Cảm biến - sensor là gì? Các loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp

Cảm biến là gì? - Phân loại cảm biến

Cảm biến là một thiết bị điện tử có khả năng cảm nhận, phát hiện và phản hồi với các biến đổi nhỏ nhất của môi trường xung quanh. Có thể nói đây là một thiết bị trung gian có thể thu thập các thông tin về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, chuyển động, vị trí,... và chuyển đổi chúng thành tín hiệu để xử lý.
Cấu tạo chung:
Cảm biến thường gồm 3 phần: Bộ cảm biến, bộ xử lý tín hiệu và bộ giao tiếp.

• Bộ phận cảm biến (Sensor Element): là phần quan trọng nhất của cảm biến, sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi trường để đo các biến đổi lý hóa sinh trong môi trường. Tùy vào loại cảm biến mà bộ phận cảm biến sẽ có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau. Ví dụ như Cảm biến nhiệt độ sử dụng điện trở nhiệt thermocouple hoặc thermistor để thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Hay thiết bị khác sử dụng photodiode hoặc phototransistor để cảm biến thay đổi ánh sáng.
• Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processing Circuit): Bộ phận này sẽ có chức năng khuếch đại, lọc và xử lý tín hiệu thu được từ bộ phận cảm biến. Thường sẽ bao gồm các mạch điện tử như: Mạch khuếch đại, mạch lọc, mạch chỉnh lưu, mạch A/D.
• Bộ giao tiếp (Communication Interface): Sẽ có chức năng truyền tín hiệu đã xử lý đến bộ phận điều khiển hoặc hiển thị. Bộ giao tiếp có thể sử dụng các chuẩn giao tiếp như: annalog, digital, wireless: để truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển hoặc hiển thị.

Phân loại cảm biến:
Do sự đa dạng về ứng dụng và nguyên lý hoạt động, cảm biến được phân loại thành nhiều loại khác nhau. Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến dựa trên nguyên lý hoạt động:

• Cảm biến vật lý: Loại cảm biến này hoạt động dựa trên sự thay đổi của các đặc tính vật lý như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, âm thanh,… 
• Cảm biến hóa học: Loại cảm biến này hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa cảm biến và chất cần đo. Thường được dùng để thu thập dữ liệu không khí, chất lỏng, hoặc chất rắn.
• Cảm biến sinh học: Loại cảm biến này sử dụng các hoạt chất có hoạt tính sinh học để nhận biết các chất hóa sinh.

Ngoài ra dựa theo phạm vi ứng dụng, có thể phân loại ra thành: Cảm biến công nghiệp, cảm biến y tế, cảm biến môi trường, cảm biến an ninh, cảm biến gia dụng.

>>>Xem thêm: bảng giá cảm biến - sensor

Các loại cảm biến được sử dụng phổ biến trong công nghiệp:

Cảm biến nhiệt độ (Temperature sensors)

Cảm biến nhiệt còn có tên gọi khác là nhiệt kế điện tử, được sử dụng phổ biến để đo nhiệt độ trong các môi trường như không khí, nước, bể dầu, máy móc, mạch điện tử và nhiều ứng dụng khác. Cảm biến nhiệt thường có độ chính xác cao hơn so với nhiệt kế truyền thống.

Cảm biến nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại theo nhiệt độ xung quanh. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh, điện trở của kim loại sẽ thay đổi, và sự thay đổi này cũng ảnh hưởng đến sức điện động. Từ hai sự thay đổi này, thiết bị sẽ thực hiện các tính toán để đưa ra thông số chính xác về nhiệt độ cần cảm ứng. 

Ngoài cảm biến nhiệt dựa trên thay đổi điện trở của kim loại, còn có một số loại cảm biến nhiệt khác như cảm biến nhiệt bán dẫn và cặp nhiệt điện:

Cảm biến nhiệt bán dẫn sử dụng hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu bán dẫn theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của vật liệu bán dẫn cũng thay đổi, và thông qua các phép tính, cảm biến sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ.
Cặp nhiệt điện là một loại cảm biến nhiệt sử dụng hiện tượng phát sinh sức điện từ chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật liệu khác nhau. Khi có chênh lệch nhiệt độ, cặp nhiệt điện sẽ tạo ra một sức điện mạnh và thông qua các phép tính, nhiệt độ sẽ được xác định.

Cảm biến điện dung (Capacitive sensors)

Cảm biến điện dung, hay còn được gọi là cảm biến điện môi, là một thiết bị được sử dụng để đo hằng số điện môi trong môi trường xung quanh. Nó được sử dụng để phát hiện chất lỏng, chất rắn và có thể được sử dụng để đo mức liên tục với các tín hiệu ra như 4 - 20 mA hoặc 0 - 10V. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong.

Cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại (Infrared sensors)

Cảm biến hồng ngoại, hay còn được gọi là cảm biến quang (photoelectric sensors), đây là một thiết bị được tạo ra bằng cách kết hợp các linh kiện quang điện. Khi một nguồn ánh sáng chiếu vào cảm biến, nó sẽ ghi nhận tín hiệu dựa trên hiện tượng phát xạ điện tử tại cực Cathode. Cảm biến hồng ngoại thường được gọi là "mắt thần" vì nó được sử dụng để phát hiện chuyển động hoặc vật cản. Khi tia sáng phát ra từ cảm biến bị chặn lại, nó sẽ tạo ra tín hiệu để thông báo về trung tâm điều khiển. Loại cảm biến này được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền tự động hóa và đóng vai trò như một cặp mắt trong quá trình sản xuất và chế tạo trong công nghiệp.

Cảm biến hồng ngoại có nhiều ứng dụng trong việc phát hiện đối tượng, đo khoảng cách, hoặc phát hiện chuyển động. Các ứng dụng thường gặp bao gồm xác định sự hiện diện của vật thể trong các hệ thống an ninh, đo khoảng cách trong các ứng dụng đo lường, phát hiện vật cản trong các dây chuyền sản xuất và kiểm tra chất lượng, cùng nhiều ứng dụng khác.

Cảm biến hồng ngoại (IR sensors) là một thiết bị điện tử được sử dụng để phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Khi một vật thể có nhiệt độ trên 35 độ C, nó sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại mà con người không thể nhìn thấy được. Cảm biến hồng ngoại sử dụng khả năng phát hiện bức xạ này để đưa ra các tín hiệu xử lý tiếp theo.

Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensors)

Cảm biến siêu âm, hay còn được gọi là ultrasonic sensors, là một thiết bị điện tử được sử dụng để đo khoảng cách của một đối tượng bằng cách phát ra sóng siêu âm và chuyển đổi âm thanh phản xạ thành tín hiệu điện. Cảm biến siêu âm có hai thành phần chính: bộ phát và bộ thu. Bộ phát tạo ra sóng siêu âm bằng cách sử dụng tinh thể áp điện, trong khi bộ thu nhận dạng và ghi nhận âm thanh phản xạ từ các vị trí khác nhau. Cảm biến siêu âm thường được sử dụng để đo khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của các vật thể.

Cảm biến tiệm cận (Proximity sensors)

Cảm biến tiệm cận, còn được gọi là proximity sensors hay công tắc tiệm cận, là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện sự tiếp xúc gần của một vật thể. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có ba hệ thống phổ biến được sử dụng trong loại cảm biến này:

• Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy: Hệ thống này tạo ra một dòng điện xoáy trong vật thể kim loại bằng hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi có một vật thể gần cảm biến, sự tương tác giữa dòng điện xoáy và vật thể sẽ thay đổi và được chuyển đổi thành tín hiệu điện để xác định sự hiện diện của vật thể.
• Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung: Hệ thống này dựa trên sự thay đổi điện dung khi vật thể đến gần cảm biến. Khi một vật thể tiếp xúc hoặc gần cảm biến, sự thay đổi điện dung xảy ra và được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của vật thể.
• Hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ: Hệ thống này sử dụng nam châm và hiện tượng chuyển mạch cộng từ để phát hiện sự gần gũi của vật thể. Khi một vật thể tiếp xúc hoặc gần cảm biến, sự tương tác giữa nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ sẽ thay đổi và tạo ra tín hiệu điện để xác định sự hiện diện của vật thể.

Cảm biến lực (Force sensors)

Cảm biến lực, hay còn được gọi là force sensors hoặc load cell, là một thiết bị được sử dụng để phát hiện và chuyển đổi các đại lượng cơ học như lực căng, áp suất, trọng lượng, mô-men xoắn, biến dạng và các thông số tương tự. Cảm biến này chuyển đổi các đại lượng này thành tín hiệu điện với cường độ tương ứng với lực tác động. Tín hiệu điện này sau đó được truyền đến bộ xử lý tín hiệu và hiển thị trên đồng hồ đo lực để người sử dụng có thể xác định các thông số lực tác động cần đo.

Thiết bị cảm biến tiêu biểu:

Cảm biến biến đổi vi sai tuyến tính (LVDT) là một công cụ đo lường thường được sử dụng. Còn được gọi là bộ chuyển đổi dịch chuyển tuyến tính hoặc bộ chuyển đổi vị trí tuyến tính, nó được coi là một trong những cảm biến đo lường chính xác mạnh mẽ và đáng tin cậy nhất.
Cảm biến LVDT đo dịch chuyển tuyến tính (còn được gọi là vị trí tuyến tính) với độ chính xác rất cao, tạo ra dữ liệu đo lường quan trọng đối với quy trình thử nghiệm sản phẩm và độ tin cậy cũng như chất lượng sản phẩm. Do đó, việc sử dụng công nghệ cảm biến LVDT chất lượng cao có lợi ích kinh doanh rõ ràng.

Cảm biến LVDT có hai ứng dụng chính:

• · Cảm biến LVDT có thể được sử dụng để đo độ dịch chuyển, từ một phần của milimét đến vài centimet
• · Hoạt động như một bộ chuyển đổi thứ cấp, cảm biến LVDT có thể được sử dụng để đo lực, trọng lượng và áp suất

Nhờ những khả năng này và nhờ nhiều lợi ích của nó, công nghệ cảm biến này được sử dụng rộng rãi trong toàn bộ quang phổ công nghiệp , từ ngành hàng không vũ trụ, ô tô và dược phẩm đến các ngành năng lượng, điện tử và môi trường.
Ví dụ, cảm biến LVDT có thể được sử dụng để đo mức chất lỏng, kiểm tra độ thẳng hàng của ổ trục, kiểm tra dây chuyền lắp ráp, kiểm tra độ bền của đất, kiểm tra chiều cao của các tấm wafer SMC và kiểm soát sản xuất thuốc viên.
V - Proud là nhà phân phối thiết bị cảm biến LVDT của Solartron Metrology. Để có thể biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm, vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN V-PROUD

Địa chỉ: Lô A-23 Xuân Phương Garden, Phường Phương Canh, Quận Nam Từ Liêm, Hà Nội

Hotline: 0896 665 247

Email: xinchao@v-proud.vn