Sensor là gì? nguyên lý và cách phân loại sensor cảm biến

Bạn đã từng nghe nói đến sensor là gì chưa? Sensor là một thiết bị thông dụng trong cuộc sống, đặc biệt có vai trò quan trọng trong công nghiệp cảm biến. Trong thời đại công nghiệp 4.0 này các hệ thống thông minh đang dần thay thế cho con người trong những công việc nặng nhọc, độc hại. Vậy cảm biến là gì? sensor là gì, chúng hoạt động ra sao? Hãy cùng tham khảo nội dung được chia sẻ trong bài viết dưới đây của tiemruaxe.com nhé!

Sensor là gì?

Sensor hay còn được gọi là cảm biến là một thuật ngữ chuyên ngành để chỉ một thiết bị cản nhận, phát hiện, phản hồi với một loạt đầu vào từ bên ngoài môi trường vật lý. Đầu vào cụ thể đó là ánh sáng, âm thanh, độ ẩm, nhiệt độ, sự chuyển động, áp suất…từ môi trường khác nhau. 

Mỗi một loại đầu vào sẽ có các loại cảm biến tương thích để người dùng có thể kết nối với điều khiển và các thiết bị hỗ trợ. Đầu ra của cảm biến hay còn gọi là tín hiệu phản hồi được chuyển đổi thành các giá trị có thể đọc được trên các màn hình hiển thị hoặc được truyền vào bộ phận điều khiển, bộ phận đọc để xử lý thêm.

Sensor nghĩa là gì? Cảm biến là gì?
Sensor nghĩa là gì? Cảm biến là gì?

Từ lâu nay sensor đã thay thế hoàn toàn cho con người được áp dụng trong các ứng dụng về đo lường, giám sát vật lý có tác động đến quá trình làm việc. Với độ chính xác cao, thời gian làm việc nhanh kèm theo hoạt động tốt trong mọi môi trường, đặc biệt là các môi trường mà con người khó tiếp cận. Những yếu tố này đã góp phần cho các nhà phát triển cho ra được các thiết bị tiên tiến, hữu ích nhất để phục vụ cho sản xuất và chế tạo trong công nghiệp cho đến ngày nay.

Cấu tạo chung của sensor cảm biến là gì?

Hiện nay trên thị trường đang có rất nhiều loại cảm biến khác nhau phục vụ cho các mục đích riêng biệt. Nhưng về cơ bản cấu tạo chung của các sensor là giống nhau. Mỗi một sensor có cấu tạo chung được chia làm 3 phần:

Vỏ bảo vệ cảm biến

Vỏ cảm biến được làm từ kim loại hoặc từ nhựa tùy theo loại cảm biến khác nhau sẽ có lớp vỏ có chất liệu khác nhau. Phần vỏ cảm biến có tác dụng bảo vệ các thành phần bên trong của sensor.

Bộ phát tín hiệu

Đây là bộ phận cảm nhận, bộ máy phát của cảm biến. Tùy theo dạng cảm biến nào sẽ có phần cảm nhận khác nhau. Chẳng hạn đối với cảm biến siêu âm bộ phát tín hiệu sẽ phát ra sóng siêu âm, hay cảm biến nhiệt độ sẽ có phần đầu dò có cảm biến cảm nhận nhiệt độ.

Bộ xử lý tín hiệu

Bộ xử lý tín hiệu hay còn được gọi là bộ não của cảm biến được biểu hiện qua các tín hiệu điện có thể là tín hiệu 4 – 20mA hay tín hiệu ON – OFF. 

Phân loại cảm biến như thế nào?

Thực tế có rất nhiều các loại cảm biến khác nhau nên có thể chia làm 2 loại chính là:

Phân loại sensor gồm có mấy loại?
Phân loại sensor gồm có mấy loại?

Xem thêm:

  • Cảm biến vật lý: đó là các loại sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, hạt bức xạ, nhiệt độ, tia X, áp suất, âm thanh, gia tốc, từ trường….
  • Cảm biến hóa học: thường thấy như độ PH, độ ẩm, ion, khói…

Ngoài ra, cảm biến có thể phân loại theo nguyên lý hoạt động có thể kể đến như:

  • Cảm biến điện trở: là hoạt động của con chạy hoặc dựa theo hoạt động của góc quay biến trở, có sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn tạo nên. 
  • Cảm biến cảm ứng: là cảm biến cảm ứng điện từ, cảm biến biến áp vi phân, dòng xoáy, cảm biến cảm ứng điện động, cảm biến điện dung….
  • Cảm biến điện trường: là các cảm biến áp điện, cảm biến từ giảo, …
  • Một số loại cảm biến nổi bật khác như: cảm biến quang, cảm biến điện hóa đầu dò độ pH, ion, cảm biến huỳnh quang nhấp nháy, cảm biến nhiệt độ, …

Ứng dụng của sensor là gì?

Sensor được áp dụng tùy theo môi trường mà nó được sử dụng như thế nào. Để biết được ứng dụng của chúng cách dễ dàng nhất chính là dựa vào tên. Thường các loại sensor sẽ có tên riêng tương ứng với khả năng hoạt động. Chẳng hạn như đối với sensor cảm biến nhiệt độ sẽ dùng để đo nhiệt độ, cảm biến áp suất dùng để đo áp suất hay áp lực…

Sensor là một từ chung dùng để chỉ các loại thiết bị có thể đo lường và giám sát. Bên cạnh đó, đối với các loại sensor chuyên dụng có khả năng hoạt động được trong môi trường khác nhau. Nên có thể nói ứng dụng của sensor được sử dụng trong nhiều hoạt động, nhiều ngành nghề khác nhau.

Các loại sensor công nghiệp thông dụng hiện nay

Mặc dù hiện nay có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng thực tế có một số loại thông dụng: cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến tiệm cận, cảm biến nhiệt độ…Đây là những loại cảm biến (sensor) phổ biến nhất trong ngành công nghiệp tự động hóa.

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang còn có tên tiếng Anh là Photoelectric Sensor, đây là cảm biến được tạo ra từ những linh kiện bán dẫn quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, thay đổi tính chất của light sensor.

Cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự có mặt của vật thể. Thông qua một bản mạch điện tử, dưới hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot, tín hiệu quang sẽ chuyển đổi sang tín hiệu điện quy chuẩn.

Cảm biến quang có phạm vi dài hơn so với các loại cảm biến khác nhưng vì sử dụng ánh sáng để cảm biến nên chúng dễ bị bụi bẩn, dễ bị hỏng hay bị các vấn đề do môi trường hoặc cơ học làm ảnh hưởng. Vậy nên cảm biến quang thường được sử dụng ở những nơi không quá kén chọn việc chính xác cho mục tiêu ở đâu, chỉ cần biết khoảng ở đó.

Cấu tạo của cảm biến quang có một đầu thu và một đầu phát
Cấu tạo của cảm biến quang có một đầu thu và một đầu phát

Cảm biến quang có một đầu thu và phát các tín hiệu quang được chia là nhiều loại dựa theo nguyên lý làm việc: cảm biến quang thu phát, quang phản xạ gương, quang dạng khuếch tán. Trong đó, cảm biến quang phản xạ gương thường được người dùng lựa chọn khi sử dụng để phát hiện ra các vật rất xa so với cảm biến quang thu phát thông thường. 

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ còn có tên gọi là temperature sensor, đây là một dòng sensor (cảm biến) được nhiều người biết đến và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta. Cụ thể cảm biến nhiệt độ thường được gặp trong các lĩnh vực như: y tế, khí tượng thủy văn, đo nhiệt độ cơ thể, nhiệt độ nước, độ ẩm không khí…

Trong ứng dụng công nghiệp và chế tạo cảm biến nhiệt độ hiện nay được sử dụng trong nhiều nhất. Chúng được sử dụng để đo lường nhiệt độ trong môi trường có nhiệt độ cao, vừa và thấp. Tùy vào môi trường mà chúng ta ứng dụng có mức nhiệt trong khoảng bao nhiêu. Hiện nay dòng cảm biến nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất là cảm biến nhiệt độ PT100. Cho phép sử dụng trong hầu hết các môi trường có mức nhiệt thường thấy trong khoảng 0-600°C. 

Ngoài ra, các sensor nhiệt độ còn được ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp. Đặc biệt trong việc bảo quản nông sản sau thu hoạch cần bảo quản ở một nhiệt độ thích hợp để nông sản luôn được tươi ngon, thường là bảo quản bên trong phòng lạnh. Chúng ta thường thấy các xe hàng container có thùng lạnh thường sẽ sử dụng để chuyên chở những loại hàng là thực phẩm, trái cây, hải sản… Nhờ có các cảm biến nhiệt độ giúp giám sát nhiệt độ trong môi trường để đảm bảo mức nhiệt phù hợp.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ có cấu tạo gồm 4 bộ phận chính:

– Bộ cảm biến hay còn gọi là đầu dò: là nơi tiếp xúc với vật liệu cần đo

– Bộ phận bảo vệ đầu đo cảm biến thường được làm bằng inox, chúng có rất nhiều kích thước để có thể lựa chọn cho phù hợp nhất như: 6mm, 8mm, 10mm, 15mm, vv…

– Các cổng kết nối dùng để đấu dây như đấu nguồn hay đấu sang bộ chuyển đổi tín hiệu Analog 4-20mA, vv…

– Nắp bảo vệ với các mối đấu dây điện nhằm hạn chế lại các tác nhân gây hại cho từ môi trường như nước, bụi…

Nguyên lý hoạt động

Khi có sự thay đổi về nhiệt độ của môi trường và cần đo dẫn đến thay đổi nhiệt độ của đầu nóng và đầu lạnh. Khi đó sẽ xuất hiện hiệu điện thế ở đầu lạnh, tín hiệu thay đổi này sẽ truyền đến cho bộ điều khiển phân tích như PLC. 

Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất hay còn gọi là pressure sensor, đây là một trong những loại cảm biến được sử dụng phổ biến hiện nay. Thường được sử dụng đo áp suất trong ứng dụng thủy lực, khí nén, hay các ứng dụng đo áp suất khác. Các loại cảm biến áp suất thường sử dụng để đo:

Cảm biến đo áp suất loại 4 - 20 ma
Cảm biến đo áp suất loại 4 – 20 ma

Xem thêm:

  • Đồng hồ áp suất
  • Cảm biến áp suất
  • Công tắc áp suất

Tùy theo mỗi ứng dụng riêng sẽ sử dụng loại thích hợp. Các loại cảm biến áp suất thường có cấu tạo giống nhau về mặt hình dáng cũng như vật liệu tạo thành. Khác nhau chủ yếu từ hãng sản xuất và khoảng đo của cảm biến mà thôi.

Cấu tạo của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất có 4 bộ phận chính đó là:

– Lớp màng cảm biến: Bộ phận này là phần quan trọng nhất trong cảm biến đo áp suất vì nó chịu trách nhiệm lớn cho việc cảm nhận mức áp lực mà môi trường đang có. Với các dòng cảm biến có dãy đo khác nhau thì sẽ có các lớp màng cảm biến khác nhau để phù hợp với mức áp suất cần đo. Đối với việc sai số cảm biến nhiều hay ít còn phụ thuộc vào loại vật liệu được sử dụng làm cảm biến đó. Do đó, giá thành của cảm biến áp suất sẽ phụ thuộc phần lớn vào chất liệu của lớp màng này. 

– Transmitter: Đây là bộ phận xử lý tín hiệu chuyên nhận các tín hiệu từ lớp màng truyền về để chúng chuyển thành dạng tín hiệu đầu ra. Thường có 2 dạng dây như 4-20ma, 0-20ma, 0-5V, 0-10V,…Các tín hiệu này cho phép chúng ta truyền về các loại thiết bị hỗ trợ khác như màn hình hiển thị hay PLC.

– Lớp vỏ bảo vệ cảm biến: Nhờ lớp vỏ bảo vệ giúp các bộ phận bên trong được bảo vệ tránh được ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài gây ảnh hưởng đến các mạch điện, bộ phận xử lý bên trong. Thường lớp vỏ bảo vệ cảm biến này được làm bằng các chất liệu đặc biệt như INOX 304, INOX 316,…

– Bộ phận tiếp điểm: Đây là cổng kết nối ra bên ngoài với các thiết bị giúp nhận thông tin từ cảm biến. Chúng được sử dụng để đấu dây đến bộ phận chuyển tín hiệu, bộ phận hiển thị áp suất hay được sử dụng để điều khiển một quá trình nào đó trong một máy hoặc một dây.

Ứng dụng của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất thường được sử dụng nhiều trong cơ cấu khí nén, đo áp suất nước, đo áp suất hơi, cảm biến áp suất không khí, khí nạp, áp suất lốp xe hơi.

Hiện nay trên thị trường cảm biến áp suất được chia làm 3 loại là: áp suất cảm biến, áp suất dạng cầu, cảm biến áp suất biến dung. Trong đó, cảm biến áp suất dạng cầu đang được sử dụng nhiều nhất.

Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại hay sensor hồng ngoại là thiết bị dùng để đo và phát hiện ra các bức xạ hồng ngoại trong môi trường. Cảm biến hồng ngoại dựa vào ánh sáng để phát hiện ra các bước sóng trong phổ hồng ngoại. 

Nguyên lý hoạt động

Khi vật thể đang ở gần cảm biến khi đó đèn LED sẽ phát sáng. Có 2 loại sensor hồng ngoại là IR hồng ngoại và hồng ngoại hoặc loại phản xạ và loại truyền. Trong đó, loại cảm biến hồng ngoại loại truyền thường là đèn led hồng ngoại và đầu dò hồng ngoại để cảm biến phát hiện vật thể. Còn loại phát hồng ngoại sử dụng để phát hiện các đối tượng cảm biến thường được dùng trong điện thoại di động, lắp ráp robot, ô tô…

Để nhận biết sensor hồng ngoại dựa vào 3 định luật sau:

– Định luật Planck: theo định luật này khi nhiệt độ ở mức T nào đó ở mọi vật bằng 0 độ tính theo độ Kelvin đề sẽ phát ra bức xạ.

– Định luật Stephan Boltzmann: một vật liên quan đến nhiệt độ tuyệt đối sẽ có tổng năng lượng phát ra ở mọi bước sóng. 

– Định luật dịch chuyển Wien: Đối với những vật thể có nhiệt độ khác nhau sẽ phát ra các quang phổ cực đại ở các bước sóng khác nhau.

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Các cảm biến hồng ngoại được chia làm 2 loại là chủ động và thụ động được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Một số ứng dụng nổi bật sử dụng cảm biến hồng ngoại như: 

Bộ cảm biến hồng ngoại dò các vật nóng chuyển động ngang
Bộ cảm biến hồng ngoại dò các vật nóng chuyển động ngang
  • Chống trộm an toàn khi sử dụng cảm biến phát hiện người.
  • Ứng dụng trong tiện ích tiết kiệm điện với các cảm biến bật tắt điện.
  • Cảm biến có thể đo nhiệt độ trong y tế
  • Cảm biến đếm sản phẩm sử dụng ứng dụng trong mua bán hàng hóa
  • Cảm biến trong các ứng dụng sử dụng quốc phòng: tên lửa, máy bay hồng ngoại.

Cảm biến đo mức là gì?

Cảm biến đo mức hay còn gọi là cảm biến báo mức được sử dụng khá quen thuộc trong lĩnh vực tự động hóa. Đây là ứng dụng được sử dụng khá rộng rãi và nhiều loại khác nhau. Hiện nay cảm biến đo mức được chia làm 2 loại chính là cảm biến đo mức liên tục và cảm biến báo đầy báo cạn.

Cảm biến đo mức liên tục

Dòng cảm biến đo mức liên tục cho phép người dùng đo lường các mức vật chất khác nhau tại bất cứ thời điểm nào trong khoảng từ 0 – 100% của giá trị đo đó. Điều đó có nghĩa là với một thùng nước chứa chúng ta có thể giám sát được bất cứ mức nước ở thời điểm cụ thể nào đó. Ứng dụng này cũng được áp dụng tương tự khi quan sát các giá trị pin trên điện thoại.

Ứng dụng của cảm biến đo mức liên tục thường được sử dụng trong các môi trường rắn, lỏng, dạng bột hay các môi trường độc hại, hóa chất…Trong đó, nổi bật là các ứng dụng cảm biến mức liên tục: 

– Cảm biến đo mức dạng dây và dạng sóng của radar

– Cảm biến đo mức dạng siêu âm

– Cảm biến đo mức điện dung

– Cảm biến đo mức thủy tĩnh

Cảm biến báo đầy báo cạn

Cảm biến báo đầy báo cạn được sử dụng trong phạm vi hẹp hơn so với các dòng đo mức cảm biến liên tục. Đặc điểm của dòng này đó là chỉ có khả năng báo đầy hoặc báo cạn mà không thể báo được mức vị trí nào ở thùng chứa. 

Các dòng cảm biến dạng báo đầy báo cạn thường được ứng dụng dùng trong các loại vật liệu dạng hạt – dạng bột như hạt nhựa, cà phê, than đá, phân bón hóa học, xi măng, thức ăn gia súc,…

Các loại cảm biến khác ít sử dụng rộng rãi

Bên cạnh những loại cảm biến trên còn một số các loại cảm biến khác ít được sử dụng hơn bạn có thể tham khảo thêm.

  • Cảm biến đo chênh áp: là thiết bị đo áp suất ở 2 đầu và tính ra giá trị chênh lệch áp suất. Thường được sử dụng trong y tế cụ thể là truyền tĩnh mạch, máy bơm truyền dịch…
  • Cảm biến đo độ ẩm: được sử dụng để xác định độ ẩm trong không khí. Thiết bị cảm biến độ ẩm thường được gọi là ẩm kế ứng dụng chỉ yếu giúp kiểm soát môi trường, chất lượng không khí nhằm giảm thiểu sự phát sinh nấm mốc gây ảnh hưởng sức khỏe, hàng hóa…

Trên đây là những thông tin liên quan đến sensor là gì, cảm biến là gì mà tiemruaxe.com đã tổng hợp và chia sẻ đến bạn. Hy vọng với những thông tin này sẽ giúp bạn hiểu được về sensor hay cảm biến là gì, qua đó có thể dễ dàng ứng dụng chúng và trong công nghệ hay phục vụ cho cuộc sống của mình.

Trả lời

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