Bài viết này sẽ giúp các bạn có thể hiểu rõ được các loại cảm biến và nguyên lý hoạt động của sản phẩm Cảm Biến Nhiệt, Cảm Biến Quang, và Cảm Biến Tiệm Cận. Cảm biến nhiệt độ là thiết bị giúp theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ trong các hệ thống công nghiệp, gia đình và thiết bị y tế. Cảm biến quang hoạt động dựa trên việc phát hiện và đo lường ánh sáng, cho phép ứng dụng trong tự động hóa, quản lý năng lượng và hệ thống chiếu sáng thông minh. Cảm biến tiệm cận được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của vật thể mà không cần tiếp xúc, mang lại độ chính xác và an toàn cao trong các quy trình sản xuất và tự động hóa. Những cảm biến này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất trong nhiều ứng dụng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và bảo đảm an toàn. Hy vọng rằng qua bài viết này, bạn sẽ có cái nhìn sâu sắc hơn về các loại cảm biến và vai trò của chúng trong cuộc sống hàng ngày.
1. Thông tin tổng quan về cảm biến
Khái niệm cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện và thu thập thông tin về các trạng thái và biến động trong môi trường. Những tín hiệu này sau đó được gửi đến một thiết bị đo, có khả năng chuyển đổi thành tín hiệu điện và hiển thị trên màn hình, giúp con người dễ dàng đọc hiểu các số liệu thu được. Cảm biến cung cấp thông tin về các thông số như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng và nhiều biến số khác. Chúng thường được ứng dụng để đo lường, giám sát và kiểm soát trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Vai trò của cảm biến
Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, y tế, ô tô, và điện tử. Dưới đây là một số chức năng nổi bật:
Thu nhận dữ liệu: Cảm biến thu thập thông tin từ môi trường xung quanh, như ánh sáng, chuyển động và nhiệt độ.
Đo lường và giám sát: Chúng giúp đo lường các thông số vật lý và hóa học, giúp người dùng dễ dàng theo dõi.
Điều chỉnh: Dữ liệu từ cảm biến được sử dụng để điều chỉnh hệ thống, đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả và chính xác.
Ứng dụng của cảm biến
Điều khiển quá trình: Cảm biến giúp "cảm nhận" tín hiệu trong hệ thống tự động hóa, tối ưu hóa hoạt động.
Đo đạc: Cảm biến đo lường các giá trị như nhiệt độ, áp suất, và độ ẩm, chuyển đổi tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện để theo dõi chính xác.
An toàn: Cảm biến kiểm soát thiết bị và máy móc, ngăn ngừa tai nạn bằng cách phát hiện vật thể gần.
Giám sát môi trường: Cảm biến theo dõi và điều chỉnh điều kiện môi trường trong các hệ thống như HVAC và phòng sạch.
Tự động hóa: Cảm biến là thành phần quan trọng trong quy trình sản xuất và robot, giúp nâng cao hiệu quả.
Xe thông minh: Cảm biến hỗ trợ xe tự lái trong việc phát hiện môi trường và tránh va chạm.
Công nghệ y tế: Cảm biến theo dõi sức khỏe và chẩn đoán bệnh, như cảm biến nhịp tim và đường huyết.
IoT (Internet of Things): Cảm biến thu thập và truyền dữ liệu qua mạng, phục vụ cho quản lý năng lượng và nhà thông minh.
Nghiên cứu khoa học: Cảm biến thu thập dữ liệu trong phòng thí nghiệm, hỗ trợ phân tích các hiện tượng vật lý và sinh học.
Điện tử tiêu dùng: Cảm biến nâng cao tính năng trong smartphone và smartwatch, cho phép đo nhịp tim, định vị, và tương tác người-máy.
Phân loại cảm biến
Theo nguyên lý hoạt động
Cảm biến điện: Dựa trên các hiện tượng điện như hiệu ứng Hall, hiệu ứng điện dung, hiệu ứng nhiệt điện,...
Cảm biến quang: Dựa trên các hiện tượng quang học như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang dẫn, hiệu ứng quang phát quang,...
Cảm biến từ: Dựa trên các hiện tượng từ như hiệu ứng Hall, hiệu ứng điện từ,...
Cảm biến nhiệt: Dựa trên các hiện tượng nhiệt như hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng điện trở nhiệt,...
Cảm biến lực: Dựa trên các hiện tượng lực như hiệu ứng piezo điện, hiệu ứng từ điện,...
Cảm biến hóa học: Dựa trên các phản ứng hóa học để đo nồng độ, thành phần của các chất hóa học.
Cảm biến sinh học: Dựa trên các hiện tượng sinh học để đo các thông số sinh học như huyết áp, nhịp tim,…
Theo tín hiệu đầu ra
Theo môi trường hoạt động
Cảm biến trong môi trường khí quyển: Cảm biến hoạt động trong môi trường không khí.
Cảm biến trong môi trường nước: Cảm biến hoạt động trong môi trường nước.
Cảm biến trong môi trường rắn: Cảm biến hoạt động trong môi trường rắn.
2. Các loại cảm biến thông dụng hiện nay
Cảm biến nhiệt độ: Đo lường nhiệt độ của môi trường xung quanh và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Loại thông dụng bao gồm thermocouples, thermistors, và cảm biến hồng ngoại.
Cảm biến quang: Đo lường cường độ ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Cảm biến photodiode và cảm biến cảm biến CCD là một số loại phổ biến.
Cảm biến tiệm cận: Thường được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý. Chúng thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng, như tự động hóa công nghiệp, thiết bị gia dụng, và hệ thống an ninh.
3. Cảm Biến Nhiệt Độ
Khái niệm Cảm Biến Nhiệt Độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị quan trọng dùng để theo dõi và đo đạc nhiệt độ trong các nhà máy, hệ thống và thiết bị. Hoạt động dựa trên nguyên lý điện trở, thiết bị này thường được làm từ kim loại, với điện trở thay đổi theo mức nhiệt độ.
Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, nhưng cảm biến Pt100 là phổ biến nhất, chiếm khoảng 90% nhu cầu trong ngành công nghiệp. Chính vì vậy, cảm biến RTD thường được gọi đơn giản là cảm biến Pt100.
Cấu tạo Cảm Biến Nhiệt Độ
Hiện nay, có 2 dạng cảm biến nhiệt độ cơ bản là cảm biến nhiệt độ dạng củ hành (là dạng có phần đầu bảo vệ cầu đấu nối ở phía trên) và cảm biến nhiệt độ dạng dây. Tuy nhiên, về cơ bản chúng đều giống nhau về cấu tạo, đều bao gồm một số bộ phận chính sau đây:
.webp "Cấu tạo cảm biến nhiệt độ 1")
Cảm biến nhiệt độ có phần đầu dò được cấu tạo từ vật liệu Platium mang lại độ chính xác cực cao.
.webp "Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ 2")
Đầu kết nối: Thường được làm từ nhôm aluminium, thép không gỉ stainless steel hoặc gang dẻo cast iron, có tác dụng bảo vệ cầu đấu nối, dây tín hiệu nằm bên trong. Thông thường những loại RTD dạng dây sẽ không có đầu kết nối này.
Đầu dò cảm biến: Là phần chứa kim loại (Platium hoặc Niken), có chức năng cảm nhận trực tiếp giá trị nhiệt độ thông qua sự thay đổi điện trở để truyền tín hiệu về thiết bị hiển thị hoặc điều khiển.
Kết nối cơ khí: Là phần kết nối giúp cố định đầu dò nhiệt độ RTD vào thiết bị/hệ thống. Có hai dạng kết nối phổ biến là kết nối ren hoặc kết nối mặt bích.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ khá đơn giản, khi đầu dò của cảm biến tiếp xúc với môi trường đo, nhiệt độ tại đầu dò thay đổi khiến điện trở xuất ra tại phần còn lại của cảm biến thay đổi. Với mỗi giá trị nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra một giá trị của điện trở, giá trị điện trở luôn tỷ lệ thuận với giá trị nhiệt độ mà cảm biến đo được.
Sơ đồ đấu nối của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây: Đây là loại có cảm biến có sai số cao nhất do ảnh hương của điện trở trên 2 dây, và cũng chính vì thế nên loại này thường ít khi được sử dụng. Loại này thường có giá thành thấp nhất trong ba loại cảm biến nhiệt độ Pt100.
Đấu nối cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây: Với loại này, ta sẽ đấu trực tiếp 2 dây vào 2 chân số 3 và số 6.
.webp "Sơ đồ đấu nối của cảm biến nhiệt độ")
Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây: Đây là loại Pt100 được sử dụng phổ biến nhất do chúng có độ chính xác tương đối cao, đáp ứng hầu hết các ứng dụng đo lường cơ bản. Hai dây chung triệt tiêu điện trở cho nhau & dây còn lại đóng vai trò dây biến đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi
Đấu dây cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây: Đây là loại pt100 thường được dùng nhất hiện nay. Lý do là nó có dây bù nhiệt nên có độ chính xác rất cao. Nhìn vào dây kết nối, ta sẽ thấy có 3 dây, trong đó có 2 dây cùng màu (thường là màu đỏ) và 1 dây khác màu (thường là màu trắng).
Để đấu dây, ta đấu 2 dây cùng màu vào chân số 3 và chân số 4. Sau đó nối 2 dây lại với nhau, dây còn lại đấu vào chân số 6.
.webp "Sơ đồ đấu nối cảm biến nhiệt độ")
Đầu dò nhiệt độ dạng dây (Cable)
Đầu dò Pt100 dạng dây là cảm biến nhiệt có đầu kim loại, có dây ra được tích hợp sẵn. Dây ra chúng ta có thể lựa chọn chiều dài tùy ý và lựa chọn nhiều loại khác nhau. thường dùng ở những nơi đo nhiệt có diện tích nhỏ vì nó có thể uốn cong nên có thể đo ở những nơi mà loại đầu củ hành không đưa vào được.
Đối với phần đầu đo thì chúng ta cũng có nhiều kiểu, nhiều kích thước, chiều dài. Trong Pt100 dạng dây thì chúng ta cũng chia ra làm 2 loại:
Cảm biến nhiệt độ PT100 Samil dạng sợi có ren vặn
Được trang bị thêm ren vặn giúp cảm biến nhiệt Pt100 có thể cố định vào trong vách. Đối với các bồn đo nhiệt có áp suất thì chúng ta nên xài loại có ren để vặn vào.
Đầu nhiệt độ Samil RTD Pt100 dạng không có ren
Dòng cảm biến nhiệt RTD loại này của thường sử dụng để cắm vào các loại khuôn, và ép chặc vào. Nó cũng có thể thả tự do trong môi trường để đo không khí hoặc những nơi không có áp suất. Đặc biệt, nó được thiết kế cho những dạng cảm biến cầm tay. Đối với những ứng dụng như thế này thì chúng ta sử dụng loại không ren sẽ gọn và tiết kiệm chi phí hơn so với loại ren vặn.
Cảm biến đo nhiệt độ Pt100 dạng củ hành (Head Mounted)
Với đầu củ hành, cảm biến nhiệt cung cấp cho chúng ta những qui cách mang tính chuyên nghiệp hơn. Phần đầu to của cảm biến trang bị cho chúng ta nơi đấu điện kín nước, chắc chắn. có thể đo nhiệt độ cao hơn loại có dây Ngoài ra, nó cũng là nơi đặt bộ chuyển đổi tín hiệu Pt100 sang 4-20mA.
Loại can nhiệt Pt100 củ hành của có hai thang nhiệt. Đây là 2 dãy nhiệt mà cảm biến Pt100 củ hành có thể hoạt động:
Cũng giống như loại Pt100 sợi, củ hành cũng có đủ các loại kích thước ren. Đặc biệt đối với loại củ hành thì chúng ta có loại ren được lắp ở giữa que đo. Đây là loại thường dùng cho loại có tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu, nhằm cách nhiệt cho chuyển đổi không bị nóng.
.webp "Cảm biến nhiệt độ pt100")
Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ
Nếu đã hiểu đầu dò nhiệt độ là gì thì chúng ta chắc hẳn cũng đã biết được ít nhiều một số ứng dụng cơ bản của nó trong cuộc sống hàng ngày. Đầu dò nhiệt độ Samil được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Chúng ta thường thấy nhu cầu trong các ứng dụng y tế, ngành công nghiệp đua xe thể thao, lĩnh vực thực phẩm và đồ uống và thậm chí cả trong lĩnh vực truyền thông. Một số ứng dụng cần sử dụng đến thiết bị này là:
Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ
Khi chọn cảm biến đo nhiệt độ, bạn cần xem xét hai loại chính: RTD Pt100 và K(CA). Việc lựa chọn kiểu đầu cảm biến cũng rất quan trọng. Samil cung cấp hai loại đầu cảm biến:
HEAD Mounted (củ hành): Thích hợp cho môi trường nhiệt độ cao như nước nóng hoặc hơi nóng, với thiết kế chắc chắn và dễ dàng lắp đặt bộ chuyển đổi tín hiệu. Dạng củ hành thường dùng đo nhiệt độ cao, lắp đăt trong các lò hơi, lò sấy, lò đốt, trong các đường ống kích thước lớn, khả năng chịu nhiệt lên đến 800 C. (Nếu nhiệt độ cao hơn, chúng ta phải sử dụng can nhiệt).
Cable (loại dây): Phổ biến cho các ứng dụng đo nhiệt độ thấp dưới 200°C trong khu vực kín như tủ hoặc xưởng sản xuất. Dạng dây thường được sử dụng cho nhiệt độ thấp, từ -100°C đến 600°C, như trong kho lạnh, máy hấp, hay tủ lạnh.
Dải đo nhiệt độ: Cũng là yếu tố quan trọng khi chọn RTD. Mặc dù Pt100 có khả năng đo từ -200°C đến 850°C, không phải nhà sản xuất nào cũng đạt được dải tối đa này. Hãy kiểm tra kỹ thông số trước khi quyết định. Một số dải đo thông dụng bao gồm: 0 ÷ 100°C, 0 ÷ 300°C, và -50 ÷ 500°C.
4. Cảm Biến Quang
Khái niệm Cảm Biến Quang
Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là thiết bị kết hợp các linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái dựa vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Từ đó có khả năng phát hiện sự hiện diện của vật thể.
Cấu tạo chung
Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận là bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện.
Bộ phát ánh sáng: Bộ phận này đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt, phát ra ánh sáng dạng xung. Tùy vào từng hãng sản xuất sẽ có tần số ánh sáng riêng biệt được thiết kế. Bộ phận này bổ trợ cho bộ phận thu ánh sáng phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và nhiều nguồn khác.
Bộ phận thu sáng: Bộ phận này là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý.
Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận này tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển tín hiệu theo tỉ lệ transistor thành chế độ ON/OFF, tín hiệu này có độ khuếch đại rộng hơn.
Sơ đồ đấu dây cảm biến quang
Loại 3 dây dạng NPN hoặc PNP
Tín hiệu PNP: Nguồn cấp 24VDC vào 1 và 3, tín hiệu ngõ ra 24V chân 4
Tín hiệu NPN: Nguồn cấp 24VDC vào 1 và 3, tín hiệu ngõ ra 0V chân 4
Chân số 4 là tín hiệu ngõ ra của cảm biến. Khi có vật cản thì chân số 4 sẽ được kích hoạt tương ứng với 24VDC (PNP) và 0V (NPN).
Hầu hết các loại cảm biến quang điện có tín hiệu ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Chúng có cách thức hoạt động như nhau nhưng khác nhau về tín hiệu ngõ ra. Tín hiệu PNP tương ứng với ngõ ra 12~24VDC còn NPN thì ngõ ra dạng 0V.
Loại cảm biến quang 5 dây loại đầu ra tiếp điểm relay
Các loại cảm biến quang thường được sử dụng
Cảm biến quang thu phát độc lập
Cảm biến quang điện thu phát độc lập (Through – Beam Sensor) . Cảm biến gồm thiết bị phát ánh sáng và thiết bị thu ánh sáng đặt đối diện nhau. Là dòng cảm biến được sử dụng nhiều bởi khả năng phát hiện ra vật ở khoảng cách 60m, hoạt động chính xác, không bị chi phối, ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt.
Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến này hoạt động có hai trạng thái duy nhất đó là trạng thái có và không có vật cản. Khi không có vật cản, hai cảm biến phát sáng và thu sáng sẽ diễn ra liên tục với nhau. Khi có vật cản, cảm biến phát vẫn sẽ phát ra ánh sáng nhưng do có vật cản ở giữa nên cảm biến thu sẽ không thu được ánh sáng. Từ đó vật thể được nhận diện.
Cảm biến quang phản xạ gương
Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – Reflection Sensor) có cả bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và trang bị gương phản xạ kèm theo. Gương phản xạ đóng vai trò là một lăng kính đặc biệt. Với ưu điểm nổi bật là khả năng phát hiện được vật có định dạng mờ, trong suốt có khoảng cách tối đa là tầm 15m, tiết kiệm dây dẫn điện và lắp đặt đơn giản, nhanh chóng. Tuy nhiên, cảm biến này có thể bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mạnh và nhiễu từ các nguồn khác.
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến phản xạ gương hoạt động khi bộ phát ánh sáng sẽ phát ra ánh sáng đến gương. Nếu không có bất cứ vật cản nào xuất hiện thì gương sẽ thu lại toàn bộ ánh sáng. Nếu có xuất hiện vật cản hay vật đi qua thì tần số của ánh sáng phản xạ bị thay đổi hoặc bị mất đi ánh sáng thu.
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán (Diffuse Reflection Sensor) Loại cảm biến quang này có bộ phát và thu đều lắp đặt trên 1 vị trí ở trên vỏ. Thiết kế này khiến ánh sáng sẽ đi từ bộ phát đến trực tiếp đối tượng cảm biến mà không cần đi qua bộ thu. Ánh sáng bộ thu nhận được là phản xạ từ đối tượng. Sự gia tăng cường độ ánh sáng ở bộ thu sẽ giúp cảm biến cảm nhận ra vật.
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến này là ánh sáng được phát ra và phản xạ trở lại từ bề mặt đối tượng, sau đó được thu lại bởi bộ thu ánh sáng. Điểm mạnh của cảm biến quang phản xạ khuếch tán là nó có thể phát hiện được các vật thể trong một không gian rộng và bề mặt của vật thể không cần phải là một bề mặt phản xạ hoàn toàn. Tuy nhiên, độ nhạy của cảm biến có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi trở kháng hoặc khoảng cách từ nguồn sáng. Tuy vậy thiết bị này có phạm vi khá hạn chế trong khoảng 2m. Độ chính xác của cảm biến này cũng bị chi phối bởi các màu sắc cùng với bề mặt của vật.
So sánh tổng quan các loại cảm biến
Loại cảm biến quang | Ưu điểm | Nhược điểm |
Thu phát | - Độ chính xác cao nhất
- Phạm vi hoạt động lớn nhất
- Đáng tin cậy nhất | - Cần lắp đặt cả bộ phát và bộ thu tại hai vị trí khác nhau
- Không thể phát hiện vật thể trong suốt
- Hiệu suất phụ thuộc vào cách lắp đặt |
Phản xạ gương | - Độ chính xác chỉ thấp hơn một chút so với loại thu phát
- Khoảng cách phát hiện lớn hơn so với loại khuếch tán
- Rất đáng tin cậy | - Yêu cầu lắp đặt cảm biến và lăng kính phản xạ tại hai vị trí
- Giá thành cao hơn so với loại khuếch tán
- Phạm vi phát hiện nhỏ hơn loại thu phát
- Có thể không nhận diện được vật thể phản xạ tốt |
Phản xạ khuếch tán | - Chỉ cần lắp đặt ở một vị trí duy nhất
- Chi phí thấp hơn so với loại thu phát và phản xạ gương | - Độ chính xác kém hơn so với thu phát và phản xạ gương
- Quá trình thiết lập mất nhiều thời gian hơn |
Ứng dụng của Cảm Biến Quang
Ngày nay trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của cách mạng công nghiệp, khi mà hệ thống sản xuất được tự động hóa hoàn toàn hoặc bán tự động, cảm biến quang điện được phát huy tối đa chức năng và công dụng. Với sự trợ giúp của chúng, sản lượng sản xuất và chất lượng sản phẩm được nâng cao trong khi chi phí giảm, khả năng cạnh canh của doanh nghiệp sẽ được cải thiện đáng kể.
Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của cảm biến quang trong các hoạt động của con người từ công nghiệp đến dân dụng:
Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình sơ chế, đóng gói
Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
Xác định được mức độ cao của chất lỏng (nước ngọt, cà phê, ..) trong lon, hộp
Đếm chai trên băng tải di chuyển ở tốc độ cao
Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
Đảm bảo an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
Phát hiện xe trong bãi giữ xe
Bật vòi nước rửa bằng sóng bàn tay
Phát hiện người và vật đi qua cửa
5. Cảm Biến Tiệm Cận
Khái niệm cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận (Proximity sensor) là thiết bị điện tử phát hiện sự hiện diện của vật thể trong khoảng cách gần mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Hay còn gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc “PROX”, cảm biến này phản ứng khi có vật ở gần, thường chỉ cách vài mm.
Chúng thường được dùng để xác định vị trí cuối của chi tiết máy, khởi động tín hiệu cho các chức năng khác. Đặc biệt, cảm biến tiệm cận hoạt động hiệu quả ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.
Cảm biến chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động của vật thể thành tín hiệu điện thông qua ba hệ thống phát hiện: cảm ứng điện từ, thay đổi điện dung, và nam châm.
Đặc điểm cảm biến tiệm cận
- Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm.
- Hoạt động ổn định, chống rung động và chống shock tốt.
- Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch).
- Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi.
- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt
Phân loại cảm biến tiệm cận
Loại điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện. Do đó, cảm biến tiệm cận điện dung có khả năng phát hiện bất kỳ vật liệu nào có chất điện môi khác với không khí. cảm biến có thể phát hiện các vật liệu dẫn điện và không dẫn điện bao gồm kim loại, sắt, đá, nhựa, nước và ngũ cốc.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung: Dựa vào sự thay đổi điện dung khi có vật thể di chuyển vào vùng cảm biến. Khi vật thể đến gần, điện môi tăng lên, khiến bộ dao động trong cảm biến nhận diện sự thay đổi và tạo ra tín hiệu ngõ ra.
Điều đặc biệt là sự thay đổi điện môi không giống nhau giữa các chất liệu, phụ thuộc vào khoảng cách, loại vật liệu và kích thước. Điều này cho phép điều chỉnh độ nhạy của cảm biến để phù hợp với từng loại vật thể và khoảng cách phát hiện.
Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện dung
Ưu điểm của cảm biến điện dung:
Có thể cảm nhận vật dẫn điện, không dẫn điện.
Tính chất tuyến tính và độ nhạy không tùy thuộc vào vật liệu kim loại.
Vận tốc hoạt động nhanh.
Tuổi thọ cao và độ ổn định cũng cao đối với nhiệt độ.
Đối tượng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim.
Phạm vi cảm nhận lớn.
Đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi.
Nó có thể cảm nhận được vật thể nhỏ, nhẹ.
Nhược điểm của cảm biến điện dung:
Loại điện từ
Cảm biến từ là một loại cảm biến tiệm cận hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, giúp phát hiện các vật thể mang từ tính, chủ yếu là sắt, mà không cần tiếp xúc. Khoảng cách phát hiện thường từ vài mm đến vài chục mm.
Cảm biến này tạo ra từ trường xung quanh, và khi có vật kim loại gần đó, từ trường sẽ phát hiện và gửi tín hiệu về trung tâm. Mặc dù chỉ phát hiện được kim loại, cảm biến từ lại rất phổ biến trong công nghiệp nhờ khả năng chống nhiễu tốt và chi phí thấp hơn so với cảm biến điện dung.
- Cảm Ứng Từ – Có Bảo Vệ (Shielded): Từ trường được tập trung trước mặt sensor nên ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh, tuy nhiên khoảng cách đo ngắn đi.
- Cảm Ứng Từ – Không Có Bảo Vệ (Un-Shielded): Không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor nên khoảng cách đo dài hơn, tuy nhiên dễ bị nhiễu của kim loại xung quanh.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ: Khi được cấp nguồn, dòng điện sẽ chạy qua một mạch chứa cuộn cảm khi từ trường xuyên qua nó thay đổi. Hiệu ứng này sử dụng để phát hiện các vật thể kim loại tương tác với từ trường. Các chất phi kim loại như chất lỏng hoặc bụi bẩn sẽ không tương tác với từ trường. Do đó, cảm biến từ có thể hoạt động tốt trong môi trường có bụi hoặc trong điều kiện ẩm ướt.
Cảm biến từ có kích thước và thiết diện càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh; điều này đồng nghĩa với khoảng diện tích mà nó có thể phát hiện vật thể càng lớn; hiệu quả sự dụng mà nó mang lại sẽ càng cao.
Ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận điện từ
Ưu điểm cảm biến tiệm cận điện từ:
Không chịu ảnh hưởng của độ ẩm, bụi bặm.
Không có bộ phận chuyển động, không có “khu vực mù” (cảm biến không phát hiện ra đối tượng mặc dù đối tượng ở gần cảm biến), không gây nhiễu cho các sóng điện từ, sóng siêu âm.
Không phụ thuộc vào màu sắc, ít phụ thuộc vào bề mặt đối tượng hơn so với các kỹ thuật khác.
Phát hiện vật không cần phải tiếp xúc, tốc độ đáp ứng nhanh.
Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, đầu cảm biến nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi.
Nhược điểm cảm biến tiệm cận điện từ:
- Chỉ phát hiện được đối tượng là kim loại.
- Bị chịu ảnh hưởng bởi các vùng điện từ mạnh.
- Phạm vi hoạt động ngắn hơn so với các kỹ thuật khác.
Sự khác biệt giữa cảm biến điện dung và cảm biến điện từ
Cả hai loại cảm biến tiệm cận điện dung và điện từ về nguyên lý thì giống nhau về cách hoạt động, nhưng khác nhau ở bản chất phát hiện vật.
Cảm biến tiệm cận điện dung như mình trình bày ở trên phần nguyên lý hoạt động thì có nói rõ là cảm biến phát hiện bằng sự thay đổi dung môi ở đầu cảm biến, từ đó cảm biến có khả năng phát hiện được mọi loại vật cả kim loại và phi kim. Và phát hiện được vật với khoảng cách xa hơn. Một điểm khác biệt hoàn toàn với cảm biến từ, do cảm biến tiệm cận điện từ chỉ phát hiện được vật bằng kim loại mà thôi.
Sơ đồ đấu nối cho các loại cảm biến cận 2 và 3 dây
Loại DC 3 dây
Loại DC 2 dây
.webp "Sơ đồ đầu nối loại dc 2 dây")
Loại AC 2 dây
Lưu ý: Khi sử dụng cảm biến loại 2 dây
Khi đấu dây cho cảm biến loại 2 dây (cả loại AC và DC) để sử dụng hoặc kiểm tra tình trạng cảm biến thì không được cấp thẳng nguồn điện trực tiếp vào cảm biến, làm như thế sẽ khiến bên trong cảm biến bị chập dẫn đến hư hỏng cảm biến. Do đó ta bắt buộc phải đấu nguồn qua 1 relay trung gian trước rồi từ relay trung gian đấu vô cảm biến
Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
- Cảm biến điện dung phát hiện lượng sữa trong hộp: Với ứng dụng này, cảm biến được lắp và canh chuẩn vị trí với chiều cao mong muốn phát hiện có lượng sữa bên trong hộp hay không giúp loại bỏ các hộp sữa rỗng.
- Cảm biến điện dung phát hiện tràn dầu, rò rỉ dầu: Với các bề mặt phẳng như sàn bê tông, sản gỗ hãy các thành bồn ta có thể sử dụng loại này. Khi dầu tràn ra ngoài cảm biến sẽ nhận biết được và gửi tín hiệu đến đèn hoặc còi cảnh báo.
6. Video khám phá các loại cảm biến nhiệt độ, quang và tiệm cận của Amazen
Lời kết
Trong trường hợp bạn có nhu cầu tìm hiểu, cần tư vấn kỹ thuật về Cảm Biến Nhiệt Độ, Cảm Biến Quang và Cảm Biến Tiệm Cận, hãy liên hệ ngay với Amazen thông qua:
Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
Email: amazen@amazen.com.vn
Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng mang lại cho quý khách hàng trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
Amazen cam kết mọi sản phẩm biến tần mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận CO/CQ và VAT đi kèm.