Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận là một trong những loại cảm biến được sử dụng nhiều trong công nghiệp, thiết bị điện tử (smartphone). Loại cảm biến này có nguyên lý hoạt động thế nào, cấu tạo và ứng dụng ra sao, nó có vai trò gì trong các thiết bị điện tử, máy móc tự động hóa? Có những loại cảm biến tiệm cận nào? Bạn đọc hãy cùng Elecfarm tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1.    Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận hay sensor tiệm cận, PROX (Proximity Sensor) là loại cảm biến có khả năng phản ứng khi có vật ở gần nó, thông thường là vài milimet (mm).

Cảm biến này thường được lắp tại vị trí cuối của chi tiết máy, tín hiệu đầu ra của cảm biến này sẽ có chức năng khởi động một chức năng khác của máy.

Ưu điểm của loại cảm biến này là nó có khả năng hoạt động tốt ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.

2.    Đặc điểm

Cảm biến tiệm cận có một số đặc điểm như sau:

• 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, shock tốt, sử dụng được trong môi trường khắc nghiệt.
• Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc hành trình (limit switch).
• Kích thước sensor nhỏ cho phép lắp ở nhiều vị trí khác nhau.

3.    Phân loại

Có 2 loại chính dùng trong công nghiệp là:

3.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

Loại cảm biến này được dùng để phát hiện các đối tượng là kim loại bằng cách tạo ra trường điện từ. Loại cảm biến này không phát hiện các đối tượng có cấu tạo không phải là phi kim.

Cảm biến tiệm cận điện cảm có thể được chia thành 2 nhóm nhỏ:

• Cảm ứng từ loại 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 bởi kim loại xung quanh.
• Cảm ứng từ loại 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 hơn loại không có bảo vệ.

Tuy nó chỉ có khả năng phát hiện các vật bằng kim loại, nhưng chúng được sử dụng phổ biến hơn trong công nghiệp vì một số ưu điểm:

• Ít bị nhiễu hơn
• Rẻ hơn

Đa phần loại cảm biến này đều có đầu ra transistor có logic NPN hoặc PNP. Trong đó, cảm biến tiệm cận NPN được sử dụng phổ biến hơn.

3.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật theo nguyên tắc tĩnh điện bằng sự thay đổi điện dung giữa vật được cảm biến và đầu sensor cảm biến.

Loại này có ưu điểm lớn là có thể phát hiện tất cả vật thể.

 

4.    Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

4.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm

4.1.1 Cấu tạo

Cấu trúc gồm 4 phần chính:

• Cuộn dây và lõi ferit.
• Mạch dao động.
• Mạch phát hiện.
• Mạch đầu ra.

4.1.2 Nguyên lí hoạt động

Cảm biến tiệm cận điện cảm được thiết kế để tạo ra một vùng điện trường, khi một vật bằng kim loại tiến vào khu vực này, xuất hiện dòng điện xoáy (dòng điện cảm ứng) trong vật thể kim loại này. Dòng điện xoáy gây nên sự tiêu hao năng lượng (do điện trở của kim loại) làm ảnh hưởng đến biên độ sóng dao động, đến một trị số nào đó tín hiệu này được ghi nhận. Mạch cảm biến sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch đầu ra lên mức ON. Khi đối tượng rời khỏi khu vực từ trường, sự dao động được tái lập, cảm biến trở lại trạng thái bình thường.

4.2 Cảm biến tiệm cận điện dung

4.2.1 Cấu tạo

Cấu tạo của nó gồm:

• Cuộn dây điện từ.
• Bộ tạo dao động
• Mạch trigger.
• Khối output.

Ngoài ra, bề mặt cảm biến điện dung có cấu tạo bởi 3 vòng kim loại đồng tâm. Hai vòng ở trong cùng là 2 điện cực tạo thành tụ điện, vòng thứ 3 gọi là điện cực bù. Điện cực bù tác dụng làm giảm độ nhạy của cảm biến với bụi bẩn, dầu mỡ… giúp cho cảm biến hoạt động chính xác hơn.

4.2.2 Nguyên lí hoạt động

Trong loại cảm biến này có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Nguyên lí hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện. Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ tăng lên. Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu. Bên trong có dùng mạch nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra 1 dòng điện tỉ lệ với khoảng cách 2 tấm cực.

5.    Ứng dụng

5.1 Cảm biến điện cảm

• Đếm sản phẩm.
• Phát hiện vật bằng kim loại
• Kiểm tra mũi khoan.
• Phát hiện kim loại khác loại trong cùng 1 dây chuyền sản xuất.

 

5.2 Cảm biến điện dung

• Đếm sản phẩm.
• Kiểm soát mực chất lỏng có trong bồn chứa.
• Kiểm tra chất lượng sản phẩm.
• Phát hiện sản phẩm bị lỗi trong các dây chuyền công nghiệp…

6.    Các loại cảm biến phổ biến trên thị trường

– Cảm biến kim loại RN04-N

– Cảm biến điện dung XT218A1PAL2

– Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 -(NO)- 5-30cm – G2H5