Cảm biến: Cấu tạo - Phân loại - Ứng dụng của cảm biến

Cảm biến là gì?

Cảm biến còn có tên gọi khác là sensor. Đây là thiết bị có công dụng phát hiện và phản hồi một số loại đầu vào từ môi trường vật lý. Đầu vào có thể là: Ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất…Đầu ra nói chúng sẽ là tín hiệu được chuyển đổi thành màn hình có thể đọc được ở vị trí cảm biến, hoặc cũng có thể được truyền điện tử qua mạng để đọc.

Ví dụ:

– Trong nhiệt kế thủy tinh dựa trên thủy ngân, đầu vào sẽ là nhiệt độ. Chất lỏng chứa mở rộng và hợp đồng đáp ứng, khiến cho mức độ cao hơn hoặc thấp hơn trên thước đo được đánh dấu và có thể đọc được.

– Máy sensor oxy trong hệ thống kiểm soát khí thải của ô tô phát hiện tỷ lệ xăng/oxy thông qua phản ứng hóa học tạo ra điện áp.

– Một số sensor khác, ví dụ như: Sensor đèn chiếu sáng, cửa tự động…

Cấu tạo chung của cảm biến

Cảm biến thường có cấu tạo gồm các phần tử mạch điện tạo thành hệ thống hoàn chỉnh và được đóng gói nhỏ gọn. Những tín hiệu được phát ra được quy chuẩn theo điện áp và dòng điện thông dụng phù hợp với bộ điều khiển.

Ngoài ra, trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sensor được thiết kế với nhiều mục đích khác nhau. Nhưng nhìn chung, chúng đều được làm từ sensor phần tử điện thay đổi tính chất theo sự biến đổi của đầu dò, môi trường.

Phân loại cảm biến

Hiện nay có rất nhiều loại sensor khác nhau và dĩ nhiên tương ứng với mỗi loại sẽ có những đặc điểm cũng như công dụng khác nhau. Nhưng nhìn chung, chúng sẽ thường được chia thành 2 nhóm chính như sau:

• Cảm biến vật lý: Một số loại nằm trong nhóm này có thể kể đến như: sóng điện tử, ánh sáng, hồng ngoại, tia X, nhiệt độ, áp suất, âm thanh…
• Cảm biến hóa học: Chúng ta thường thấy như độ ẩm, độ pH, ion, khói…

Ngoài 2 loại này, thì hiện nay còn một số loại khác có thể kể đến như:

– Sensor điện trở: Loại này hoạt động dựa theo sự di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở. Hoặc cũng có thể là sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn.

– Sensor cảm ứng: Một số loại mà chúng ta thường thất như: sensor quang, sensor huỳnh quang nhấp nháy, sensor điện hóa đầu dò ion và độ pH…

Nguyên lý hoạt động của sensor

Để thiết bị có thể hoạt động, nó cần phải sử dụng đến nguồn điện. Thông thường, dòng điện sẽ được cung cấp bởi thiết bị đo được kết quả kết nối với chúng, hoặc cũng có thể từ chính nguồn tín hiệu mà chúng nhận, ví dụ như ánh sáng.

Như chúng ta đã tìm hiểu, hiện nay đối với thiết bị này có rất nhiều loại. Mỗi một loại sẽ có nguyên lý vận hành riêng. Nhưng nhìn chung, nguyên lý hoạt động sẽ dựa vào việc kết nối để thiết bị có thể hoạt động bình thường. Cụ thể sẽ cần đến những bộ phận sau:

• Cảm biến: Phù hợp với ứng dụng.
• Dây dẫn: Nhận và truyền các tín hiệu từ sensor đưa vào thiết bị đo.
• Thiết bị đo: Sẽ bao gồm bộ chuyển đổi tín hiệu thu từ sensor thành tín hiệu điện, màn hình hiển thị dữ liệu nên chúng ta có thể đọc được. Ngoài ra cũng cần phải sử dụng đến các phím chức năng cho sensor.

Ứng dụng của sensor

Đối với loại thiết bị này được đánh giá là sản phẩm công nghệ tiên tiến, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, kinh doanh, bảo mật, vận tải hàng không…với nhiều loại cảm biến như: Nhiệt, khí, âm thanh, màu sắc…

• Trong đời sống chúng ta thường thấy một số sensor như: Sensor âm thanh (vỗ tay để tắt đèn), sensor từ trường (nếu ra khỏi phòng đèn sẽ tự động tắt)…
• Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị này chủ yếu được sử dụng để ngắt dòng khi quá tải, nóng hoặc bị ẩm…nhằm bảo vệ an toàn cho thiết bị điện.

Các loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp thường sử dụng những loại cảm biến nào? Chúng ta sẽ cùng điểm qua nhé:

Cảm biến quang

Đối với loại này nó có tên tiếng Tiếng Anh là Photoelectric Sensor. Xét về mặt cấu tạo nó được tạo bởi linh kiện bán dẫn quang điện, khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt bán dẫn sẽ thay đổi tính chất của light sensor.

Thông thường đối với một bảng mạch điện tử, nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot, tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu điện quy chuẩn. Sensor quang có phạm vi dài hơn nhiều so với những loại khác, tuy nhiên do sử dụng ánh sáng để cảm biến nên nó thường bị bụi bẩn bám vào và những vấn đề môi trường, cơ học khác.

Cũng chính vì vấn đề này nên hiện nay loại thiết bị này sẽ được lắp đặt tại những nơi không có sự kén chọn về sự chính xác ở đâu. Thế nhưng chúng ta vẫn cần xác định được mục tiêu có đang ở vị trí cảm biến hay không.

Với loại này, nó thường có một đầu thu và phát tín hiệu quang, được chia thành nhiều loại theo nguyên lý làm việc như: sensor quang thu phát, sensor quang phản xạ gương, sensor quang dạng khuếch tán.

Cảm biến áp suất

Với loại này nó sẽ được dùng để đo áp suất trong các bình hơi, thiết bị khí nén trong công nghiệp hay việc chuyển áp lực hơi thành tín hiệu điện…Những tín hiệu này sẽ được truyền về biến tần hoặc PLC để điều khiển động cơ hoạt động. Chúng ta có thể hiểu đơn giản, tương tự như tủ lạnh hay máy lạnh inverter. Động cơ lúc nào cũng chạy nhưng vẫn được giám sát bởi thiết bị sensor để có thể điều chỉnh công suất chạy.

Loại này thường sử dụng nhiều trong các nhà máy sử dụng cơ cấu khí nén. Ngoài ra nó còn được dùng để đo áp suất nước, áp suất hơi, sensor áp suất không khí….

Hiện nó đang được chia thành 3 loại chính là: áp suất cảm biến (piezoelectric), sensor áp suất dạng cầu (strain gage based), cảm biến áp suất biến dung (variable capacitance)

Cảm biến nhiệt độ

Loại này thường dùng để đo nhiệt độ môi trường, nước….Đối với loại dùng trong công nghiệp, nó sẽ được bao bọc cẩn thận bằng lớp vỏ kim loại bên ngoài. Mục đích là để đo sự thay đổi tín hiệu, tiếp đến nó sẽ cung cấp cho bộ điều  khiển bằng tín hiệu điện.

Nguyên lý vận hành của loại cảm biến này cũng không có gì quá phức tạp. Cụ thể: Khi có sự thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo, sẽ khiến cho nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh cũng sẽ thay đổi. Khi đó sẽ xuất hiện hiệu điện thế ở đầu lạnh. Như vậy tín hiệu thay đổi sẽ cung cấp cho bộ điều khiển phân tích như PLC.

Thông thường đối với loại này nó sẽ có cấu tạo từ Platium có giá trị nhiệt độ là 11 ôm khi nhiệt độ là 0 độ C. Khi nhiệt độ biến đổi, thì điện trở cũng sẽ biến đổi theo.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận còn được gọi là Proximity Sensors trong Tiếng Anh. Đây là loại sensor công nghiệp thông dụng, được sử dụng trong máy móc công nghiệp, nhất là trong dây chuyền sản xuất đếm và phân loại sản phẩm. Chức năng chính của nó là phát hiện vật di chuyển qua đầu sensor chuyển đổi thành tín hiệu điện cung cấp cho bộ điều khiển.

Hiện đối với loại này đang được chia thành 2 loại chính:

• Loại phát ra trường điện tử để có thể phát hiện ra vật bằng kim loại, nó sẽ có cuộn copper coil ở đầu cảm ứng. Một mạch điện phát ra sóng cao tần móc vòng với cuộn dây để tạo ra trường điện từ dao động quanh nó. Nếu có vật bằng kim loại lướt qua, dòng điện trường trong cuộn dây sẽ dao động giảm đi và tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi trạng thái. Một trong những ưu điểm của loại này mà chúng ta có thể nhắc đến, chính là khả năng chống dầu mỡ, có thể hoạt động trong môi trường bụi bẩn.
• Loại còn lại không phải bằng kim loại, nhưng nó cũng tương tự như vậy và cũng hoạt động dựa trên nguyên lý phát trường điện dung ở đầu dò. Khi đó giá trị sẽ phù thuộc vào chất liệu và khoảng cách. Khi có sự thay đổi thì tín hiệu điện sẽ được xuất ra đầu dây thông qua bộ chuyển đổi.

Thông tin về những loại cảm biến trong công nghiệp cũng là nội dung cuối cùng mà AME Group chia sẻ đến các bạn trong bài viết ngày hôm nay. Mong rằng những thông tin được chia sẻ thực sự hữu ích với bạn. Nếu có bất kỳ thông tin gì liên quan đến vấn đề này mà các bạn đang thắc mắc, hãy liên hệ đến chúng tôi ngay nhé. Đội ngũ chuyên viên của chúng tôi sẵn sàng tư vấn, hỗ trợ các bạn trong thời gian sớm nhất.