Cảm biến là gì? Phân loại và ứng dụng cảm biến

Cảm biến là một thiết bị được sử dụng khá phổ biến hiện nay, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp và truyền thông. Mặc dù chúng ta đã quá quen thuộc với những cảm biến nhưng chúng cũng có những đặc điểm cần tìm hiểu và nắm rõ để áp dụng tối ưu cho các bài toán. Bạn đang cần 1 bộ cảm biến chất lượng để thay thế hoặc chế tạo máy móc cho mình? Cảm biến của chúng tôi là loại tốt nhất thị trường hiện nay, giá cả hợp lý, chất lượng hàng đầu, giao hàng nhanh chóng, đa dạng chủng loại.

Cảm biến là gì?

Cảm biến (CB) là một thiết bị điện tử có chức năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc yếu tố hóa học nơi nó được đặt vào sau đó chuyển thành dạng thông tin mã hóa và chuyển về màn hình hoặc máy tính, hệ thống PLC để có thể điều khiển các thiết bị khác từ xa.

Cảm biến là gì?
Cảm biến là gì?

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó. Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiển các quá trình khác.

Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất,… tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện,… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo.

Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò, có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi luôn là “cảm biến”

Cấu tạo cảm biến

Hiện nay có rất nhiều loại trên thị trường nhưng đều làm từ các đầu dò điện tử có khả năng thay đổi tính chất theo sự thay đổi của môi trường xung quanh nó còn được gọi là các sensor.

Phân loại cảm biến

Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 và nhất là trong tự động hóa, người ta ứng dụng CB hầu hết trong tất cả các loại máy móc. Ví dụ như CB quang học, nhiệt, âm tần, độ ẩm và cảm biến áp suất, vv…

Cảm biến nhiệt

Được ứng dụng trong việc do nhiệt độ môi trường xung quanh, không khí, nước, chất lỏng hoặc nhiệt độ trong máy móc, CB nhiệt thường được dùng nhiều trong công nghiệp vv…

Cảm biến nhiệt được bọc bên ngoài là vỏ kim loại dẫn nhiệt, dùng để đo nhiệt độ bên ngoài sau đó cung cấp thông tin cho bộ điều khiển bằng tín hiệu theo dạng mã hóa.

Loại này gồm 2 bộ phận chính được gọi là đầu nóng và đầu lạnh. Đầu nóng là phần tiếp xúc với nơi cần đo nhiệt độ, đầu lạnh là phần nối với bộ điều khiển hoặc bộ mã hóa và truyền thông tin tới máy tính. Cảm biến nhiệt công nghiệp còn thường được gọi là can nhiệt.

cấu tạo Cảm biến nhiệt
cấu tạo Cảm biến nhiệt

Nguyên lý hoạt động của can nhiệt là khi có sự thay đổi nhiệt độ của môi trường dẫn đến sự thay đổi nhiệt ở đầu nóng và đầu lạnh. Ở đầu nóng sẽ xuất hiện hiệu điện thế. Sự chênh lệch hiệu điện thế giữa hai đầu này sẽ đưa tín hiệu về bộ điều khiển được nối dây với đầu lạnh, sau đó PLC sẽ tiến hành phân tích. Thông thường, trong tự động hóa, PLC này theo lập trình sẽ tự đưa ra các chế độ thích hợp cho máy móc của bạn hoạt động. Ví dụ như trong các thiết bị điện, điện tử có gắn 1 bộ CB nhiệt. Khi nhiệt độ của thiết bị quá nóng, bộ CB tự động thông tin về PLC, PLC này ra lệnh cho 1 Reley tự động ngắt nguồn điện, thiết bị này tắt, còn gọi là Reley nhiệt hay Rơle nhiệt. CB nhiệt rất phụ thuộc vào chất liệu làm nên nó, thông thường người ta sử dụng bạch kim để làm đầu nóng của CB. Khi nhiệt độ là 0oC, giá trị nhiệt của bạch kim là 100 ôm, điện trở của đầu nóng này tỉ lệ với nhiệt độ thay đổi, đó là cách để bộ CB nhiệt nhận biết được nhiệt độ môi trường. Nguồn cung cấp cho cảm biếm phải là 1 nguồn chạy ổn định và đúng với thông số của nhà sản xuất, ngoài ra cần dùng thêm 1 bộ bù nhiễu để giảm thiểu sai số và 1 đồng hồ đo nhiệt để lưu các thông số và đưa lên màn hình hiển thị cho người dùng dể dàng kiểm tra.

Cảm biến quang học

Là thiết bị được cấu tạo từ các linh kiện bán dẫn, còn được gọi là Light Sensor. Khi có ánh sáng đi qua sẽ làm thay đổi tính chất của cảm biến. Tín hiệu ánh sáng này được bộ thu chuyển đổi thành dạng thông tin và truyền về bộ điều khiển nhờ các bảng mạch. Theo nguyên lý làm việc, cảm biến quang học được chia thành 3 loại: cảm biến quang hồng ngoại, gương phản xạ và cảm biến quang khuếch tán

Nguyên lý hoạt động cảm biến quang học
Nguyên lý hoạt động cảm biến quang học

Cảm biến quang hồng ngoại: gồm 1 bộ phát ánh sáng theo loại hồng ngoại hoặc lazer và một bộ thu chuyên nhận tín hiệu ánh sáng và chuyển thành tín hiệu điện.

Cảm biến gương phản xạ: nguyên lý hoạt động của nó nhờ vào 1 chiếc gương được đặt trước bộ thu và phát, nếu không có vật gì cản trở ánh sáng, tín hiệu phát truyền tới gương và phản xạ lại vào bộ thu. Bộ thu này chuyển đổi tín hiệu quang học và xuất ra dạng NPN hoặc là PNP.

Cảm biến dùng gương phản xạ như vậy có ưu điểm hơn so với loại quang hồng ngoại ở chổ nó có thể thu phát từ rất xa do có chiếc gương hỗ trợ phản xạ ánh sáng so với việc CB hồng ngoại chỉ có thể nhận biết vật thể trong phạm vi 20cm đổ lại. Ví dụ là mình có thể thấy các máy tính tiền đọc mã vạch ở siêu thị hoặc cửa hàng tiện lợi sẽ sử dụng cảm biến quang hồng ngoại, khoảng cách đọc được mã vạch là khá ngắn.

Cảm biến quang khuếch tán : loại này thường được sử dụng trong công nghiệp sản xuất và tự động hóa, ưu điểm là có khả năng phát hiện vật thể khá xa. CB quang khuếch tán được ứng dụng trong các máy đếm sản phẩm chạy trên băng tải hoặc đọc mã vạch của các hàng hóa loại lớn trong nhà xưởng.

Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất là loại thiết bị điện dùng để đo áp suất thường là trong các bình khí nén, máy nén, áp suất lốp xe. Ngoài ra CB áp suất còn sử dụng để đo áp suất chất lỏng, áp suất nước. Có nhiều loại CB áp suất nhưng điểm chung của các loại này đều là chuyển áp lực dưới dạng khí nén hoặc chất lỏng nén thành tín hiệu điện rồi đưa về bộ thu. Như chúng ta đã biết về áp suất, là áp lực của chất lỏng hay chất khí lên 1 đơn vị diện tích, ký hiệu là P, đơn vị là Pascal.

Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất có 3 loại: CB áp suất cầu ( Strain gage based ), biến dung ( Variable capacitance ) và áp cảm biến suất( Piezo Electric ).

Cảm biến áp suất cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất, với nguyên lý là khi có áp suất tác động lên bề mặt cầu thì điện trở thay đổi và điện áp thay đổi. Ưu điểm của loại này là tính chính xác cao, giá thành ổn và tuổi thọ cao.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận( Proximity Sensor ) cũng tương tự như CB quang học ở chổ nó dùng để phát hiện ra vật ở phía trước nó. Điểm khác nhau ở chổ CB quang học thì dùng ánh sáng để nhận biết còn CB tiệm cận thì dùng từ trường. Cảm biến tiệm cận thường dùng nhiều trong công nghiệp. Nguyên lý hoạt động đơn giản, loại này phát ra các trường điện từ để nhận biết các vật thể bằng kim loại phía trước. Các tín hiệu này tiếp tục được bộ thu nhận lại và đưa về bộ điều khiển. Do hạn chế về việc phải sử dụng từ trường để nhận biết nên nó chỉ nhận biết được vật thể kim loại, chỉ ứng dụng trong công nghiệp là chính. CB tiệm cận được chia làm 2 loại: cảm biến trường điện từ và điện dung.

Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận

Cảm biến trường điện từ : như đã nêu ở trên, CB này phát ra các trường điện từ, nhờ tính năng cảm ứng điện từ để phát hiện ra các vật thể kim loại phía trước. Ưu điểm của loại này là có khả năng hoạt động trong môi trường sản xuất công nghiệp ô nhiểm bẩn bụi, dầu nhớt. Nhược điểm là chỉ phát hiện được kim loại. Được sử dụng để đếm các sản phẩm trên băng tải, vv…

Cảm biến điện dung: để khắc phục nhược điểm của CB trường điện từ, người ta chế tạo ra CB điện dung để phát hiện các vật thể khác dạng nhựa hoặc carton, vv… Nguyên lý của loại này là đầu dò của nó phát ra trường điện dung. Về cơ bản thì đầu dò và vật thể không phải kim loại là 2 đầu của 1 bản cực. Khi có vật thể đi qua thì tín hiệu điện xuất ra được đưa về bộ chuyển đổi.

Cảm biến, IoT và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

Như chúng ta đã biết, cảm biến là một bộ phận không thể thiếu trong tự động hóa. CB trong IoT cũng như hệ thần kinh của chúng ta vậy, con người cảm giác được thế giới xung quanh nhờ cảm giác, khứu giác, vị giác, vv… Thì IoT đo lường và tiếp nhận thông tin từ môi trường từ các CB. IoT( Internet of Things ) thông qua các bộ CB để nhận biết các thay đổi của môi trường, từ đó đưa ra các thông số và lưu trữ ở Big Data, cung cấp thông tin cho người dùng hoặc tự động điều chỉnh máy móc hoạt động ở chế độ phù hợp.

Cảm biến, IoT và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
Cảm biến, IoT và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

Bạn đã từng thấy các lò sưởi, máy điều hòa nhiệt độ trong nhà tự động điều chỉnh nhiệt độ phòng khi có sự thay đổi nhiệt độ do môi trường bên ngoài, tủ lạnh, lò vi sóng tự thay đổi nhiệt độ để thích hợp với việc nấu nướng hay bảo quản từng loại thực phẩm. Tất cả đều là ứng dụng của CB nhiệt độ nhờ việc được tích hợp thêm 1 IC điều khiển có thể tự tiếp nhận thông tin môi trường và chuyển về bộ điều khiển tự động, từ đó bộ điều khiển đưa ra các quyết định được lập trình sẳn trên PLC đến các động cơ để thay đổi chế độ gió, làm lạnh, thay đổi nhiệt độ bên trong, vv…

Bạn có thắc mắc tại sao điện thoại thông minh ngày nay có thể nhận diện được khuôn mặt và mở khóa màn hình với vài thao tác đơn giản. Đây lại là 1 ứng dụng nữa của CB tiệm cận trong lĩnh vực công nghệ và đời sống. Các CB này được tích hợp thêm các pin, tia hồng ngoại. Ngày nay, không chỉ trong nhận diện khuôn mặt, CB này còn được phát triển nhiều trong các ô tô cos chế độ đỗ xe thông minh và trong tương lai là xe tự lái.

Còn nhiều ứng dụng của CB trong IoT như CB âm thanh ( chức năng nhận diện giọng nói smartlock để mở khóa ), hóa học, ô nhiểm để kiểm soát mức độ ô nhiểm không khí. Các CB cho robot thông minh và hệ thống trên máy bay không người lái.

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.

Hotline: 0938.441.404
Chat Facebook
Gọi điện ngay