Cảm biến tiệm cận: Hiểu rõ Đặc điểm và Nguyên lý hoạt động

Cảm biến tiệm cận – một thuật ngữ có vẻ xa lạ nhưng thực tế lại vô cùng quen thuộc và chúng ta thấy hàng ngày trong chiếc điện thoại của chúng ta. Hôm nay, Mecsu sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến tiệm cận là gì và cách chúng hoạt động.

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận (còn gọi là Công tắc tiệm cận hay PROX – Proximity Sensors) hoạt động khi có vật ở gần cảm biến, thường chỉ trong vài mm. Cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện vị trí cuối của các chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của nó khởi động một chức năng khác. Đặc biệt, nó hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện sự chuyển đổi này:

  • Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.

  • Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi vật thể tiếp xúc cận vật cần phát hiện.

  • Hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

1 Đặc điểm của cảm biến tiệm cận

  • Cảm biến có thể phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc và tác động lên vật đó với khoảng cách xa nhất tới 30mm.

  • Độ chống rung và chống shock tốt, đồng thời hoạt động ổn định.

Đặc điểm của cảm biến tiệm cận

  • Tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn và tốc độ đáp ứng nhanh.

  • Đầu sensor có kích thước nhỏ, tiện lợi cho việc lắp đặt.

  • Sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

2 Cảm biến tiệm cận có bao nhiêu loại?

Trong cảm biến tiệm cận, có 2 loại chính:

Loại cảm ứng từ

Loại cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

  • Cảm ứng từ loại có bảo vệ (Shielded) – Là từ trường được tập trung trước mặt sensor, ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh và có khoảng cách đo ngắn.

  • Cảm ứng từ loại không có bảo vệ (Un-Shielded) – Là từ trường không có bảo vệ xung quanh mặt sensor, khoảng cách đo dài hơn nhưng dễ bị nhiễu bởi kim loại xung quanh.

Loại cảm ứng điện dung

Loại cảm biến tiệm cận điện dung

  • Loại cảm ứng này được phát hiện theo sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor (nguyên tắc tĩnh điện), có thể phát hiện tất cả vật thể.

3 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận bao gồm:

Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận cảm ứng từ
  • Cảm ứng từ bao gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ ở đầu cảm ứng. Khi sóng cao tần đi qua lõi dây này, trường điện từ xung quanh nó sẽ dao động và được mạch bên trong kiểm soát.

  • Khi vật kim loại di chuyển vào trường từ, dòng điện xoáy sẽ được tạo ra trong vật.

  • Dòng điện này tác động lên cuộn dây, làm giảm năng lượng trong cuộn và sự dao động, đồng thời giảm mức từ trường.

  • Mạch giám sát phát hiện mức độ dao động giảm và thay đổi đầu ra để báo hiệu vật đã được phát hiện.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

  • Cảm biến tiệm cận sử dụng nguyên tắc điện từ, vượt trội hơn cả cảm biến quang điện trong khả năng chịu đựng môi trường. Ví dụ, dầu hoặc bụi không gây ảnh hưởng đến cảm biến.

  • Cảm biến cảm ứng đầu ra với tranzito logic NPN hoặc PNP (gọi là kiểu DC-3 dây).

  • Trong một số trường hợp, cảm biến tiệm cận có thể kết nối cả âm và dương (gọi là DC-2 dây).

Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến điện dung dựa trên thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor (nguyên tắc tĩnh điện), phát hiện tất cả các vật thể khi có sự tác động từ môi chất.

Cảm biến tiệm cận điện dung

4 Nhận dạng cảm biến tiệm cận

Để giúp bạn lựa chọn cảm biến tiệm cận phù hợp, hãy lưu ý các điều sau:

Cần lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận?
  • Xác định rõ mục đích sử dụng: “đo cái gì?”

  • Xem tốc độ xử lý và độ chính xác của cảm biến có phù hợp với yêu cầu hay không?

  • Kiểm tra tác động của môi trường xung quanh khu vực đo, xem có từ trường lớn như nam châm không? Điều này có thể gây sai số trong quá trình đo.

Lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận

  • Kiểm tra xem khu vực đo có rung hay không?

  • Lưu ý nhiệt độ môi trường.

  • Xác định khoảng cách cần đo từ cảm biến tới vật.

  • Chọn những loại cảm biến phù hợp để đáp ứng nhu cầu sử dụng.

Quan tâm yếu tố nào khi chọn cảm biến tiệm cận?

Muốn chọn cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng cụ thể, hãy lưu ý các yếu tố sau:

Yếu tố chọn lựa cảm biến tiệm cận

  • Nguồn cấp.

  • Kích thước và đường kính của cảm biến.

  • Tín hiệu ra: PNP, NPN, NC, NO.

  • Cảm biến tiệm cận có thể được bảo vệ (flush) hoặc không có bảo vệ đầu dò (non-flush).

  • Kết nối dây hoặc plug M12.

  • Có nhiều hãng cung cấp cảm biến tiệm cận như Omron, Autonics, Keyence, Astech, Steute, Rechner, Xecro,…

Hy vọng những thông tin Mecsu chia sẻ trong bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến tiệm cận và tìm ra sản phẩm phù hợp cho nhu cầu của bạn!