Thiết bị cảm biến điện dung (hay cảm biến điện môi) được dùng để đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh, cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong cảm biến.

Cảm biến điện dung hoạt động tốt trong các môi trường khắc nghiệt như: môi trường dễ cháy nổ, nhiệt độ và áp suất cao, dưới mặt nước,…

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cảm biến điện dung là gì, hoạt động như thế nào và các lưu ý quan trọng khi chọn mua cảm biến điện dung.

Cảm biến điện dung là gì?

Cảm biến điện dung là một loại cảm biến (sensor) thuộc dòng cảm biến tiệm cận hay còn được gọi là cảm biến kiểu tụ. 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. 

Cảm biến điện dung được dùng để đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh, cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong cảm biến.

Được dùng để đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong cảm biến.

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. 

Hầu hết các loại cảm biến điện dung được ứng dụng nhà máy dùng để đo mức; báo mức chất lỏng chất chất rắn trong các bồn chứa nước; các silo; các bể chứa,…

Cấu tạo của của cảm biến điện dung gồm 3 phần chính sau :

  • Bên ngoài là lớp vỏ cảm biến, đóng vai trò bảo vệ cảm biến chống lại sự tác động của môi trường.
  • Bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung ra tín hiệu analog 4-20mA hoặc relay báo mức. Đóng vai trò như bộ não của cảm biến.
  • Bộ phận không thể thiếu là phần que hay còn gọi là đầu dò của cảm biến. Tùy vào môi chất cần đo là chất dẫn điện hay không dẫn điện, mà có các loại đầu dò khác nhau.

Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của cảm biến phát ra  khi có sự tác động của môi chất. Tín hiệu ngõ ra có thể là tín hiệu relay: NPN, PNP hoặc tín hiệu Analog 4-20mA.

Khi nào cần sử dụng cảm biến điện dung

Cảm biến tiệm cận loại điện dung được dùng rất nhiều trong các băng tải hàng hóa; có tác dụng đếm sản phẩm đi qua.

Cảm biến tiệm cận loại điện dung được dùng rất nhiều trong các băng tải hàng hóa; có tác dụng đếm sản phẩm đi qua.

Sensor này được dùng rất nhiều trong các băng tải hàng hóa; có tác dụng đếm sản phẩm đi qua; bằng cách lắp các cảm biến điện dung cách xa vật từ vài milimet đến vài chục milimet.

Khi cần báo mức chất lỏng – chất rắn dạng báo đầy – báo cạn, bạn có thể sử dụng cảm biến điện dung  vì độ nhạy và độ chính xác lớn. Cảm biến này cũng hoạt động tốt trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao.

Ngoài ra, cảm biến điện dung còn được sử dụng để đo mức chất lỏng – chất rắn dạng liên tục, với độ chính xác +-1%. Giá thành cảm biến điện dung tương đối rẻ nếu so sánh với các sản phẩm khác cùng chức năng như các loại siêu âm và Radar.

Lưu ý quan trọng khi chọn cảm biến điện dung

Có nhiều yếu tố quan trọng bạn cần cân nhắc khi quyết định chọn mua cảm biến điện dung – bên cạnh giá thành và thương hiệu. Trong đó, hiệu suất và độ nhạy cảm biến là các thông số quan trọng nhất cần xem xét. Các cân nhắc khác bao gồm hiệu suất của công tắc, loại thân, kết nối điện và các tính năng khác nhau.

1.Hiệu suất cảm biến (độ nhạy, khoảng cách hoạt động). Khoảng cách hoạt động. Đây là khoảng cách mà tại đó chuyển đổi diễn ra. Bạn cần chọn một cảm biến sẽ hoạt động tốt trong phạm vi cần thiết. Hiệu suất sẽ ảnh hưởng đến các quy trình và phương án lắp đặt. 

2. Độ nhạy “V/mm”. Độ nhạy của thiết bị quy định khoảng cách hoạt động và độ lặp lại của đầu ra chuyển mạch. Điện dung được chuyển đổi thành điện áp analog và độ nhạy được xác định bởi chênh lệch điện áp trên mỗi mm di chuyển mục tiêu. 

3. Hiệu suất công tắc điện. Tùy thuộc vào loại nguồn có sẵn, bạn chọn loại cảm biến phù hợp..

      • Thiết bị có thể được cấp nguồn bằng nguồn điện AC hoặc DC.
      • Cảm biến tiệm cận điện dung có thể chuyển tải AC hoặc tải DC.
      • Cấu hình tải DC có thể là NPN hoặc PNP.
      • Cấu hình dây là 2 dây, 3 dây NPN, 3 dây PNP, 4 dây NPN và 4 dây PNP.

4. Hình dạng của cảm biến. Cảm biến điện dung thường được đặt trong một vỏ chứa hình ống hoặc hình chữ nhật. Hình dạng của cảm biến cần phải phù hợp với thiết kế dây chuyền sản xuất và tính năng mong muốn. Đồng thời có thể điều chỉnh khoảng cách khi cần. 

5. Kết nối điện. Kết nối điện cho cảm biến tiệm cận điện dung có thể là cáp cố định, (các) đầu nối và thiết bị đầu cuối. 

6. Các tính năng khác. Một số tính năng quan trọng khác cần được xem xét khi chọn cảm biến tiệm cận điện dung như: bạn có cần một cảm biến có thể điều chỉnh cường độ điện trường hay không, cảm biến thể được tự động hiệu chỉnh để kích hoạt công tắc tại một vị trí mục tiêu cụ thể hay không…

Như vậy, bạn đã biết được những lưu ý cần thiết khi chọn lựa cảm biến điện dung. Tại Ei Industrial – nền tảng thương mại điện tử B2B dành cho ngành công nghiệp sản xuất và xây dựng đầu tiên tại Việt Nam, bạn sẽ dễ dàng tìm thấy các thông số chi tiết của từng sản phẩm, từ đó đưa ra những lựa chọn chính xác nhất.

THAM KHẢO

Cảm biến điện dung là gì? Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung

Capacitive Proximity Sensors Selection Guide | Engineering360