Ngày nay, cảm biến điện dung là một thiết bị điện phổ biến trong công nghiệp. Chúng thường được dùng để phát hiện các vật thể không mang từ tính như nhựa, chất lỏng, inox... trong các dây chuyền đóng gói, sang chiết, đếm...Để hiểu rõ hơn về thiết bị này, hãy cùng Bảo An tìm hiểu về cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và nguyên lý cảm biến điện dung trong bài viết sau đây.
- Cảm biến điện dung là gì? Là một loại cảm biến được sử dụng để đo đạc các thay đổi trong điện dung của một tín hiệu đầu vào. Nó hoạt động bằng cách sử dụng hai điện cực và một lớp chất điện môi như một bộ phận giữa chúng. Khi có sự thay đổi trong khoảng cách giữa hai điện cực, điện dung của cảm biến sẽ thay đổi tương ứng.
- Cảm biến điện dung là gì? Chúng là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường và kiểm soát, chẳng hạn như đo độ ẩm, nhiệt độ, áp suất và đo khoảng cách. Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, môi trường và điện tử. Chúng cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính.
- Trong công nghiệp, cảm biến điện dung thường được dùng để phát hiện các vật thể không mang từ tính như nhựa, chất lỏng, inox... trong các dây chuyền đóng gói, sang chiết, đếm...
Hình 1: Cảm biến điện dung
- Cấu tạo của cảm biến điện dung bao gồm hai điện cực và một lớp chất điện môi giữa chúng. Lớp chất điện môi này được gọi là bộ phận điện dung và nó có thể là một tấm bằng phẳng hoặc một tấm tròn với các điện cực được đặt ở hai bên của nó.
- Điện cực thứ nhất được gọi là điện cực đầu vào và điện cực thứ hai được gọi là điện cực đầu ra. Khi có sự thay đổi trong khoảng cách giữa các điện cực, điện dung của cảm biến sẽ thay đổi tương ứng.
- Các loại chất điện môi khác nhau có thể được sử dụng trong cảm biến điện dung, bao gồm các loại polymer, oxide, ceramic và các loại kim loại khác nhau. Đặc tính điện dung của chất điện môi này sẽ tác động đến hiệu suất của cảm biến điện dung.
- Các cảm biến điện dung có thể được thiết kế để đo đạc các thay đổi trong nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ rung và khoảng cách. Các thông số kỹ thuật của cảm biến điện dung sẽ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể mà nó được sử dụng.
Hình 2: Cảm biến điện dung trong cảm biến áp suất
* Loại cảm biến diện dung thường thấy trong công nghiệp với ứng dụng phát hiện vật có cấu tạo như sau
- Điện cực thứ nhất (điện tích dương) nằm trên mặt cảm biến
- Đối tượng phát hiện sẽ đóng vài trò là Điện cực thứ hai (điện tích âm)
- Môi trường giữa mặt phát hiện của cảm biến và đối tượng phát hiện sẽ đóng vai trò là chất điện môi
Hình 3 : Cấu tạo cảm biến điện dung
Ngoài cảm biến điện dung, trong công nghiệp còn sử dụng các loại cảm biến khác để sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Cảm biến điện dung có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dựa trên các tiêu chí khác nhau, bao gồm nguyên lý hoạt động, kích thước và ứng dụng. Dưới đây là một số phân loại cảm biến điện dung phổ biến:
- Cảm biến điện dung đo khoảng cách: Loại cảm biến này được sử dụng để đo khoảng cách giữa hai vật thể. Các ứng dụng phổ biến của cảm biến điện dung đo khoảng cách bao gồm đo khoảng cách đến vật thể, đo độ dày và đo chiều dài.
- Cảm biến điện dung đo độ ẩm: Loại cảm biến này được sử dụng để đo độ ẩm của môi trường xung quanh. Nó có thể được sử dụng để đo độ ẩm của đất, không khí, hoặc các vật liệu khác, và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến kiểm soát độ ẩm, như trong các máy điều hòa không khí hoặc các thiết bị y tế.
- Cảm biến điện dung đo nhiệt độ: Loại cảm biến này được sử dụng để đo nhiệt độ của một vật thể hoặc môi trường xung quanh. Nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ trong các thiết bị điện tử, trong các thiết bị y tế hoặc trong các ứng dụng kiểm soát nhiệt độ.
- Cảm biến điện dung đo áp suất: Loại cảm biến này được sử dụng để đo áp suất của một chất lỏng hoặc khí. Nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng đo áp suất trong các hệ thống điều hòa không khí, trong các thiết bị y tế hoặc trong các ứng dụng liên quan đến kiểm soát áp suất.
- Cảm biến điện dung đa năng: Loại cảm biến này có thể được sử dụng để đo đa dạng các thông số khác nhau, bao gồm nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và khoảng cách. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến kiểm soát và đo đạc.
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung Autonics, cảm biến điện dung Omron,...
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung dựa trên sự thay đổi điện dung của chất điện môi được sử dụng trong cảm biến khi có sự thay đổi khoảng cách giữa hai điện cực.
- Cảm biến điện dung bao gồm hai điện cực được đặt ở hai vị trí khác nhau và một lớp chất điện môi giữa chúng. Khi điện cực đầu vào được kết nối với nguồn đầu vào, điện trường được tạo ra giữa hai điện cực và làm thay đổi điện dung của chất điện môi. Khi có sự thay đổi khoảng cách giữa hai điện cực, điện dung của chất điện môi cũng sẽ thay đổi tương ứng.
- Sự thay đổi điện dung này sẽ được đo bằng cách đo điện áp giữa hai điện cực. Nếu điện dung tăng lên, điện áp giữa hai điện cực cũng sẽ tăng. Tương tự, nếu điện dung giảm, điện áp giữa hai điện cực cũng sẽ giảm.
- Các thông số kỹ thuật của cảm biến điện dung, bao gồm độ nhạy, độ lặp lại và độ chính xác, sẽ phụ thuộc vào chất điện môi được sử dụng và thiết kế của cảm biến. Các ứng dụng của cảm biến điện dung bao gồm đo đạc khoảng cách, đo độ ẩm, đo nhiệt độ và đo áp suất, và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, môi trường và điện tử.
Để hiểu kỹ hơn về cảm biến điện dung là gì? Hãy tìm hiểu về ưu nhược điểm của chúng để có lựa chọn đúng đắn khi sử dụng.
- Độ nhạy cao: Cảm biến điện dung có độ nhạy cao, cho phép nó đo đạc các thay đổi nhỏ trong điện dung của chất điện môi.
- Độ phản ứng nhanh: Cảm biến điện dung có thể phản ứng nhanh đối với các thay đổi trong điện dung của chất điện môi, cho phép nó đo đạc các biến đổi nhanh chóng.
- Độ tin cậy cao: Cảm biến điện dung có độ tin cậy cao và ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như tác động cơ học, chấn động hoặc nhiễu điện từ.
- Chi phí thấp: Cảm biến điện dung có chi phí thấp hơn so với một số loại cảm biến khác.
- Thiết kế linh hoạt: Cảm biến điện dung có thể được thiết kế và sản xuất trong nhiều kích thước và hình dạng khác nhau để phù hợp với các yêu cầu ứng dụng cụ thể.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Cảm biến điện dung có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và cần được hiệu chỉnh để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo.
- Độ chính xác thấp: Độ chính xác của cảm biến điện dung có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, áp suất và các yếu tố khác của môi trường xung quanh.
- Độ bền kém: Cảm biến điện dung có thể bị hư hỏng dễ dàng do tác động cơ học hoặc chấn động.
- Hạn chế ứng dụng: Cảm biến điện dung không phù hợp cho các ứng dụng đo đạc trong môi trường ăn mòn hoặc có tính ăn mòn cao.
- Làm việc trong môi trường cực đoan: Cảm biến điện dung có thể không thể hoạt động ở một số môi trường cực đoan như trong chân không hoặc trong môi trường có nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp.
Kết luận: Cảm biến điện dung là một thiết bị phổ biến và được ứng dụng nhiều trong công nghiệp ngày nay. Qua bài viết trên đây giúp bạn hiểu hơn về cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và nguyên lý cảm biến điện dung. Hi vọng chúng hữu ích với bạn và công việc của bạn.
