Cảm biến điện dung là gì?

Giống như một số loại cảm biến khác (ví dụ, cảm biến điện cảm), cảm biến điện dung hoạt động mà không cần tiếp xúc vật lý với đối tượng được điều tra. Nói cách khác, các loại cảm biến này là thiết bị không tiếp xúc. Với sự giúp đỡ của họ, cả vật liệu dẫn điện và không dẫn điện đều có thể được phát hiện. Do tính chất này, cảm biến điện dung có thể được sử dụng ở những nơi, ví dụ, cảm biến điện dung không áp dụng được.

Cảm biến điện dung là gì, cấu tạo và chế độ hoạt động của nó

Loại cảm biến này không phức tạp lắm như một thiết bị và thường bao gồm:

Vỏ bọc

Cơ thể làm cho nó có thể thu thập tất cả các yếu tố thành một tổng thể. Ngoài ra, nó cung cấp sự bảo vệ đáng tin cậy của các yếu tố khỏi các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của nó. Thân của cảm biến điện dung thường được làm bằng đồng thau hoặc polyamit.

Trình kết nối

Nó là một loại nhựa đặc biệt giúp bảo vệ các phần tử cảm biến khỏi độ ẩm hoặc các chất độc hại khác.

Kích hoạt

Bộ kích hoạt tạo ra công suất tín hiệu chuyển mạch cần thiết và lượng độ trễ (đây là sự khác biệt về khoảng cách trước khi bật).

Đèn LED

Đèn LED cung cấp thiết lập nhanh chóng và chỉ ra vị trí công tắc.

Bộ khuếch đại

Khuếch đại tín hiệu đầu ra đến giá trị mong muốn.

Bộ giải điều chế

Bộ giải điều chế thay đổi các dao động tần số cao cho đến khi điện áp thay đổi.

Máy phát điện

Nó tạo ra một điện trường tác dụng lên vật thể.

Điện cực

Bề mặt làm việc của cảm biến điện dung thường là hai điện cực đóng vai trò là bản tụ điện được nối với mạch phản hồi của máy phát. Đến lượt nó, anh ta được cấu hình để thay đổi sức mạnh của nó khi nó tiếp cận đối tượng được điều khiển.

Kết quả của những rung động này, khi cảm biến tiếp cận một đối tượng, máy phát tạo ra một biên độ tăng dần, biên độ này được xử lý và tạo ra tín hiệu đầu ra.

Cảm biến điện dung được điều khiển bởi các vật thể dẫn điện và chất điện môi. Khi một đối tượng dẫn điện đến gần, khoảng cách cảm nhận trở nên lớn hơn nhiều so với khi đối tượng thử nghiệm là chất điện môi (khoảng cách phản ứng phụ thuộc vào hằng số điện môi).

Sử dụng
Việc sử dụng loại cảm biến này là vô cùng rộng rãi và đa dạng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp ở hầu hết các ngành công nghiệp.

Chúng được sử dụng trong các cảm biến đỗ xe ô tô và để điều khiển việc đổ đầy các chất lỏng, khối và khí vào các bồn chứa, cho các công tắc trên dây chuyền tự động, cho các trung tâm máy, máy móc, băng tải, hệ thống báo động và các loại khác.

Các loại cảm biến điện dung và ứng dụng của chúng

Cảm biến tiệm cận

Hiện nay, một trong những loại cảm biến điện dung được sử dụng phổ biến nhất là cảm biến tiệm cận, ngoài việc cực kỳ đáng tin cậy còn có rất nhiều ưu điểm.

Cảm biến loại này được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực vì chúng có giá rất hợp lý. Chúng được sử dụng để giám sát mức độ lấp đầy của các thùng chứa khác nhau, điều khiển điện áp, để báo hiệu trong trường hợp có sự cố trên dây chuyền sản xuất và những người khác.

Bộ mã hóa điện dung cho các chuyển động góc và tuyến tính

Cảm biến loại này được sử dụng trong các ngành như cơ khí, năng lượng, vận tải, xây dựng và các ngành khác.

Máy đo độ nghiêng

Máy đo độ nghiêng điện dung được sử dụng trên bệ dầu trong hệ thống san lấp mặt bằng, để xác định biến dạng của giá đỡ, theo dõi và kiểm soát độ dốc của đường bộ và đường sắt trong quá trình xây dựng chúng, xác định chất lượng của ô tô, tàu thủy, thang máy, thiết bị nâng hạ, máy móc nông nghiệp để xác định chuyển vị góc của các vật thể quay, chẳng hạn như như trục, bánh răng và cơ cấu, cả cố định và di chuyển.

Cảm biến mức điện dung

Cảm biến loại này được sử dụng trong các hệ thống giám sát, điều chỉnh và kiểm soát các quá trình trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất và dầu khí.

Chúng cực kỳ hiệu quả trong việc xử lý chất lỏng, vật liệu rời, các chất nhớt dẫn điện và không dẫn điện, và trong môi trường làm việc khắc nghiệt trong phòng hoặc những nơi tích tụ nhiều bụi hoặc ngưng tụ.

Cảm biến điện dung được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp yêu cầu đo chính xác tổng áp suất, độ dày của vật liệu điện môi, độ ẩm, biến dạng tuyến tính và góc, v.v.

Phân loại cảm biến điện dung theo phương pháp thực hiện chúng

Tất cả các loại cảm biến điện dung có thể được chia thành hai nhóm: cảm biến có một và hai bể. Sau này được chia thành vi sai và bán vi sai.

Cảm biến điện dung đơn có thiết kế đơn giản và là tụ điện thay đổi được. Loại cảm biến này có một số nhược điểm, bao gồm ảnh hưởng đáng kể đến môi trường như độ ẩm và nhiệt độ.

Nhược điểm của cảm biến có thiết kế vi sai là chúng khác với cảm biến có điện dung đơn và cảm biến vi sai có ít nhất ba dây kết nối giữa cảm biến và thiết bị đo để trung hòa các tác động tiêu cực của độ ẩm và nhiệt độ.

Tuy nhiên, do nhược điểm nhỏ này, cảm biến vi sai tăng đáng kể độ chính xác và độ ổn định của chúng và do đó mở rộng lĩnh vực ứng dụng của chúng.

Ưu điểm của cảm biến điện dung
So với các cảm biến quang học, cảm ứng và áp điện cạnh tranh, cảm biến điện dung có nhiều lợi thế hơn, bao gồm:

• dễ sản xuất - vật liệu rẻ tiền được sử dụng để sản xuất cảm biến điện dung, ảnh hưởng đến giá cuối cùng của sản phẩm;
• kích thước và trọng lượng nhỏ;
• sự tiêu thụ ít điện năng;
• mức độ nhạy cảm cao;
• không tiếp xúc (họ không cần phải ở gần đối tượng nghiên cứu;
• tuổi thọ lâu dài;

Dễ dàng điều chỉnh thiết kế cảm biến cho các nhiệm vụ và phép đo khác nhau.

Hạn chế
Một số nhược điểm lớn nhất của cảm biến điện dung là:

• tỷ lệ chuyển đổi (chuyển) tương đối nhỏ;
• nhu cầu làm việc ở tần số trên 50 Hz;
• hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi bụi và độ ẩm, và cảm biến có thể phát hiện phép đo không chính xác;
• độ nhạy nhiệt độ.

Cảm biến điện dung được thiết kế đơn giản, mang lại thiết kế bền và đáng tin cậy. Các thông số của tụ điện chỉ phụ thuộc vào đặc tính của nó và không phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu được sử dụng, nếu chúng được lựa chọn chính xác.

Vấn đề nhạy cảm của chúng với nhiệt độ có thể được giải quyết bằng cách chọn vật liệu thích hợp cho các tấm và vật liệu cách nhiệt thích hợp để gắn chặt chúng. Nó chỉ còn là cải thiện khả năng bảo vệ của chúng khỏi tác hại của bụi, độ ẩm và bức xạ ion, và loại cảm biến này sẽ có nhiều ứng dụng hơn nữa.

Và cuối cùng, chúng tôi có thể tóm tắt ...

Cảm biến điện dung sử dụng rất ít lực cơ học mà chúng cần để di chuyển phần chuyển động, điều chỉnh đầu ra của hệ thống và hoạt động với độ chính xác cao. Tất cả điều này làm cho các cảm biến này không thể thiếu để đo chính xác các phần tử dẫn điện và không dẫn điện.

Câu hỏi và trả lời:

Cảm biến điện dung là gì? Điện dung đơn, điện dung kép. Lần lượt, chúng được chia thành: tuyến tính, góc, máy đo độ nghiêng, cảm biến mức, đầu dò áp suất.

Cảm biến điện dung dùng để làm gì và hoạt động như thế nào? Trong các cảm biến như vậy, thông số đo được thay đổi, do đó điện trở thay đổi. Các cảm biến như vậy được sử dụng để chuyển đổi các giá trị độ ẩm, áp suất, lực cơ học, v.v.

Cảm biến báo mức điện dung hoạt động như thế nào? Trong một cảm biến như vậy, do sự thay đổi trong mức đo, điện dung của tụ điện cũng thay đổi (nó được hình thành bởi đầu dò và thành của bình chứa - càng nhiều chất lỏng trong bình chứa, dung lượng càng cao).