Cảm biến tiệm cận là gì ? Các loại cảm biến tiệm cận phổ biến

Lê Hồng Phong

Trong thời đại công nghiệp hóa tự động hóa hiện nay, cảm biến tiệm cận đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật đo lường và tự động hóa. Trên thực tế, bộ xử lý này có rất nhiều loại và ứng dụng rộng rãi trong đời sống dân dụng và công nghiệp, v.v. Trong phạm vi bài viết Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong sẽ chia sẻ với các bạn cảm biến tiệm cận là gì cũng như cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó!

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận có tên tiếng Anh Proximity Sensors hoạt động dựa trên cơ chế phản ứng khi có vật thể ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này là khoảng vài mm.

Nhiều người quan tâm cảm biến tiệm cận là gì

Loại cảm biến này thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của máy và hoạt động tốt ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu của vật thể thành tín hiệu điện hoặc chuyển động. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này.

Đầu tiên là hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát ra từ vật kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng từ. Thứ hai là sự thay đổi điện dung khi đến gần vật cần phát hiện. Cuối cùng là hệ thống chuyển mạch bổ sung từ tính.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận là trường điện từ được phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa là 30mm. Khi gặp vật thể, tín hiệu sẽ được truyền đến bộ xử lý. Loại cảm biến này gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ và đầu cảm biến, sóng tần số cao truyền qua lõi dây, tạo ra từ trường dao động.

Trường điện từ này được điều khiển bởi một mạch điện bên trong và khi một vật kim loại chuyển động tới đây sẽ xuất hiện dòng điện xoáy. Đồng thời, nó gây ra hiệu ứng giống như máy biến áp, khiến năng lượng trong cuộn dây phát hiện giảm xuống. Ngoài ra, dao động giảm dần khiến cường độ từ trường giảm.

Do hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng trường điện từ nên loại cảm biến này vượt trội hơn so với cảm biến quang điện về điện trở. Ngoài cảm biến cảm ứng có đầu ra là bóng bán dẫn DC 3 dây, còn có cảm biến có 2 kết nối: dương và âm.

Xem thêm: Tụ điện là gì?

Phân loại cảm biến tiệm cận

Hiện nay, cảm biến tiệm cận được chia thành 2 loại chính là cảm ứng từ và cảm biến điện dung. Mỗi loại sẽ có chức năng và cấu tạo khác nhau, cụ thể:

Phân loại cảm biến tiệm cận

• Cảm biến cảm ứng từ – tiệm cận: Loại cảm biến này có từ trường tập trung ở phía trước cảm biến nên ít bị nhiễu do tác động từ kim loại xung quanh nhưng khoảng cách đo ngắn hơn. Ngoài ra, thiết bị này còn có dạng không được bảo vệ với khả năng đo lâu hơn nhưng không dễ bị nhiễu từ kim loại xung quanh do không có lớp bảo vệ.
• Cảm biến điện dung: Loại cảm biến tiệm cận này có khả năng phát hiện vật thể dựa trên nguyên lý tĩnh điện thông qua sự thay đổi điện dung giữa vật thể cảm biến và đầu cảm biến.

Ứng dụng của cảm biến tiệm cận

Với nguyên lý và cấu tạo của mình, cảm biến tiệm cận có rất nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Cụ thể:

• Tín hiệu từ cảm biến tiệm cận được đưa ra giúp phát hiện kích thước mục tiêu và gửi đến bộ đếm. Bộ đếm này sẽ hiển thị chính xác số lon bia được sản xuất trong ca của mỗi công nhân.
• Nó có nhiệm vụ phát hiện và đếm chính xác số lần khuôn được ép trong ngày trong quá trình khuôn hoạt động.
• Ứng dụng trong việc phát hiện lon nhôm và loại bỏ lon không đúng khỏi dây chuyền sản xuất.
• Dùng để phát hiện nắp kim loại trong môi trường ẩm ướt chứa nhiều hơi nước. Những loại cảm biến này yêu cầu cảm biến có thể chịu được độ ẩm cao hoặc tiếp xúc trực tiếp với nước.
• Ứng dụng trong việc phát hiện hoặc đếm vật kim loại mà không cần phân biệt chính xác đó là kim loại nào.
• Dùng để kiểm tra mũi khoan bị gãy bằng cách xuất ra tín hiệu và cảnh báo trong trường hợp mũi khoan bị gãy.
• Được sử dụng để phát hiện các vật thể nhỏ và vật kim loại rơi xuống thông qua quá trình xuất ra tín hiệu mong muốn.
• Dùng để phát hiện chất lỏng trong bể xốp mà không bị ảnh hưởng bởi bọt với việc điều chỉnh độ nhạy. Qua đó tránh được ảnh hưởng của bọt khí.
• Ứng dụng phát hiện sữa hoặc nước trái cây bên trong hộp thông qua cảm biến điện dung.
• Ứng dụng phát hiện kính trên băng tải sản xuất hoặc các vật thể tương tự thông qua cảm biến điện dung.

Những lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận mang lại nhiều lợi ích trong cả công nghệ và các ngành công nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, để đảm bảo hoạt động hiệu quả nhất, người dùng cần xác định rõ mình đang đo cái gì.

Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận

Đồng thời, bạn cần biết tốc độ xử lý của cảm biến nhanh hay chậm, độ chính xác có cao hay không. Vì vậy, để đảm bảo các yếu tố đầy đủ, bạn cần chú ý những vấn đề sau:

• Vùng đo cần kiểm tra kỹ xem từ trường của môi trường có lớn hay không. Bởi đây chính là nguyên nhân chính khiến kết quả đo có độ chính xác cao nhất.
• Kiểm tra cẩn thận xem khu vực đo có rung hay không và nhiệt độ môi trường cao hay thấp. Bên cạnh đó, cần lưu ý khoảng cách từ cảm biến điện từ tới đối tượng cần đo.

Các loại cảm biến tiệm cận phổ biến

Ngày nay, cảm biến tiệm cận có vai trò cực kỳ quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và không thể thiếu trong các ứng dụng. Bởi vì các loại cảm biến này có thể đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau nên có rất nhiều loại, bao gồm:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng

Trong tiếng Anh, cảm biến chạm được gọi là Proximity. Đây là thiết bị giúp phát hiện vật thể bằng cách tạo ra trường điện từ nên chỉ có thể phát hiện vật thể kim loại. Trong đó, loại cảm biến này có 2 loại: được bảo vệ và không được bảo vệ, cụ thể như sau:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng

• Cảm biến tiệm cận cảm ứng được che chắn: Đây là loại mà từ trường sẽ tập trung ở phía trước cảm biến nên ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ kim loại xung quanh. Tuy nhiên, điều đó cũng rút ngắn khoảng cách đo.
• Cảm biến tiệm cận cảm ứng không được che chắn: Loại này sẽ không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt cảm biến. Vì vậy, khoảng cách đo dài hơn nhưng dễ bị nhiễu bởi kim loại xung quanh.

Cảm biến cảm ứng bao gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ tính ở đầu cảm biến. Lúc này, sóng có tần số cao đi qua lõi dây này tạo ra một trường điện từ dao động.

Trường điện từ này được điều khiển bởi một mạch điện bên trong và khi một vật kim loại chuyển động sẽ tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể. Những dòng điện này gây ra tác dụng giống như máy biến áp. Do đó, năng lượng trong cuộn dây phát hiện giảm cũng như dao động giảm, kèm theo đó là cường độ của từ trường giảm.

Mạch giám sát có khả năng phát hiện sự giảm dao động và sau đó thay đổi đầu ra của đối tượng. Bởi vì nguyên lý hoạt động này sử dụng trường điện từ nên cảm biến tiệm cận cảm ứng có điện trở vượt trội so với quang điện.

Hiện nay, hầu hết các cảm biến cảm ứng đều có đầu ra bóng bán dẫn với logic NPN hoặc PNP. Vì vậy, những loại này thường được gọi là loại DC – 3 dây. Trong một số trường hợp, bạn có thể sử dụng shop yêu cầu 2 kết nối gồm dương và âm, gọi là máy thử DC 2 dây.

Cảm biến tiệm cận điện dung

Đối với cảm biến điện dung, đây là loại dùng để cảm nhận mức chất lỏng, chất kết dính hoặc chất rắn nhỏ bao gồm: cát, xi măng, hạt nhựa. Hầu hết các loại cảm biến này đều được sử dụng rộng rãi và thông dụng trong các khu vực nhà máy. Mục đích là để đo mức và báo cáo mức chất lỏng trong các bồn chứa nước, silo, bồn chứa, v.v.

Cảm biến tiệm cận điện dung bao gồm bốn thành phần chính: cuộn dây điện từ, bộ dao động, mạch kích hoạt và khối đầu ra. Ngoài ra, bề mặt được tạo thành từ 3 vòng kim loại đồng tâm, trong đó có 2 vòng kim loại trong cùng là 2 điện cực tạo thành tụ điện. Vòng ngoài thứ ba được gọi là điện cực bù.

Điện cực bù này làm giảm độ nhạy cảm của cảm biến với bụi bẩn hoặc dầu mỡ để vận hành chính xác hơn. Trong cảm biến điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Theo đó, nguyên lý hoạt động cơ bản của loại tụ này dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện.

Đồng thời, bất kỳ vật thể nào đi qua vùng nhạy cảm của cảm biến tiệm cận điện dung sẽ khiến tụ điện tăng lên và sự thay đổi này phụ thuộc vào khoảng cách và kích thước. Bên cạnh đó là hằng số điện môi của vật liệu.

Bên trong có mạch nguồn DC sẽ tạo ra dòng điện tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai bản cực thông qua sự dao động của cảm biến dòng điện. Đối với loại này sẽ có 2 loại chính bao gồm:

• Cảm biến mực nước điện dung: Loại này có khả năng báo mức điện dung để báo mực nước trên đường ống nước.
• Cảm biến đo mức dầu, chất rắn và chất kết dính: Đây là cảm biến dùng để đo mực nước, mức dầu và mức chất kết dính, chất rắn nhỏ với áp suất thấp. Loại này có chiều dài điện cực lên tới 6m dùng để đo mức trong các bồn chứa dầu nhớt, xăng, cắt gọt hay bột mịn…

Câu hỏi thường gặp hàng đầu về cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa, sản xuất và điện tử nhờ khả năng phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Dưới đây là những câu hỏi thường gặp nhất giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến tiệm cận, mời bạn cùng theo dõi.

Tuổi thọ trung bình của cảm biến tiệm cận là bao nhiêu?

Cảm biến tiệm cận có thể hoạt động trong hàng triệu chu kỳ mà không cần bảo trì vì không có bộ phận cơ khí nào lộ ra ngoài. Tuy nhiên, để đảm bảo sự ổn định, bề mặt cảm biến cần được vệ sinh định kỳ để tránh bám bụi hoặc dầu. Đồng thời, cần kiểm tra lại dây tín hiệu, nguồn điện để tránh sai sót trong quá trình hoạt động.

Tại sao cảm biến tiệm cận hoạt động không ổn định?

Thông thường, nguyên nhân là do nhiễu từ trường mạnh, khoảng cách lắp đặt không đúng hoặc vật thể không phù hợp với loại cảm biến. Với cảm biến điện dung, độ ẩm hoặc bụi bẩn trên đầu cảm biến cũng có thể làm thay đổi điện dung, gây ra tín hiệu sai. Giải pháp là kiểm tra khoảng cách độ nhạy, vệ sinh cảm biến, đảm bảo nguồn điện ổn định và đúng điện áp tiêu chuẩn.

Cảm biến tiệm cận có thể phát hiện các vật thể phi kim loại không?

Có thể phát hiện các vật thể phi kim loại, nhưng tùy thuộc vào loại cảm biến. Với cảm biến cảm ứng từ, chỉ vật kim loại mới có thể tạo ra dòng điện xoáy để cảm biến phát hiện. Ngược lại, cảm biến điện dung có thể phát hiện các vật liệu phi kim loại như nhựa, thủy tinh, nước hoặc giấy, bằng cách đo sự thay đổi điện dung giữa vật thể và đầu cảm biến.

Phần kết luận

Như vậy, trên đây là tất cả những thông tin chi tiết được Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong chia sẻ giúp bạn giải đáp thắc mắc về cảm biến tiệm cận cũng như đặc điểm, cấu tạo và ứng dụng của chúng? Hy vọng đây sẽ là những kiến ​​thức hữu ích và để biết thêm tin tức đừng quên ghé thăm Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong.

Cập nhật thêm các bài viết tin tức của chúng tôi tại đây