Cảm biến đo mức điện dung là một loại cảm biến được sử dụng để đo mức chất lỏng, chất rắn dạng hạt hoặc bùn trong các bồn chứa, silo, bể chứa, v.v. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi điện dung giữa cảm biến và thành bồn chứa khi mức chất liệu thay đổi.
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến đo mức điện dung bao gồm hai phần chính: cảm biến và bộ xử lý tín hiệu. Cảm biến thường được làm bằng kim loại hoặc vật liệu dẫn điện khác được phủ một lớp cách điện.
Cảm biến được gắn vào thành bồn chứa, phần còn lại tiếp xúc với môi trường bên trong. Khi mức chất liệu thay đổi, diện tích tiếp xúc giữa cảm biến và môi trường sẽ thay đổi, dẫn đến thay đổi điện dung.
Bộ xử lý tín hiệu sẽ đo điện dung này và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp tương ứng với mức chất liệu.
Ứng dụng
Cảm biến đo mức điện dung được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm:
- Ngành công nghiệp hóa chất: Đo mức hóa chất, dung môi, axit, bazơ, v.v.
- Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống: Đo mức sữa, nước trái cây, bia, rượu, v.v.
- Ngành công nghiệp dược phẩm: Đo mức thuốc, dung dịch, v.v.
- Ngành công nghiệp xử lý nước thải: Đo mức nước thải, bùn thải, v.v.
- Ngành công nghiệp xây dựng: Đo mức cát, xi măng, đá dăm, v.v.
Ưu điểm
- Độ chính xác cao: Cảm biến đo mức điện dung có độ chính xác cao, sai số đo thường nhỏ hơn 1%.
- Độ ổn định: Cảm biến ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, v.v.
- Dễ lắp đặt và sử dụng: Cảm biến đo mức điện dung dễ dàng lắp đặt và sử dụng, không cần bảo trì thường xuyên.
- Phù hợp với nhiều loại môi trường: Cảm biến có thể được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả môi trường nguy hiểm hoặc khắc nghiệt.
- Kích thước đa dạng: Cảm biến có nhiều kích thước khác nhau để phù hợp với nhiều loại bồn chứa.
Cấu tạo
Cảm biến điện dung thường có cấu tạo gồm bốn bộ phận chính:
- Cảm biến (các bản cực cách điện): Đây là phần cơ bản của cảm biến điện dung. Nó bao gồm hai điện cực được cách điện bởi một khoảng không khí hoặc một lớp vật liệu không dẫn điện. Khi chất lỏng hoặc vật liệu khác làm môi trường thay đổi sự cách điện giữa hai điện cực này, điện dung của cảm biến thay đổi theo.
- Mạch dao động: Mạch này tạo ra tín hiệu dao động điện áp hoặc dòng điện để đưa vào cảm biến. Điều này giúp kích thích và thử nghiệm cảm biến để đo lường sự thay đổi điện dung.
- Bộ phát hiện (cảm nhận): Phần này nhận tín hiệu từ cảm biến và xử lý để đưa ra kết quả đo lường. Bộ phát hiện có thể là một bộ mạch điện tử đơn giản hoặc một phần mềm tích hợp trong trường hợp các ứng dụng điện tử phức tạp hơn.
- Mạch đầu ra: Sau khi nhận được tín hiệu từ bộ phát hiện, mạch đầu ra chuyển đổi tín hiệu này thành một dạng tín hiệu hoặc thông tin dễ dàng đọc và sử dụng được. Đây là phần mà người dùng hoặc thiết bị khác có thể sử dụng để hiển thị, lưu trữ hoặc xử lý thông tin từ cảm biến điện dung.
Phân loại một số cảm biến điện dung phổ biến
Cần cân nhắc các yếu tố như loại chất liệu cần đo, điều kiện môi trường, độ chính xác cần thiết, giá thành, v.v. để chọn được loại cảm biến phù hợp nhất. Dưới đây là một số loại cảm biến điện dung phổ biến cùng ứng dụng cụ thể của chúng
- Cảm biến điện dung độ dẫn:
- Nguyên tắc hoạt động: Đo mức nước, dầu, xăng, hoặc các chất lỏng khác bằng cách đo sự thay đổi điện dung do chất lỏng tạo thành giữa hai điện cực.
- Đặc điểm:
- Đo được mức chất lỏng dẫn điện.
- Độ chính xác cao.
- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
- Giá thành hợp lý.
- Ứng dụng:
- Đo mức nước trong bể chứa, bồn nước, v.v.
- Đo mức dầu trong thùng chứa, trạm xăng, v.v.
- Đo mức các chất lỏng khác trong các ngành công nghiệp thực phẩm, hóa chất, dược phẩm, v.v.
- Cảm biến điện dung màng:
- Nguyên tắc hoạt động: Thường được sử dụng để đo độ dày các vật liệu dẫn điện hoặc cách điện, ví dụ như trong các ứng dụng đo độ dày lớp sơn, phủ, hoặc các lớp chất phủ khác.
- Đặc điểm:
- Đo độ dày vật liệu chính xác.
- Không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu.
- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt.
- Phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Ứng dụng:
- Đo độ dày lớp sơn trong ngành sản xuất ô tô, đồ nội thất, v.v.
- Đo độ dày lớp phủ trong ngành điện tử, bán dẫn, v.v.
- Đo độ dày lớp giấy, nhựa trong ngành in ấn, bao bì, v.v.
- Cảm biến điện dung dùng để đo các chất lỏng tạo điều kiện:
- Nguyên tắc hoạt động: Cảm biến điện dung có thể đo được các chất lỏng tạo điều kiện, nghĩa là các chất lỏng có độ dẫn điện nhất định.
- Đặc điểm:
- Đo được mức chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện.
- Độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi bọt khí hoặc tạp chất.
- Hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.
- Giá thành cao hơn so với các loại cảm biến điện dung khác.
- Ứng dụng:
- Đo mức nước thải, bùn thải trong các nhà máy xử lý nước thải.
- Đo mức axit, dung dịch hóa chất trong các ngành công nghiệp hóa chất.
- Đo mức thực phẩm, đồ uống trong các nhà máy sản xuất thực phẩm, đồ uống.
Ngoài ra, còn có một số loại cảm biến điện dung khác như cảm biến điện dung đa điểm, cảm biến điện dung vi sai, v.v. Mỗi loại cảm biến có những đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với những nhu cầu đo lường cụ thể.
