Bộ chuyển đổi xung encoder sang analog 4-20mA hoặc 0-10V được dùng để đọc tín hiệu xung 24V từ encoder, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V. Mình đang dùng bộ chuyển đổi xung Z111 để đọc encoder max 360 Hz thành tín hiệu 4-20mA.

Mình sẽ hướng dẫn anh em cách làm A => Z, đảm bảo 100% encoder hoạt động ổn định và dòng ra tuyến tính và chính xác.

Bộ chuyển đổi xung encoder Z111 cần làm

• Chuyển đổi tần số 0-360 Hz từ encoder.
• Thành tín hiệu 4-20mA. Khi đó 4mA tại 0Hz và 20mA tại 360 Hz.

 ✅Xác định loại tín hiệu Encoder

Encoder xung phổ biến thường là:

• NPN Open Collector hoặc PNP 3 dây
• Xung hình vuông, mức logic 0–24VDC
• Tần số đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay

📌 Nếu encoder anh em dùng:

• NPN 2 dây → nối tín hiệu vào chân 8-11
• NPN 3 dây → nối tín hiệu vào chân 8-9-11
• PNP 3 dây → tín hiệu cũng vào chân 7-9-11
• 24V 2 dây → tín hiệu vào chân 7-11 hoặc 7-12. Mình đang dùng Encoder 24V nên kết nối vào chân 7-11 là nhận ngay.
• Namur → tín hiệu cũng vào chân 7-9

Z111 hầu như hỗ trợ hầu hết các loại encoder có trên thị trường. Nếu các trường hợp đặc biệt thì anh em liên hệ mình hỗ trợ nhé.

✅Cài đặt full-scale tần số = 360 Hz

Bộ chuyển đổi xung Encoder Z111 có cách cài đặt khá đơn giản bởi tất cả các input – output đều được cài đặt thông qua DIP Switch.

Bước 1: Chỉnh rotary selector

• Hàng trăm (100s) = 3
• Hàng chục (10s) = 6
• Hàng đơn vị (1s) = 0

→ Tổng = 360 hz

Bước 2: Đặt hệ số nhân = x1 tại SW1

SW1-1 = OFF

SW1-2 = OFF

SW1-3 = OFF

SW1-4 = ON ✅

SW1-5+6+7+8 = OFF

Bước 3: Cài đặt ngõ ra 4-20mA tại SW1-9 và SW1-10

DIP SW1

SW1-9 = OFF

SW1-10 = ON ✅

Bước 4: cài bộ lọc xung

SW2: 2-3 ON ✅, 1-4 OFF

Chế độ này mình để mặc định theo nhà sản xuất và không cài đặt gì thêm.

Kiểm tra tần số tương ứng ngõ ra – mA

Để biết bộ chuyển đổi xung Encoder có đưa ra tín hiệu chính xác hay không. Anh em cần kiểm tra tìn hiệu ngõ ra tại 5 điểm 0-25-50-75-100% của tần số encoder đầu vào.

Dựa vào công thức sau để so sánh & đánh giá.
mA = 4+ ( f/360 ) x 16

Sai số cho phép là tại 0,3% anh em cần đối chiếu tín hiệu ngõ ra có nằm trong ngưỡng cho phép hay không nhé. Cụ thể theo bảng tính sau:

Tính giá trị mA ± sai số tại mỗi điểm✅

Nếu ngõ ra sai lớn hơn mức này anh em cần hiệu chỉnh lại hoặc liên hệ ngay với nhà cung cấp để được hỗ trợ kỹ thuật. Trên thực tế sai số đo được có thể sai lệch do sai số của thiết bị đo hoặc hao tổn đường dây. Tuy nhiên, sai số không được vượt quá 0,1mA.

Tìm hiểu nhanh bộ chuyển đổi xung – tần số Z111

Seneca Z111 là một bộ chuyển đổi xung Encoder sang tín hiệu analog (frequency-to-DC isolator/converter) thuộc dòng Z-Series của Seneca, được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu tần số (xung) thành tín hiệu analog chuẩn như 4-20mA hoặc 0-10V. Nó thường được dùng trong các ứng dụng công nghiệp để xử lý tín hiệu từ các cảm biến hoặc thiết bị phát xung (như lưu lượng kế, cảm biến tốc độ, hoặc encoder) và gửi dữ liệu đến PLC, HMI, hoặc các hệ thống giám sát.

Thông số kỹ thuật theo tài liệu hãng

Ngõ vào (Input):  1 kênh, nhận tín hiệu xung từ nhiều nguồn:

• Contact
• NPN (2/3 dây)
• PNP (3 dây, nguồn 24Vdc)
• Namur
• cảm biến quang (photoelectric),
• cảm biến Hall
• cảm biến từ trở (variable reluctance)
• xung 24V
• TTL
• Lưu lượng kế kiểu bánh răng (oval wheel counter).

Dải tần số: 1 mHz (0.001 Hz) đến 9.99 kHz, cấu hình được bằng công tắc DIP.

Thang đo tối đa: 10 mHz đến 9.99 kHz.

Ngõ ra: 1 kênh

• 0-20mA
• 4-20mA
• 0-10V
• 0-5V
• 2-10V
• 0-1V

Nguồn cấp 24Vdc/Vac

Sai số 0,3%

Cài đặt bằng DIP Switch ngay trên thiết bị

Lắp đặt trên DIN Rail tủ điện

Cách ly: 3 chiều input – output – nguồn

Cách hoạt động của Z111

Z111 nhận tín hiệu dạng tần số hoặc xung max 10 kHz. Sau đó chuyển đổi thành tín hiệu analog 4-20mA / 0-10V hoặc các loại khác.

Khả năng tự chọn tần số theo tần số đầu vào thông qua các DIP Switch tương ứng với tín hiệu ngõ ra được cài đặt.

Việc chống nhiễu đối với tín hiệu xung cực kỳ quan trọng khi mà motor, biến tần là các thiết bị trực tiếp làm biến dạng tần số của xung truyền về. Bộ chuyển đổi xung encoder Z111 hoàn thành tốt vấn đề này, hạn chế tối đa nhiễu xung khi vào Z111.

Anh em cần tìm hiểu thông tin gì khác không? Nếu có thì nhắn mình nhé.

Chúc anh em thành công!

Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hoà
Mobi : 0937.27.55.66

Cảm biến mức RFLS-53N là một sản phẩm tiên tiến sử dụng công nghệ đo mức tần số cao, được thiết kế đặc biệt để phát hiện các loại vật liệu rắn dạng hạt và bột mịn trong môi trường công nghiệp. Đây là giải pháp thay thế hoàn hảo cho các công tắc mức cơ khí truyền thống và các cảm biến dung lượng thông thường.

Vị trí lắp đặt của cảm biến chính là nơi phát hiện nguyên liệu. Khi tiếp xúc với vật liệu rắn cảm biến báo ra tín hiệu ON dạng điện áp 24Vdc. Khi không tiếp xúc với vật liệu rắn thì cảm biến không xuất tín hiệu ( OFF ), điện áp bằng 0Vdc.

Dựa vào nguyên lý này, cảm biến phát hiện chính xác trình trạng của nguyên liệu rắn trong các thùng chứa, silo, bồn … một cách chính xác so với các loại cảm biến khác.

Nguyên lý hoạt động độc đáo

RFLS-53N hoạt động dựa trên nguyên lý đo dung lượng ở tần số cao, cho phép cảm biến:

• Phản ứng trực tiếp với khối lượng vật liệu thay vì chỉ dựa vào tiếp xúc vật lý
• Tự động bỏ qua các cặn bã và vật liệu bám dính trên bề mặt cảm biến
• Hoạt động ổn định ngay cả khi có lớp cặn dày tối đa 5-10mm
• Khả năng điều chỉnh độ dày mức liệu nhiều hay ít

Ưu điểm vượt trội so với các loại cảm biến khác

1. So với Công tắc Mức Cơ khí (Rotary Level Switch)

2. So với cảm biến Điện dung thông thường

3. So với Cảm biến Siêu âm phát hiện vât cản

Ứng dụng đa dạng với vật liệu rắn – khô

Cảm biến mức RFLS-53N-1-P-G-SHV chỉ sử dụng được với các vật liệu rắn dạng khô, không ẩm ướt hay kết dính. Mặc dù bề mặt là một lớp PP + PVC có khả năng chống bám dính nhưng không phù hợp với các loại vật liệu kết dính có độ ẩm cao.

Các loại vật liệu chất rắn phù hợp là loại khô, dạng hạt hoặc mịn & khả năng va đập ít. Các loại vật liệu tiêu chuẩn như sau:

Vật liệu dạng hạt:

• Viên nhựa, viên gỗ, mùn cưa
• Granules, ngũ cốc các loại, tiêu, cao lương
• Cát, sỏi, đá dăm
• Hạt cà phê ( café ), hạt điều, lúa, gạo …

Vật liệu dạng bột:

• Bột mì, bột ngũ cốc
• Xi măng, bột khoáng
• Bột kim loại công nghiệp

Môi trường ứng dụng:

• Phễu chứa (hoppers)
• Container công nghiệp
• Silo lưu trữ
• Hệ thống băng tải

Tính năng kỹ thuật nổi bật cảm biến mức RFLS-53N

Khả năng thích ứng cao:

• 3 loại đầu ra: PNP, Relay, Solid State Relay
• Nguồn điện linh hoạt: 7-34V DC hoặc 95-230V AC
• 4 tùy chọn kết nối: Connector van, M12, cáp tiêu chuẩn, cáp bảo vệ

Mình thì lựa chọn mã code RFLS-53N-1-P-G-SHV với:

• Nguồn cấp 24Vdc
• Ngõ ra: PNP
• Kết nối điện tiêu chuẩn IS4400 ( valve connector )

Cài đặt thông minh:

• Sử dụng bút từ tính MP-8 để cài đặt không cần mở vỏ
• Chuyển đổi dễ dàng giữa chế độ Normally Open/Closed
• Điều chỉnh độ nhạy theo từng bước
• LED hiển thị trạng thái trực quan

Một trong những điểm mình thích nhất của RFLS-53N-1-P-G-SHV chính là khả năng điều chỉnh độ nhạy của cảm biến thông qua bút từ tại điểm ( + ) và ( – ). Điều này có nghĩa rằng anh em có thể gắn cảm biến bên ngoài mặt kính hay với các vật liệu khác nhau, anh em có thể cài đặt tùy ý cho tương thích với nguyên liệu mà anh em đang sử dụng. Điều này đặt biệt hữu dụng cho dùng một loại cảm biến cho nhiều loại nguyên vật liệu trong cùng một hệ thống.

Việc điều chỉnh NO hoặc NC tùy ý cho phép cảm biến lắp đặt ở vị trí báo đầy hoặc báo cạn mà không cần phải suy nghĩ cảm biến có phù hợp hay không. Thông thường các cảm biến khác chỉ cho phéo lựa chọn NO / NC duy nhất.

Độ bền vượt trội:

• Cấp bảo vệ IP65: Chống bụi và nước
• Nhiệt độ hoạt động: -20°C đến +60°C
• Vật liệu vỏ: PP và PVC-U chống ăn mòn
• Bảo vệ ngược cực: Tích hợp sẵn
• Cài đặt bằng: bút từ – không tiếp xúc

Thiết kế đơn giản, sử dụng dễ dàng chính vì thế mà cảm biến RFLS-53N gần như chỉ cài đặt duy nhất lúc lắp đặt. Sau đó dùng dài lâu. Ngay cả hãng Dinel cũng công bố bảo hành kỹ thuật tới 3 năm trên toàn thế giới.

Lợi ích kinh tế khi sử dụng cảm biến báo mức hiệu quả

Cảm biến mức RFLS-53N dù mang trong mình công nghệ tiên tiến với độ bền cao nhưng chi phí đầu tư lại hết sức hợp lý. Giá thành thuộc dạng thấp nhất trong các loại cảm biến của Dinel. Anh em cũng biết Dinel có thành rất cạnh tranh so với các loại cảm biến khác trên thị trường.

Tiết kiệm chi phí:

• Giảm chi phí bảo trì: Không cần bảo trì định kỳ
• Tuổi thọ cao: Không có bộ phận chuyển động
• Lắp đặt đơn giản: Tiết kiệm thời gian và công sức
• Độ tin cậy cao: Giảm thời gian chết máy

Việc lắp một lần và sử dụng liên tục, không cần bảo trì mang tới lợi ích dài hạn không chỉ về chi phí lắp đặt mà còn liên quan tới chi phí bảo trì & tiết kiệm được thời gian ngừng máy.

Tăng hiệu quả vận hành:

• Phát hiện chính xác: Không báo sai do cặn bã
• Phản ứng nhanh: Tần số chuyển mạch 0.5Hz
• Hoạt động ổn định: Không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường

Kết luận cảm biến mức RFLS-53N

Cảm biến mức RFLS-53N là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng phát hiện mức vật liệu rắn khô trong công nghiệp. Với công nghệ tần số cao tiên tiến, khả năng chống nhiễu vượt trội và tính năng tự động bỏ qua cặn bã, cảm biến này mang lại hiệu quả kinh tế cao và độ tin cậy tuyệt đối cho hệ thống tự động hóa.

Anh xem có còn thắc mắc gì nữa không, nếu cần thêm thông tin gì khác cứ nhắn mình nhé.

Chúc anh em thành công˜

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Bộ chuyển đổi cảm biến PH sang modbus RTU được sử dụng cho các loại cảm biến có tín hiệu ngõ ra dạng mV cụ thể: -177,47 đến +177,48mV hoặc -414mV đến + 414mV. Tín hiệu mV này các bộ datalogger gần như không thể đọc trực tiếp được. Bởi vì datalogger được thiết kế để đọc analog 4-20mA / 0-10V hoặc Modbus RTU.

Trong xử lý nước thải, cảm biến pH đo thang 0-14 thường xuất ra tín hiệu analog hoặc digital tùy thuộc vào loại cảm biến và hệ thống sử dụng. Cụ thể:Tín hiệu analog:Phổ biến nhất là tín hiệu điện áp (mV): Cảm biến pH dựa trên điện cực thủy tinh tạo ra hiệu điện thế tỷ lệ với nồng độ ion H⁺. Thông thường, cứ mỗi đơn vị pH thay đổi thì điện áp thay đổi khoảng 59.16 mV (ở 25°C, theo phương trình Nernst). Ví dụ:pH 7 (trung tính) ≈ 0 mV. Với cảm biến có ngõ ra -177,47 đến +177,48mV thì:

• pH 4 ≈ +177.48 mV.
• pH 7 ≈ 0mV
• pH 10 ≈ -177.48 mV.

Một số cảm biến pH công nghiệp chuyển đổi tín hiệu này thành dòng điện 4-20 mA, là chuẩn phổ biến trong tự động hóa để truyền tín hiệu đến bộ điều khiển (PLC) hoặc hệ thống giám sát. Tuy nhiên, một số cảm biến chỉ có lựa chọn duy nhất là mV. Khi đó hãng sẽ bán kèm một bộ đọc pH để hiển thị giá trị pH và các thông số khác ( nếu có ).

Tín hiệu digital:Các cảm biến pH hiện đại (đặc biệt trong xử lý nước thải) có thể xuất tín hiệu số qua các giao thức như Modbus, HART, hoặc Profibus. Tín hiệu này thường đã được xử lý bởi bộ chuyển đổi tích hợp, cung cấp trực tiếp giá trị pH (0-14) hoặc dữ liệu đã hiệu chỉnh.

Rắc rối xảy ra khi chúng ta chỉ có đầu dò pH ra tín hiệu mV mà muốn truyền vào datalogger mà không cần phải qua bộ hiện hiển thị & điều khiển pH có giá thành khá cao. Khi đó, bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU là giải pháp tối ưu nhất.

Tại sao lại cần bộ chuyển đổi tín hiệu pH sang Modbus RTU

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến pH đặc thù là lưỡng cực tức vừa âm vừa dương dưới dạng mV. Một tín hiệu rất nhỏ cho thang đo pH từ 0-14. Để đọc được tín hiệu này các hãng luôn có các bộ hiển thị hoặc điều khiển đi kèm để giải mã.

Có hai lý do mà cần một bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU như sau:

Giá thành bộ giải điều khiển pH quá cao

Bất kỳ một người sử dụng nào cũng mong muốn sử dụng cả bộ đo pH cùng một hãng cho đồng bộ và dễ thao tác, sửa chữa. Tất nhiên, điều đó đồng nghĩa với giá thành sẽ tăng cao. Một số hãng cung cấp các bộ điều khiển với chi phí rất cao. Đó chính là lý do mà bộ chuyển đổi pH xuất hiện.

Mua nhầm hoặc quên mua loại có ngõ ra analog 4-20mA

Mình đã xem qua rất nhiều tài liệu của cảm biến pH của các hãng. Đa số đều ghi thông số chung chung về chức năng, ứng dụng… mà lại không ghi rõ loại tín hiệu ngõ ra. Khi mua đầu dò pH rất dễ nhầm lẫn với loại tích hợp ngõ ra 4-20mA hoặc Modbus RTU sẵn.

Một số loại đầu dò pH được báo đi kèm với bộ hiển thị, khi đó tín hiệu ngõ ra thường không được ghi rõ ràng vì người mua mặc định chỉ cần kết nối đúng là hiển thị. Khi màn hình hiển thị có vấn đề hoặc không có truyền thông về datalogger. Lúc này bộ khuếch đại tín hiệu cảm biến pH là một giải pháp tối ưu nhất.

Bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU – Z-4AI

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4AI vốn không được thiết kế dành riêng cho cảm biến pH mà được thiết kế cho tất cả các loại cảm biến có ngõ ra Analog 4-20mA / 0-10V và cả tín hiệu mV của cảm biến pH.

Thông số kỹ thuật Z-4AI

• Model: Z-4AI, sản xuất tại Seneca – Italy
• Số kênh đầu vào: 4 kênh
• Nguồn cấp: 10-40Vdc hoặc 19-28Vac
• Cách ly 1500V giữa nguồn – tín hiệu input – output
• Độ phân giải 16 bit, 2mV, 2umA
• Sai số 0,1%
• Lắp đặt trên DIN RAIL
• Input: nhận mV, mA tiêu chuẩn hoặc tùy chỉnh
• Output: Modbus RTU – RS485
• Tùy tùy scales giá trị thực tương ứng tín hiệu đầu vào
• Đặc biệt, có thể tùy chọn tín hiệu mV, mA đầu vào cho từng kênh
• Có LED báo trạng thái nguồn – Rx-Tx truyền thông, đèn báo lỗi.
• Cài đặt bằng DIP Switch hoặc phần mềm easy setup – miễn phí của hãng

Z-4AI đọc tín hiệu cảm biến pH như thế nào?

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4AI không thể đọc tín hiệu tín hiệu từ cảm biến pH mà không qua cài đặt. Cụ thể, tín hiệu của cảm biến pH sẽ là tín hiệu lưỡng cực vừa âm vừa dương.

Khi đó, tín hiệu ngõ ra của pH thường là -177,47 … + 177,48 mV hoặc -414 … + 414mV tương ứng pH từ 0-14. Để đọc được giá trị này bộ chuyển đổi cảm biến pH Z-4AI phải cài đặt bằng phần mềm easy setup của hãng Seneca. May mắn là Seneca cung cấp phần mềm miễn phí.

Việc cài đặt khá đơn giản:

• Chuẩn bị cáp Micro usb: 1 đầu usb – 1 đầu micro usb
• Cài đặt phần mềm easy setup của Seneca, bạn có thể tải về trực tiếp từ web của Seneca.
• Cấp nguồn cho Z-4AI, dùng nguồn 24Vdc

Sau khi cấp nguồn, cắm cắp từ Z-4AI vào máy tính. Chúng ta dễ dàng cài đặt input với các thông số:

• Điện áp mV, zero – span
• Dòng điện mV, zero – span
• Scales tỉ lệ tương ứng với Zero – span
• Tùy chỉnh ID – baud – speed trên phần mềm cho Z-4AI

Khi đọc qua datalogger hoặc các thiết bị khác thông qua Modbus RTU thì giá trị truyền về là số thực đã scales hoặc giá trị mV của cảm biến pH ( trong trường hợp không scales giá trị ).

Truyền thông Modbus RTU của Z-4AI

Bộ chuyển đổi cảm biến pH sang modbus RTU RS485 truyền thông qua 2 cách:

• Bằng Terminal 4 ( GND ) + 5 ( B-) + 6 ( A+) ngay trên thiết bị.
• Bằng DIN Rail bus nguồn bên dưới thanh DIN RAIL bằng phụ kiện Z-PC-DINAL2-17,5. Với phụ kiện Z-PC-DINAL2-17,5 có thể kết nối 2 bộ chuyển đổi Z-4AI cùng lúc.
• Z-4AI cho phép giao tiếp với nhiều tốc độ baud: từ 9600 cho đến 57600, tùy chọn trong phần mềm hoặc gạt trên DIP Switch.
• Về địa chỉ thì có thể tùy chọn từ 1…63 trên DIP Switch và 1…256 trên phần mềm.
• Tùy chọn giao tiếp qua RS485 hoặc RS232.

Như vậy, Z-4AI nhận được 4 tín hiệu đầu vào cùng lúc và có thể truyền thông qua RS485 hoặc RS232 tùy theo thiết bị có thể nhận được tín hiệu từ Z-4AI.
Chúc các bạn thành công !

Nếu bạn đang tìm hiểu hằng số điện môi là gì, εr và εr ref là gì thì có lẽ bạn đang muốn tìm hiểu sâu hơn về một loại cảm biến nào đó liên quan tới εr và εr ref. Trong bài viết này mình sẽ chia sẻ về hằng số điện môi εr ref cũng như các ứng dụng quan trọng của nó.

Hằng số điện môi có ký hiệu là: ε.

Hằng số điện môi là gì?

Hằng số điện môi (εr): là một giá trị thể hiện khả năng tích điện của một vật liệu cách điện ( điện môi ) so với chân không.

• Chân không có hằng số điện môi εr = 1.
• Dầu có hằng số điện môi từ εr 1.9 – 2.5 cao nhất khoảng 5.
• Nước có εr cao khoảng 80.

Công thức: εr = ε / εo, trong đó:

• • • ε: Điện dung của chất.
    • εo: Điện dung trong chân không.

Ý nghĩa của hằng số điện môi:

• • Chất có εr cao (như nước, ~80) dễ lưu trữ điện tích, thường là chất phân cực (có phân tử mang điện tích).
  • Chất có εr thấp (như dầu, ~2–5) lưu trữ điện tích kém, thường là chất không phân cực.
  • Dầu khoáng, dầu biến thế, dầu bôi trơn εr ≈ 1.9–2.3

εr ref là hằng số điện môi tham chiếu (reference dielectric constant) của mẫu dầu sạch (reference oil) được sử dụng để hiệu chuẩn cảm biến. Nó được dùng để so sánh với các phép đo thực tế, giúp phát hiện sự thay đổi do nhiễm bẩn (như nước, tạp chất).

Các cảm biến dùng εr ref thường dựa trên công nghệ điện dung (capacitance) hoặc đo hằng số điện môi, vì sự thay đổi εr (nước ~80, dầu ~2–5) là dấu hiệu nhạy để phát hiện tạp chất, đặc biệt là nước trong dầu.

Cảm biến dùng hằng số điện môi εr ref cần có mẫu để xác định giá trị cơ bản ban đầu. Các giá trị thay đổi so với εr ref hiệu chuẩn được xem là phát hiện dầu nhiễm bẩn, tạp chất hoặc phát hiện nước trong dầu.

Ứng dụng quan trọng của hằng số điện môi εr ref trong công nghiệp

Sự thay đổi điện dung vốn phụ thuộc vào hằng số điện môi của chất lỏng giữa hau điện cực. Khi εr ref thay đổi điều đó đồng nghĩa với cảm biến phát hiện sự thay đổi của môi trường làm điện dung thay đổi.

Các nhà sản xuất có công nghệ điện dung gần như phát hiện được tất cả sự thay đổi của chất lỏng, chất rắn. Chính vì thế mà hằng số điện môi εr ref được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Cảm biến điện dung – Capacitance level sensor

Cảm biến điện dung hoạt động dựa vào nguyên lý thay đổi dung kháng, cái mà phụ thuộc nhiều vào hằng số điện môi εr ref. Các cảm biến ứng dụng công nghệ điện dung tham khảo:

• CLS-23, DLS-27, DLS-35, RFLS-35, RFLS-24: dùng để phát hiện chất lỏng, hóa chất, chất sệt – kết dính, dầu các loại và các chất rắn như xi măng, bụi, cát, tro, hạt cà phê… Các cảm biến này có thể cài đặt được độ nhạy tương ứng với điều kiện tiếp xúc thực tế.
• Cảm biến Vega Vegacal: Vega cũng ứng dụng hằng số điện môi εr ref để phát hiện mức chất lỏng nước, dầu, hóa chất.
• Cảm biến phát hiện nước trong dầu: RFLS-28N: cảm biến phát hiện sự hiện diện của nước trong dầu. Sau đó xuất tín hiệu điện PNP để cảnh báo.
• Cảm biến DLM-35, CLM-36, CLM-70: đo mức chất lỏng, chất rắn, dầu các loại liên tục. Tín hiệu ngọ ra 4-20mA, 0-10V tương ứng với chiều cao mức chất lỏng.

Các cảm biến điện dung được dùng để phát hiện chất lỏng, đo mức chất lỏng, các loại chất rắn trong công nghiệp với độ tin cậy cao.

Cảm biến đo chất lượng dầu – Oil quality

Cảm biến chất lượng dầu dựa vào sự biến đổi của hằng số điện môi εr ref của cảm biến. Cảm biến sẽ so sánh sự chênh lệch của dầu mẫu ban đầu. Đa phần các loại dầu: dầu khoán, dầu máy biến áp, dầu DO – FO đều có hằng số điện môi εr ref từ 2-2.5. Cảm biến đo chất lượng dầu sẽ phát hiện sự biến đổi của dầu mẫu chuẩn ban đầu.

Cách hoạt động của cảm biến chất lượng dầu dựa vào hằng số điện môi εr ref:

• Đo dầu mẫu – dầu sạch tương ứng hằng số điện môi εr ref. Khi đó tín hiệu ngõ ra là 2V.
• Cảm biến sẽ xuất ra tín hiệu từ 0-10V tương ứng mức thay đổi hằng số điện môi εr ref ban đầu.
• Giá trị tăng hoặc giảm dần tương ứng với dầu bị nhiễm bẩn hoặc quá cũ.

Với dầu sạch εr ref = 2.00 ( dầu khoáng ) thì phạm vi phát hiện là 1.99 – 2.04

• Nếu εr ref = 1.90 (giới hạn thấp), phạm vi là 1.89–1.94.
• Nếu εr ref = 2.30 (giới hạn cao), phạm vi là 2.29–2.34.

Cảm biến chất lượng dầu QOS-35 chính là hoạt động dựa trên nguyên lý này để phát hiện sự thay đổi chất lượng dầu dù là nhỏ nhất.

Cách dùng: nhúng cảm biến vào dầu. Sau đó dùng bút chạm vào dấu ( + ) hoặc ( – ) trên cảm biến để xác nhận hằng số điện môi εr của dầu. Lúc này cảm biến xuất ra tín hiệu 2V. Khi dầu thay đổi chất lượng hoặc nhiễm bẩn sau một thời gian sử dụng. Cảm biến sẽ thay đổi giá trị ngõ ra khác 2V. Dựa vào tín hiệu ngõ ra chúng ta xác định được độ tinh khiết của dầu.

Ứng dụng:

• Phát hiện sự nhiễm bẩn của dầu sau thời gian dài sử dụng.
• Phát hiện dầu nhiễm nước.
• Phát hiện kim loại hoặc tạp chất lẫn trong dầu.

Cảm biến phân tích chất lỏng (Fluid Property Sensors)

Cảm biến phân tích chất lỏng sẽ đo nhiều thông số quan trọng: độ nhớt, hằng số điện môi εr, mật độ để đánh giá chất lượng chất lỏng. Sự thay đổi εr so với εr ref được dùng để phát hiện nước, axit, hoặc hạt kim loại.

Cách dùng εr ref: Hiệu chuẩn với dầu sạch để xác định εr ref, sau đó so sánh để phát hiện bất thường.

Ví dụ:

• Tan Delta OQSx-G2: Cảm biến chất lượng dầu, đo εr và các thông số khác để phát hiện nước hoặc xuống cấp dầu. Hiệu chuẩn với εr ref của dầu sạch.
• Parker Kittiwake MHC Bearing Wear Sensor: Dùng εr để giám sát dầu bôi trơn, phát hiện nước hoặc hạt kim loại, cần cài đặt εr ref.

Ứng dụng: Giám sát dầu trong động cơ, tua-bin, hoặc hệ thống thủy lực.

Cảm biến phát hiện bùn trong nước hoặc dầu

Một số cảm biến có thể cài đặt sự thay đổi của hằng số điện môi εr ref ở mức độ chính xác cao. Dựa vào nguyên lý một số cảm biến được ứng dụng dùng để phát hiện bùn trong nước hoặc trong dầu.

Việc phát hiện mức bùn đóng vài trò quan trọng để xác định việc cần bảo trì bảo bảo dưỡng cũng như thay dầu sau thời gian dài làm việc.

Cảm biến phát hiện bùn trong nước RFLS-28N cũng là một thiết bị chuyên dụng phát hiện bùn trong chất lỏng như dầu, nước.

Ngoài ra cảm biến RFLS-28N dễ dàng phát hiện sự giao thoa của dầu vào nước. Điều đó đồng nghĩa rằng khi có nước lẫn trong dầu. Cảm biến dễ dàng xuất tín hiêu cảnh báo khi có một lớp nước nằm bên dưới lớp dầu.

Như vậy, hằng số điện môi εr ref được ứng dụng đặc thù trong ngành công nghiệp. Đặc biệt, việc phát hiện nước trong dầu, chất lượng dầu hay báo mức mang y nghĩa quan trọng trong việc giám sát các chất lỏng và cả chất rắn.

Anh em có thắc gì nữa không ? Có cần giải thích gì thêm về hằng số điện môi hay cách hoạt động trong các cảm biến nào khác hay không? Đừng ngần ngại cứ liên hệ mình nhé.

Chúc anh em thành công !

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Để giám sát chất lượng dầu một chất lỏng không phân cực và có độ dẫn điện thấp  thường nhỏ hơn 0.1 µS/cm. Để đo được chất lượng dầu chúng ta cần phải có một thiết bị có hằng số điện môi (reference dielectric constant) tương đối nhỏ đủ để đo được chất lượng của dầu sạch.

Hằng số điện môi là gì?

Hằng số điện môi (εr): Là một đại lượng vật lý đo lường khả năng của một chất (như dầu) để lưu trữ điện tích trong điện trường. Mỗi loại dầu có hằng số điện môi đặc trưng (thường từ 2–5), trong khi nước có εr cao hơn nhiều (~80). Sự thay đổi εr trong dầu có thể chỉ ra sự nhiễm bẩn, ví dụ như nước, axit, hoặc hạt kim loại.

εr ref: Đây là giá trị hằng số điện môi của mẫu dầu sạch (reference oil) được sử dụng làm chuẩn để hiệu chuẩn cảm biến. Khi cảm biến được cài đặt, nó cần được cấu hình với một mẫu dầu sạch để xác định giá trị εr cơ bản (εr ref). Sau đó, cảm biến sẽ so sánh εr của dầu đang sử dụng với εr ref để phát hiện các thay đổi do nhiễm bẩn, như sự hiện diện của nước hay các bụi bẩn lẫn trong dầu.

Hằng số điện môi của dầu và nước

• Dầu tinh khiết Dầu (như dầu khoáng, dầu bôi trơn, dầu diesel, hoặc dầu thực vật) là chất không phân cực, có độ dẫn điện rất thấp, thường dưới 0,01–0,1 µS/cm.
• Các loại dầu: thường có hằng số điên môi từ 1,8 cho đến 2,4 tùy theo loại dầu. Một số loại đặc biệt có thể cao hơn.
• Nước có hằng số điện môi của nước từ 78 cho đến 80.
• Hằng số điện môi của không khí là 1.

Cảm biến chất lượng dầu cần phải có độ phân giải cao và đo được độ dẫn điện thấp từ 0 với sai số nhỏ 0,01.

Cảm biến đo chất lượng dầu hoạt động thế nào

Cảm biến cần phải đo được độ dẫn điện rất thấp từ 0,01 cho tới 2,5 với độ nhạy từ 0,01 µS/cm. Khi đó khi dầu bị lẫn tạp chất dù rất nhỏ thì cảm biến cũng dễ dàng phát hiện sự biến đổi của độ dẫn điện.

Các cảm biến chuyên dụng đo chất lượng dầu thường có giới hạn -0,01 … 2.5 µS/cm. Điều đó đồng nghĩa rằng cảm biến chỉ phát hiện được một lượng nước lẫn trong dầu ở mức rất thấp. Bởi nước có hằng số điện môi là 80 trong khi dầu chỏ chỉ từ 0,01 cho tới 2.5 µS/cm.

Khi một lượng nước nhỏ hòa tan vào dầu thì cảm biến lập tức phát hiện. Khi dung dịch có hằng số điện môi lớn hơn 2.5 thì gần như cảm biến không thể phát hiện được.

Ứng dụng quan trọng của cảm biến chất lượng dầu:

Trong công nghiệp (như dầu bôi trơn trong máy móc, dầu biến thế, hoặc dầu thủy lực), việc phát hiện nước trong dầu rất quan trọng vì nước làm giảm hiệu suất và gây hư hỏng. Một cảm biến đo độ dẫn điện nhạy như thế này có thể phát hiện sớm sự hiện diện của nước, đặc biệt ở giai đoạn đầu khi hàm lượng nước còn thấp.

Ví dụ: Trong dầu biến thế, hàm lượng nước 0,01–0,05% có thể làm độ dẫn điện tăng từ <0,1 µS/cm lên 0,5–2 µS/cm, nằm trong phạm vi đo của thiết bị.

Cảm biến chất lượng dầu QOS-35

• Tên sản phẩm: Oil Quality Sensor QOS-35
• Hãng sản xuất: Dinel, s.r.o. (Cộng hòa Séc)
• Sử dụng công nghệ đo tần số điện môi tiên tiến nhất thế giới với phạm vi nhỏ từ -0,01 … 2,5 µS/cm.
• Tín hiệu ngõ ra 0-10V tương ứng mức dầu sạch và nhiễm bẩn.
• Bù nhiệt độ: Cảm biến có chức năng bù nhiệt độ để giảm thiểu sai số khi nhiệt độ dầu thay đổi.
• Điều chỉnh độ nhạy: với khả năng điều chỉnh độ nhạy bằng bút từ, cảm biến dễ dàng thay đổi hằng số điện môi tương ứng với loại dầu cần giám sát.

Mục đích: Cảm biến này được thiết kế để phân tích liên tục chất lượng dầu trong các thiết bị vận hành, phát hiện các dấu hiệu hao mòn và nhiễm bẩn như nước, axit, nhiên liệu, độ nhớt, các loại dầu khác nhau, carbon, hạt cặn, v.v.

Ứng dụng giám sát liên tục chất lượng dầu:

• Giám sát dầu bôi trơn trong động cơ, máy móc công nghiệp, tua-bin, hộp số.
• Phát hiện sớm các vấn đề hao mòn hoặc nhiễm bẩn để bảo trì dự đoán (predictive maintenance).
• Phù hợp cho các ngành công nghiệp như ô tô, hàng hải, năng lượng, và sản xuất.
• Dầu biến thế: dầu nhiễm ẩm, dầu tổng hợp, dầu chứa phụ gia …
• Dầu thực vật: dầu ô liu, dầu đậu nành có thể nhiễm các chất khác.
• Dầu bôi trơn: Khi nhiễm nước hoặc hạt kim loại từ máy móc, độ dẫn điện có thể tăng lên
• Dầu chứa phụ gia: một số dầu hỗn hợp, chuyên dụng chứ phụ gia rất khó phát hiện nhiễm bẫn.

Với EQS có thể cài đặt bất kỳ độ dẫn điện nào tùy theo loại dầu cần giám sát. Sự thay đổi hằng số điện môi sẽ được quy đổi thành tỉ lệ phần trăm để chúng ta biết được sự khác biệt so với ban đầu.

Phân tích khả năng phát hiện tạp chất trong dầu của cảm biến

Độ dẫn điện của dầu và nước:

• Dầu tinh khiết: Dầu (như dầu khoáng, dầu bôi trơn, dầu diesel, hoặc dầu thực vật) là chất không phân cực, có độ dẫn điện rất thấp, thường dưới 0,01–0,1 µS/cm.
• Nước: Nước tinh khiết (khử ion) có độ dẫn điện khoảng 0,055–2 µS/cm, nhưng nước thông thường (như nước máy hoặc nước nhiễm bẩn) có độ dẫn điện cao hơn, từ 10–1000 µS/cm hoặc hơn, tùy thuộc vào hàm lượng ion.
• Dầu nhiễm nước: Khi nước lẫn vào dầu (dạng nhũ tương hoặc hòa tan), độ dẫn điện của hỗn hợp tăng đáng kể vì nước mang theo ion. Ngay cả một lượng nhỏ nước (0,01–0,5%) cũng có thể làm độ dẫn điện tăng từ mức <0,1 µS/cm lên 1–10 µS/cm hoặc hơn, tùy vào loại nước và dầu.

Phạm vi đo 0,01–2,3 µS/cm:

• Phạm vi này rất thấp, phù hợp để phát hiện các thay đổi nhỏ trong độ dẫn điện, như từ dầu tinh khiết sang dầu có hàm lượng nước rất thấp.
• Với độ nhạy từ 0,01 µS/cm, thiết bị có thể phát hiện sự tăng độ dẫn điện nhỏ nhất, ví dụ khi dầu bắt đầu nhiễm một lượng nước tối thiểu (dưới 0,1%).
• Tuy nhiên, vì giới hạn trên chỉ là 2,3 µS/cm, thiết bị này sẽ không đo được chính xác nếu hàm lượng nước cao hơn (làm độ dẫn điện vượt quá 2,3 µS/cm). Điều này có nghĩa nó chỉ phù hợp để phát hiện nước ở mức rất thấp trong dầu.

Cách hiệu chuẩn cảm biến chất lượng dầu QOS-35

Hiệu chuẩn ban đầu: để bắt đầu giám sát chất lượng dầu, QOS-35 cần được cấu hình với mẫu dầu sạch (reference oil). Giá trị εr ref của mẫu dầu này được ghi nhận để làm mốc so sánh.

Phát hiện nước hoặc tạp chất: Khi dầu bị nhiễm nước (hoặc các tạp chất khác như axit, carbon, hạt kim loại), εr của dầu sẽ thay đổi (thường tăng do nước có εr cao). QOS-35 phát hiện sự chênh lệch giữa εr hiện tại và εr ref để báo hiệu sự nhiễm bẩn.

Điều chỉnh độ nhạy: QOS-35 cho phép điều chỉnh độ nhạy bằng bút từ tính (magnetic pen MP-8) tại hai điểm ( + ) và ( – ). Độ nhạy này liên quan đến việc phát hiện các thay đổi nhỏ trong εr so với εr ref, giúp cảm biến nhạy hơn với các mức nhiễm nước thấp.

Anh em cần biết thêm thông tin gì về cảm biến chất lượng dầu hoặc cách hiệu chuẩn εr ref cụ thể. Cứ để lại lời nhắn hoặc liên hệ trực tiếp với mình để nghiên cứu sâu hơn nhé.

Chúc anh em thành công!

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66