Đăng ngày · Cập nhật
Cảm biến đo mức điện dung (capacitive level sensor) là loại cảm biến dùng một điện cực dạng que hoặc cáp thả vào bồn, đo sự thay đổi điện dung khi mức vật liệu tăng giảm. Nhờ không có bộ phận chuyển động, chịu được áp suất và nhiệt độ cao, giá hợp lý, cảm biến điện dung được dùng rộng rãi để báo mức và đo mức liên tục cho chất lỏng, dầu, hóa chất và cả chất rắn dạng hạt, bột. Bài viết giải thích nguyên lý, ưu nhược điểm, cách chọn loại điện cực theo môi chất và những lỗi lắp đặt hay gặp.
1. Nguyên lý đo mức điện dung
Mục lục
Hai vật dẫn đặt cách nhau tạo thành một tụ điện. Với cảm biến mức, điện cực (que hoặc cáp) là một bản tụ, thành bồn kim loại (hoặc ống tham chiếu) là bản tụ còn lại. Điện dung phụ thuộc vào hằng số điện môi của vật chất nằm giữa hai bản:
C = ε0 × εr × A / d
Không khí có hằng số điện môi εr ≈ 1, dầu khoảng 2–4, nước khoảng 80. Khi mức chất lỏng dâng lên, phần điện cực bị ngập thay không khí bằng chất có εr lớn hơn, điện dung tăng. Với bồn hình trụ và điện cực thẳng đứng, điện dung tăng gần như tuyến tính theo mức. Bộ điện tử đo điện dung và chuyển thành tín hiệu 4–20 mA (đo liên tục) hoặc đóng/ngắt tiếp điểm (báo mức điểm).
2. Hai kiểu đo: báo mức điểm và đo liên tục
| Kiểu | Cấu tạo | Tín hiệu | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Công tắc mức điện dung (báo điểm) | Điện cực ngắn, lắp ở thành bồn hoặc đỉnh bồn | Tiếp điểm relay, PNP/NPN | Chống tràn, chống chạy khô bơm, báo mức silo |
| Đo mức liên tục dạng que | Que cứng dài đến vài mét | 4–20 mA, HART, Modbus | Bồn dầu, bồn nước, bồn hóa chất nhỏ và vừa |
| Đo mức liên tục dạng cáp | Cáp mềm có quả nặng ở đầu | 4–20 mA | Bồn cao, silo chất rắn (chiều dài lớn) |
3. Chọn điện cực theo tính chất môi chất
Điểm quyết định khi chọn cảm biến điện dung là môi chất dẫn điện hay không dẫn điện:
- Chất lỏng dẫn điện (nước, nước thải, axit, kiềm, dung dịch muối): dùng điện cực bọc cách điện (thường bọc PTFE hoặc PFA). Chất lỏng dẫn điện đóng vai trò bản tụ ngoài, lớp bọc là điện môi. Ưu điểm: kết quả gần như không phụ thuộc vào hằng số điện môi hay độ dẫn điện của chất lỏng, chỉ cần hiệu chuẩn rỗng – đầy một lần.
- Chất lỏng không dẫn điện (dầu, nhiên liệu, dung môi): có thể dùng điện cực trần hoặc bọc. Kết quả phụ thuộc vào hằng số điện môi, nên nếu thành phần thay đổi (pha trộn, nhiệt độ, độ ẩm) thì giá trị đo sẽ lệch.
- Bồn không phải kim loại (nhựa, composite, bê tông): cần ống tham chiếu (điện cực đồng trục) hoặc điện cực đôi để tạo bản tụ thứ hai.
- Chất rắn dạng bột, hạt (xi măng, ngũ cốc, nhựa hạt): hằng số điện môi thấp (thường 1,5–5) và thay đổi theo độ ẩm, nên thích hợp nhất cho báo mức điểm; đo liên tục cần hiệu chuẩn cẩn thận.
4. Ưu điểm và hạn chế
| Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|
| Không có bộ phận chuyển động, ít hỏng cơ khí | Lớp bám dẫn điện trên điện cực gây sai số, có thể báo mức giả |
| Chịu áp suất, nhiệt độ cao (tùy vật liệu điện cực) | Với chất không dẫn điện, phụ thuộc hằng số điện môi |
| Ít bị ảnh hưởng bởi bọt, hơi, bụi so với siêu âm | Cần hiệu chuẩn tại chỗ (rỗng/đầy) |
| Đo được mức chất rắn và mặt phân cách hai chất lỏng (dầu/nước) | Điện cực tiếp xúc môi chất, cần chọn vật liệu phù hợp |
| Giá thành hợp lý, đặc biệt cho báo mức điểm | Que cứng giới hạn chiều dài; bồn cao phải dùng cáp |
5. Lắp đặt đúng cách
- Tránh xa cửa nạp liệu: dòng chất đổ trực tiếp lên điện cực gây dao động giá trị và mài mòn lớp bọc.
- Giữ khoảng cách đều với thành bồn: điện cực song song thành bồn, không chạm thành; với bồn có cánh khuấy, cần ống tham chiếu hoặc giá đỡ để que không lắc.
- Nối đất bồn: bồn kim loại phải nối đất chắc chắn với vỏ cảm biến – đây là bản tụ thứ hai.
- Silo chất rắn: dùng điện cực cáp, tính lực kéo do vật liệu đè lên cáp khi xả liệu; không neo cố định đầu cáp vào đáy silo nếu nhà sản xuất không cho phép.
- Hiệu chuẩn: thực hiện điểm rỗng và điểm đầy với chính môi chất làm việc; ghi lại giá trị để so sánh khi bảo trì.
- Chất bám dính: chọn cảm biến có chức năng bù lớp bám (điện cực có vùng bảo vệ chủ động) hoặc lên lịch vệ sinh điện cực.
6. So sánh nhanh với các công nghệ đo mức khác
| Công nghệ | Khi nào hơn điện dung | Khi nào điện dung hơn |
|---|---|---|
| Radar không tiếp xúc | Chất bám dính mạnh, bồn cao, cần không tiếp xúc | Bồn nhỏ, nhiều vật cản, ngân sách thấp |
| Siêu âm | Bể hở, nước sạch, không muốn tiếp xúc | Có bọt, hơi, áp suất, nhiệt độ cao |
| Thủy tĩnh | Bể sâu, nước sạch, lắp đơn giản | Tỷ trọng thay đổi, bồn có áp, chất rắn |
| Công tắc phao | Báo mức đơn giản, rẻ nhất | Chất đặc, bám dính làm kẹt phao, chất rắn |
Xem thêm so sánh chi tiết trong bài cách chọn cảm biến đo mức và cảm biến đo mức cho bồn hóa chất.
7. Bám dính và cách giảm ảnh hưởng
Lớp vật liệu bám trên điện cực vẫn được tính như vật liệu, làm mức đo cao hơn thực tế, nhất là với môi chất dẫn điện bám thành màng. Cách giảm ảnh hưởng: chọn que bọc vật liệu chống bám (PTFE), chọn cảm biến có chức năng bù bám dính (tùy model và nhà sản xuất), lắp que tránh vị trí vật liệu rơi trực tiếp, và vệ sinh định kỳ với môi chất dễ bám.
8. Que cứng hay cáp
- Que cứng: bồn chất lỏng, chiều cao vừa phải, có khuấy trộn nhẹ.
- Cáp có tạ căng: silo cao chứa hạt, bột. Cần tính lực kéo khi vật liệu chảy xuống – lực này có thể rất lớn với silo cao – và bảo đảm mái silo chịu được.
9. Cài đặt điểm rỗng và điểm đầy
Cảm biến điện dung cần được “dạy” điểm rỗng và điểm đầy: cài điểm rỗng khi bể rỗng hoặc mức dưới đầu que, cài điểm đầy khi bể đầy hoặc ở một mức đã biết. Nếu không thể làm rỗng hay làm đầy bể, một số model cho phép cài theo hai mức bất kỳ đã biết. Với môi chất không dẫn điện, phải cài lại khi đổi loại môi chất.
Ví dụ ứng dụng: đo mức bồn glycol trạm chiller bằng Dinel DLM-35 · các dòng thiết bị đo mức Dinel
Xem thêm: đo mức silo chất rắn: so sánh điện dung với radar 80 GHz.
Câu hỏi thường gặp
Cảm biến điện dung có đo được nước không?
Có, và rất ổn định khi dùng điện cực bọc cách điện, vì nước dẫn điện. Cần chọn lớp bọc chịu được nhiệt độ, áp suất và hóa chất trong nước.
Vì sao cảm biến điện dung báo đầy dù bồn đã rỗng?
Thường do lớp bám dẫn điện (bùn, chất kết tinh, dầu lẫn nước) còn dính trên điện cực, hoặc nước ngưng tụ ở phần trên điện cực. Vệ sinh điện cực, kiểm tra lại điểm hiệu chuẩn rỗng, hoặc chọn loại có bù lớp bám.
Đo mặt phân cách dầu – nước bằng điện dung được không?
Được, nhờ chênh lệch lớn về hằng số điện môi giữa dầu (khoảng 2–4) và nước (khoảng 80). Với yêu cầu đo đồng thời mức tổng và mặt phân cách, radar dẫn sóng là lựa chọn khác đáng cân nhắc.
Tham khảo thiết bị: cảm biến mức điện dung TKWL-1700. Cần chọn đúng cảm biến cho bồn của bạn? Dùng công cụ chọn cảm biến hoặc liên hệ kỹ sư HOANTRANTDH qua hotline/Zalo 0879 848 668.
Cần báo giá hoặc tư vấn kỹ thuật?
Để lại thông tin, kỹ sư HOANTRANTDH sẽ liên hệ trong giờ làm việc.
BÀI VIẾT LIÊN QUAN
Bảng giá cảm biến siêu âm đo mức tham khảo 2026: Flowline EchoPod/EchoSpan, Dinel ULM, Anhui Tiankang; cách chọn tầm đo, vật liệu, tín hiệu ra và ranh giới nên chuyển sang radar 80 GHz.
Yêu cầu Ex ia/Ex d, API 2350, so sánh radar 80 GHz, radar sóng dẫn, thủy tĩnh, servo cho bồn xăng dầu; model E+H, Dinel, Mose, GM International và giá tham khảo 2026.
So sánh radar 80 GHz, sóng dẫn, cánh quay, điện dung, rung cho silo xi măng, bột, hạt; model và khoảng giá tham khảo 2026.