ dài min 50mm và max 1000mm. Sử dụng cho chất lỏng dẩn điện và không dẩn điện. Từ kết nối ren có một khoảng dài 32mm không đo được. Đây là thiết kế riêng của hãng dành cho việc lắp từ trên xuống – giúp cho mức nước không bị tràn vượt quá giới hạn đo.

Khi lắp dọc chúng ta sẽ có hai mức ON – OFF cho một ngõ ra relay PNP. Nó hoạt động tương tự như 2 cảm biến độc lập nhau. Khi mức nước thấp hơn mức MIN thì cảm biến sẽ xuất ra ON relay. Khi mực nước tới mức cao nhất của cảm biến thì cảm biến sẽ OFF – delay. Như vậy, với một cảm biến báo mức nước chúng ta dể dàng điều khiển bơm đóng hoặc ngắt một cách tự động.

Cảm biến báo mức dạng điện dung DLS-35N

Cảm biến điện dung CLS-35N là một phiên bản nâng cấp so với cảm biến CLS-23N với nhiều ưu điểm vượt trội hơn. Thiết kế to hơn, nhiều chức năng với khả năng báo mức chất lỏng và cả chất rắn. Tín hiệu ngõ ra vẫn là dạng Relay PNP tiêu chuẩn.

• DLS-35_-10, 13 có đường kính 10mm với chiều dài cố định 50mm và 100mm được thiết kế để báo mức chất rắn hoặc các chất không dẩn điện như : cát, đường và cả chất lỏng không dẩn điện như dầu, xăng …
• DLS-35_-11 đường kính 13mm với độ dài 30mm. Được sử dụng cho nước sạch dẩn điện.
• DLS-35_-20, 23 đường kính 8mm độ dài min 100mm – max 1000mm. Ứng dụng : cho báo mức các loại dầu DO – FO – dầu ăn, dầu bôi trơn và các loại chất rắn như xi măng, bột, đá, cát …
• DLS-35_-21, 22, 25 có đường kính 10mm, độ dài từ 100mm – max 1000mm. Toàn thân được phủ một lớp FPE. Ứng dụng : sử dụng gas, nước nóng, lò hơi, hơi nóng, nước sạch với khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao.
• DLS-35N_-30 có đường kính 6mm độ dài từ 100mm – max 3000mm. Được sử dụng để đo các loại chất rắn và chất lỏng không dẩn điện.
• DLS-35_-31 có đường kính 8mm với độ dài từ 100mm – max 3000mm. Toàn thân được phủ một lớp FPE sử dụng cho các loại nước, nước thải, hoá chất với độ tin cậy cao.
• DLS-35_-40, 43 có đường kính 22mm chiều dài từ 100mm – max 1000mm. Chuyên dụng để đo các loại dầu với bồn chứa dẩn điện và không dẩn điện. Đặc biệt, khả năng chịu được áp suât cao lên tới 50 bar.
• DLS-35_-41, 45 có đường kính 22mm và chiều dài từ 100mm – max 1000mm. Thiết kế chịu áp suất cao để đo cho các loại chất lỏng không dẩn điện và chất lỏng dẩn điện.
• DLS-35_-50 đây là một loại đặc biệt có cảm biến là một sợi cable có chiều dài 1000mm – max 6000mm. Phù hợp cho các khu vực có độ sâu lớn. Ứng dụng: báo mức chất rắn như xi măng, bộ, đá và các loại chất lỏng khác. Loại này chỉ phù hợp lắp đặt từ trên xuống.

Cảm biến báo mức DLS-35 series được thiết kế để báo mức đầy mức cạn chất rắn và cả chất lỏng. Tín hiệu ngõ ra PNP – Relay với nguồn cấp 7 – 34Vdc. Cài đặt đơn giản bẳng bút từ đi kèm chính là ưu điểm của loại cảm biến điện dung báo mức.

Cảm biến điện dung đo mức nước CLM-36

Cảm biến điện dung đo mức nước CLM-36 Series mang tới một giải pháp đo lường chất rắn – chất lỏng liên tục chính xác nhưng lại có giá thành tương đối cạnh tranh. Tín hiệu ngõ ra dạng 4-20mA, 0-10V tương thích với phần lớn các PLC hay bộ hiển thị mức nước.

• CLM-36_-10 có đường kính 8mm với chiều dài 0.2m – 5m. Thiết kế dành riêng cho đo các loại dầu : dầu ăn, dầu DO, dầu FO, dầu diesel các loại và môi trường chất rắn như lúa, gạo, xi măng, hạt nhựa kể cả các môi chất có độ dẩn điện thấp εr <10.
• CLM-36_-11, 12 toàn thân được phủ một lớp PFA / FEP với chiều dài từ 0.2-3m. Cảm biến được thiết kế cho các loại nước và dung dịch nước dẩn điện & cả nước thải. Dùng được cho các bồn chứa dẩn điện và không dẩn điện kể cả bê tông.
• CLM-36_-20 có đường kính 22mm chiều dài từ 0.2-3m. Thiết kế của cảm biến dành riêng cho đo liên tục mức dầu, xăng với bồn chưa không dẩn điện.
• CLM-36_-22 có thông số hoàn toàn giống CLM-36-_20 nhưng cảm biến được phủ một lớp FEP. Ứng dụng: dùng để đo mức nước liên tục cho các bồn chứa không dẩn điện.
• CLM-36_-30, 31 có thiết kế với cảm biến là một sợi cable thả từ trên xuống để đo các chất rắn như cát, đá, xi măng, bột sắn … có chiều dài từ 1m cho tới 20m.
• CLM-36_-32 được phủ một lớp FEP và đối trọng là PTFE. Cảm biến thiết kế riêng chuyên dùng cho chất lỏng KHÔNG dẩn điện. Chiều dài từ 1 – 20m.

Một ưu điểm rất lớn của cảm biến điện dung CLM-36 series chính là có thể điều chỉnh được độ dẩn điện của cảm biến cho phụ thuộc với nhiều môi trường khác nhau.

CLM-36 có thể điều chỉnh được độ dẩn điện từ 20 pF cho đến 1000 pF. Các loại chất lỏng, chất rắn khác nhau chúng ta có thể tuỳ chọn các mức khác nhau cho phù hợp. Như vậy, kể cả các chất lỏng khó đo nhất cảm biến điện dung CLM-36 cũng đo được một cách dể dàng.

Với bài chia sẻ này tôi mong rằng các bạn sẽ hiểu được :

• Cảm biến điện dung là gì
• Cấu tạo cảm biến điện dung
• Nguyên lý cảm biến điện dung
• Ứng dụng cảm biến điện dung : cảm biến điện dung đo mức nước và báo mức nước.

Nếu có thắc mắc về cảm biến điện dung. Hãy liên hệ với chúng tôi để được giải đáp và tư vấn & lựa chọn cảm biến cho phù hợp.

Tham khảo thêm : các loại cảm biến mức nước không tiếp xúc

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : [email protected]