Cảm Biến

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường sử dụng các loại cảm biến khác nhau trong một số ứng dụng như cảm biến hồng ngoại dùng để điều khiển từ xa của tivi, cảm biến hồng ngoại thụ động dùng cho hệ thống mở cửa tự động của trung tâm mua sắm và cảm biến LDR dùng cho chiếu sáng ngoài trời hoặc chiếu sáng đường phố hệ thống, … Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận ngắn gọn về một vài loại cảm biến và ứng dụng của chúng. Nhưng, chủ yếu chúng ta phải biết cảm biến là gì.

Cảm biến là gì?

Cảm biến là một thiết bị đo đầu vào vật lý từ môi trường của nó và chuyển nó thành dữ liệu có thể được giải thích bởi con người hoặc máy móc.

Hầu hết các cảm biến là điện tử (dữ liệu được chuyển đổi thành dữ liệu điện tử), nhưng một số cảm biến đơn giản hơn, chẳng hạn như nhiệt kế thủy tinh, hiển thị dữ liệu trực quan. Người ta sử dụng cảm biến để đo nhiệt độ, đo khoảng cách, dò khói, điều chỉnh áp suất và vô số các công dụng khác.

Cảm biến là gì
Cảm biến là gì

Phân loại cảm biến

Có nhiều loại cảm biến đã được phát minh để đo các hiện tượng vật lý xung quanh chúng ta, có thể kể tên các loại cảm biến phổ biến nhất trong dân dụng cũng như sử dụng cho hệ thống sản xuất công nghiệp như:

  • Cặp nhiệt điện, RTD và Nhiệt điện trở: để đo nhiệt độ
  • Cảm biến đo độ căng: để đo sức căng trên một vật thể, ví dụ: áp suất, lực căng, trọng lượng,…
  • Cảm biến lực: để đo trọng lượng và tải trọng
  • Cảm biến LVDT: LVDT được sử dụng để đo dịch chuyển trong khoảng cách
  • Gia tốc kế: đo độ rung và độ sốc
  • Micrô: để bắt sóng âm thanh
  • Đầu dò dòng điện: để đo dòng điện AC hoặc DC
  • Máy biến điện áp: để đo điện thế điện áp cao
  • Cảm biến quang học: được sử dụng để phát hiện ánh sáng, truyền dữ liệu và thay thế các cảm biến thông thường
  • Cảm biến máy ảnh: được sử dụng để chụp ảnh 2D đơn và liên tục
  • Cảm biến kỹ thuật số: được sử dụng để đếm bật / tắt rời rạc, mã hóa tuyến tính và quay, đo vị trí, …
  • Cảm biến định vị (GPS): được sử dụng để nắm bắt vị trí dọc, vĩ độ dựa trên GPS, GLONASS và các hệ thống định vị vệ tinh khác. Có sẵn các cảm biến GPS khác nhau với độ chính xác khác nhau.

Tùy thuộc vào loại cảm biến, đầu ra điện của nó có thể là điện áp, dòng điện, điện trở hoặc một thuộc tính điện khác thay đổi theo thời gian. Một số cảm biến có sẵn với các đầu ra kỹ thuật số, nhờ đó chúng xuất ra một loạt các byte dữ liệu được chia tỷ lệ hoặc không được chia tỷ lệ. Đầu ra của các cảm biến tương tự này thường được kết nối với đầu vào của bộ chuyển đổi tín hiệu, mà chúng ta sẽ thảo luận trong bài viết khác.

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ

Các cảm biến phổ biến và thông dụng nhất để đo nhiệt độ bao gồm:

  • Cặp nhiệt điện
  • Nhiệt điện trở
  • RTD (Resistance Temperature Detector)
  • Và thậm chí cả máy dò nhiệt độ tia hồng ngoại.

Hàng triệu cảm biến này hoạt động mỗi ngày trong tất cả các ứng dụng, từ nhiệt độ động cơ hiển thị trên bảng điều khiển ô tô, đến nhiệt độ được đo trong sản xuất dược phẩm. Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng phép đo nhiệt độ theo một cách nào đó.

Bảng so sánh các cảm biến nhiệt độ khác nhau:

Loại cảm biến            Thermistor RTD Thermocouple
Dải nhiệt độ -100 đến 325°C -200 đến 650°C 200 đến 1750°C
Độ chính xác 0.05 đến 1.5°C 0.1 đến 1°C 0.5 đến 5°C
Ổn định ở 100 ° C 0.2°C/năm 0.05°C/năm Biến đổi
Tuyến tính Hàm mũ Khá tuyến tính Phi tuyến tính
Nguồn điện yêu cầu Điện áp hoặc dòng điện không đổi Điện áp hoặc dòng điện không đổi Tự cấp nguồn
Thời gian đáp ứng Nhanh 0,12 đến 10 giây Nói chung chậm từ 1 đến 50 giây Nhanh 0,10 đến 10 giây
Tính nhạy cảm với nhiễu điện Hiếm khi nhạy cảm

Trở kháng cao

Hiếm khi nhạy cảm Bù nhạy cảm / điểm lạnh
Giá bán Thấp đến vừa phải Cao Thấp

Cảm biến đo biến dạng

Khi một cảm biến đo biến dạng (hay còn gọi là “máy đo biến dạng”) được căn chỉnh chính xác và dán vào một đối tượng đang được thử nghiệm và chúng ta tác động lực lên đối tượng bằng cách uốn cong hoặc vặn nó, lực cản của thiết bị đo biến dạng sẽ thay đổi tuyến tính và khi đó chúng ta có thể đo lường nó. Chúng ta cũng có thể áp dụng toán học để tính biến dạng và các lực khác.

Cảm biến đo biếng dạng
Cảm biến đo biếng dạng

Ứng dụng đo biến dạng

  • Đo độ căng và ứng suất
  • Các phép đo trọng lượng và tải trọng
  • Đo lực
  • Các phép đo chấn động và rung

Ưu điểm của đo biến dạng

  • Bản thân cảm biến không đắt
  • Tốt như nhau trong các phép đo tĩnh và động
  • Hữu ích trên một loạt các ứng dụng

Nhược điểm của cảm biến đo biến dạng

  • Cài đặt yêu cầu kiến thức chuyên môn
  • Yêu cầu chuyển đổi tín hiệu tương đối phức tạp
  • Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến các phép đo

Cảm biến lực load cell

Nếu chúng ta thực hiện một bước nữa và gắn vĩnh viễn bốn cảm biến đo sức căng vào một cấu trúc có hình dạng nhất định, chúng ta sẽ tạo ra một cảm biến khác được gọi là Cảm biến lực.

Cảm biến lực nổi tiếng nhất là những cảm biến được lắp đặt ở dưới cùng của cân kỹ thuật số của bạn. Khi bạn bước lên cân và nén các cảm biến lực, chúng tạo ra sự thay đổi về điện trở mà bộ vi điều khiển đo lường và chuyển đổi thành giá trị tính bằng kg (lbs).

Cảm biến lực “thanh” hoặc “dầm uốn” thường được sử dụng cho các ứng dụng cân công nghiệp. Một đầu của thanh được cố định vào một cấu trúc, trong khi một lực được tác dụng vào đầu tự do của cảm biến.

Lực này làm cho bốn đồng hồ đo biến dạng được tích hợp trên cùng và dưới cùng và mỗi đầu của cảm biến lực kéo dài hoặc nén tùy thuộc vào mức độ tác dụng hoặc loại bỏ lực gây căng thẳng cho cấu trúc cảm biến lực. Những thay đổi nhỏ này về tiềm năng từ thiết bị đo biến dạng có thể dễ dàng chuyển đổi thành trọng lượng trong hệ thống theo dõi hiển thị.

Cảm biến lực có nhiều hình dạng và kích cỡ: một số dùng cho không gian rất nhỏ và tải trọng nhỏ, một số khác dùng cho tải trọng lớn hàng trăm nghìn tấn,…

Cảm biến load cell
Cảm biến load cell

Ứng dụng cảm biến lực

  • Kiểm tra vật liệu – cân các bộ phận khi chúng được sản xuất để đảm bảo tính nhất quán
  • Hàng không vũ trụ – lực đẩy của động cơ phản lực, tải trọng trên bánh xe và gầm xe
  • Hàng hải – căng thẳng dây neo
  • Giao thông vận tải – đo mô-men xoắn trên động cơ, trạm cân xe tải trên đường cao tốc
  • Công nghiệp – đo lực căng và lực trong các nhà máy giấy và kim loại
  • Y tế / Chăm sóc sức khỏe – Cân lồng ấp cho trẻ sơ sinh, thiết bị vật lý trị liệu
  • Xây dựng – Lực cáp trong thang máy, lực trên giàn giáo
  • Giải trí – kiểm tra độ căng của cáp trên cáp được sử dụng để cẩu người nhào lộn
  • Hóa dầu – đo lực trên các công cụ khoan dầu khí
  • Trồng trọt và chăn nuôi – cân gia súc, phễu, thùng chứa và cân silo
  • Gia dụng / Người tiêu dùng – cân kỹ thuật số, cân thực phẩm nhà bếp

Ưu điểm của Load Cell

  • Các phép đo chính xác và có thể lặp lại
  • Có sẵn từ tải trọng rất nhỏ đến hàng trăm nghìn kg
  • Có sẵn trong nhiều hình dạng và kích thước cho nhiều ứng dụng

Nhược điểm của Load Cell

  • Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường
  • Yêu cầu chuyển đổi tín hiệu cảm biến biến dạng tương đối đắt tiền

Cảm biến vi sai tuyến tính

Cảm biến vi sai tuyến tính LVDT (linear variable differential transformer) được sử dụng để đo dịch chuyển / vị trí tuyến tính trong khoảng cách tương đối ngắn. Chúng bao gồm một ống có chứa một thanh. Phần đế của ống được gắn vào một vị trí cố định, và phần cuối của thanh được gắn vào một vật gì đó chuyển động.

Cảm biến vi sai tuyến tính
Cảm biến vi sai tuyến tính

Khi thanh được kéo ra khỏi ống hoặc trượt trở lại, cảm biến sẽ xuất ra một tín hiệu thể hiện vị trí của thanh từ điểm bắt đầu đến độ lệch tối đa của nó. Thanh không chạm vào bên trong ống, làm cho nó hầu như không có ma sát và bản thân LVDT không chứa thiết bị điện tử, làm cho nó trở nên phổ biến trong môi trường khắc nghiệt.

Ứng dụng LVDT

  • Hàng ngàn ứng dụng đo lường công nghiệp, nhà máy và quy trình
  • Hàng không vũ trụ – kiểm tra bề mặt điều khiển và truyền động
  • Giao thông vận tải – giám sát chiều cao hành trình giữa xe tải và thùng xe
  • Hóa dầu – định vị dụng cụ khoan

Ưu điểm cảm biến vi sai tuyến tính

  • Các phép đo có độ chính xác cao và có thể lặp lại
  • Tuổi thọ cao do hoạt động hầu như không ma sát
  • Có kích thước từ micromet đến ~ 0,7 m (27 in.)
  • Đầu ra tuyệt đối (sau khi khôi phục nguồn, việc đọc trở về giá trị chính xác)
  • Có nhiều loại và kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau

Nhược điểm cảm biến vi sai tuyến tính

  • Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường
  • Yêu cầu kích thích AC

Cảm biến rung – Gia tốc kế

Gia tốc kế được sử dụng để đo độ rung và độ sốc trên máy móc và về cơ bản là bất cứ thứ gì chuyển động. Đầu ra của chúng cũng có thể được tích hợp và tích hợp kép để tính toán độ dịch chuyển và vận tốc.

Cảm biến rung
Cảm biến rung

Gia tốc kế để thực hiện các phép đo động thường dựa trên nguyên lý áp điện: khi một tinh thể thạch anh bị đặt dưới áp lực, nó sẽ giải phóng một dòng ion tích điện tỷ lệ với ứng suất. Các cảm biến điện tích này được kết nối với bộ chuyển đổi tín hiệu loại sạc. Một loại phổ biến hơn nữa là cảm biến IEPE (hay còn gọi là ICP®), có bộ tiền khuếch đại tích hợp và yêu cầu bộ điều hòa tín hiệu ít tốn kém hơn.

Cảm biến âm thanh – Micrô

Ngoài việc được sử dụng trong ngành giải trí, micro còn được sản xuất để sử dụng trong các ứng dụng thu thập dữ liệu để phân tích và đo lường âm thanh và tiếng ồn.

Micrô được sử dụng trong nghiên cứu tiếng ồn và độ rung, nghiên cứu thính giác của con người, ứng dụng tiếng ồn do ô tô truyền qua và hàng nghìn ứng dụng khác.

Cảm biến âm thanh
Cảm biến âm thanh

Cảm biến dòng điện – Biến dòng

Cùng với điện áp, dòng điện là một trong những dạng năng lượng cơ bản nhất mà chúng ta đo được để theo dõi và phân tích. Cho dù đó là kiểm tra chất lượng năng lượng của lưới điện hay mức tiêu thụ năng lượng của ô tô điện hybrid hay một cỗ máy, thì nguồn điện là cực kỳ quan trọng.

Đối với các mức dòng điện từ nhỏ đến trung bình, chúng ta có thể sử dụng các bộ ngắt dòng điện để chuyển đổi dòng điện thành điện áp. Một điện trở shunt về cơ bản là một điện trở được lắp trực tiếp vào mạch mà chúng ta muốn đo dòng điện.

Hầu hết các loại cảm biến và đầu dò hiện tại khác trên thị trường hoạt động thông qua cảm ứng hoặc một phương pháp liên quan, theo đó chúng KHÔNG phải là một phần của mạch. Điều này cho phép đo dòng điện cao hơn nhiều. Được hiển thị bên dưới, một kẹp dòng điển hình – một thiết bị phát hiện trường điện từ được tạo ra bởi dòng điện và đo lường nó.

Biến dòng
Biến dòng

Có các cuộn dây Rogowsky linh hoạt, dễ dàng lắp đặt ngay cả ở những nơi khó tiếp cận, hoặc khi ngắt kết nối mạch không mong muốn. Ngoài ra còn có các cảm biến dòng không và từ thông cho các ứng dụng có độ chính xác cao, đặc biệt là các cảm biến về chất lượng điện và các lĩnh vực liên quan. Có một loạt các cảm biến và đầu dò dòng điện, được thiết kế đặc biệt cho tất cả các loại ứng dụng.

Cảm biến quang

Có một số ứng dụng cho quang học trong thị trường cảm biến ngày nay:

  • Cảm biến ánh sáng, IR và UV
  • Phát hiện khoảng cách đối tượng, sự vắng mặt / hiện diện
  • Thay thế các cảm biến thông thường
  • Cảm biến ánh sáng, hồng ngoại và tia cực tím

Có vô số ứng dụng để phát hiện hoặc đo lượng ánh sáng xung quanh cảm biến. Các ví dụ rõ ràng nhất bao gồm các công tắc tự động để tắt hoặc bật đèn: điều này yêu cầu một bộ tách sóng quang.

Cảm biến quang học
Cảm biến quang học

Ngay cả điện thoại di động của chúng ta cũng có cảm biến ánh sáng để chúng có thể tự động điều chỉnh độ sáng màn hình. Hầu hết các ô tô ngày nay đều tự động bật đèn pha khi ánh sáng ban ngày kết thúc, và thậm chí bật / tắt đèn chiếu xa vào ban đêm khi phát hiện có phương tiện đang đến gần. Máy ảnh tự động đo ánh sáng xung quanh để đặt độ phơi sáng chính xác.

Và mặc dù hầu hết các cảm biến này được thiết kế cho phổ khả kiến ​​của con người, một số được thiết kế để hoạt động trong phổ hồng ngoại (IR) và thậm chí cả phổ cực tím (UV). Phổ hồng ngoại là thứ mà nhiều hệ thống rô bốt sử dụng, cũng như các điều khiển từ xa tivi của chúng ta ở nhà. Bức xạ hồng ngoại không thể nhìn thấy bằng mắt người, nhưng nó có thể gây hại cho mắt của chúng ta với liều lượng cao, vì vậy việc phát hiện nó là rất quan trọng cho mục đích an toàn trong số nhiều ứng dụng khác.

Cảm biến ảnh

Chúng ta nghĩ về máy ảnh như một thứ chỉ được sử dụng để chụp ảnh hoặc quay phim, nhưng chúng cũng được sử dụng rất nhiều trong tất cả các loại ứng dụng công nghiệp và khoa học. Các nhà máy sử dụng camera cảm biến hình ảnh đơn và liên tục (hay còn gọi là máy quay video) để giám sát và kiểm soát nhiều quy trình dây chuyền chế tạo và lắp ráp.

Cảm biến ảnh
Cảm biến ảnh

Cảm biến kỹ thuật số

Khi chúng ta nói về cảm biến kỹ thuật số, chúng ta đề cập đến những cảm biến xuất ra các giá trị rời rạc, thường liên quan đến vị trí tuyến tính hoặc góc, cũng như những cảm biến được sử dụng để phát hiện khi có vật thể ở gần. Chúng ta hãy xem xét các cảm biến kỹ thuật số được sử dụng phổ biến nhất.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến độ gần có thể phát hiện một đối tượng gần đó mà không cần tiếp xúc với nó, sau đó xuất ra tín hiệu xung hoặc điện áp. Có một số loại cảm biến tiệm cận, được chọn dựa trên thành phần của (các) đối tượng cần được phát hiện.

Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận

Bộ mã hóa encoder

Một bộ mã hóa quay thường cung cấp độ phân giải góc tuyệt vời, vì chúng có sẵn với lên đến hàng nghìn bước trên mỗi vòng quay 360°, cho phép các bước nhỏ hơn nhiều so với 1°. Nhiều bộ mã hóa cũng có thể phát hiện hướng quay, điều này rất cần thiết trong một số ứng dụng.

Encoder
Encoder

Cảm biến trục quay

Cảm biến dựa trên góc này bao gồm bánh răng với các răng xung quanh chu vi của nó cộng với một cảm biến tiệm cận của một số loại được định vị để khi các răng chạy ngang qua, chúng sẽ được phát hiện. Cảm biến tiệm cận này thường là loại Hiệu ứng Hall, nhưng những loại khác thì có thể. Bánh răng cần được lắp vào trục quay mà chúng ta muốn giám sát.

Thiết Bị Bơm hy vọng rằng bài viết này sẽ đem đến nguồn kiến thức mới mẻ và thú vị cho bạn đọc!

Cảm ơn bạn đã đọc bài viết này, Thiết Bị Bơm chuyên cung cấp các dòng cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức, cảm biến siêu âm, cảm biến lưu lượng, … với các thương hiệu đến từ Mỹ, EU… Các bạn có nhu cầu tư vấn, hãy liên hệ ngay với Thiết Bị Bơm để được hỗ trợ nhanh chóng nhé!

Công tắc áp suất là gì? Tại sao chúng lại quan trọng trên các hệ thống bơm?

Cấu tạo công tắc áp suất cơ

Công tắc áp suất là thành phần quan trọng để kiểm soát việc kích hoạt và ngừng hoạt động của máy bơm trong hệ thống chất lỏng khi đạt đến ngưỡng áp suất. Chúng cũng được sử dụng trong các hệ thống điều khiển quá trình để duy trì áp suất khí nén hoặc cơ […]

Áp suất là gì? Sự khác biệt giữa lực và áp suất

Áp suất được gọi là Pressure

Áp suất là gì? Tại sao áp suất lại mang ý nghĩa quan trọng trong đời sống chúng ta cũng như trong sản xuất công nghiệp? Để hiểu rõ hơn áp suất là gì, và các dạng áp suất thường gặp nhất. Bài viết này sẽ giải quyết vấn đề giúp bạn! Áp suất là […]

Cách đấu dây cảm biến nhiệt độ pt100 3 dây nhanh nhất!

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây RTD là cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất, linh hoạt nhất trong các ứng dụng công nghiệp và quy trình. Chúng ổn định, có độ lặp lại tốt và hoạt động tốt trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Bài viết này, Thiết Bị Bơm chia sẻ […]

Tầm quan trọng của đồng hồ đo áp suất trên hệ thống bơm

Đồng hồ đo áp suất là gì?

Áp suất đo là áp suất tương đối với áp suất khí quyển bình thường. Về cơ bản, nó là độ lệch của áp suất so với áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Áp suất có thể được đo bằng nhiều cách khác nhau, bao gồm cả đơn vị bar và psi. Đồng hồ đo […]

Các loại đồng hồ đo lưu lượng siêu âm mà bạn phải biết

Đồng hồ đo lưu lượng siêu âm

Đồng hồ đo lưu lượng siêu âm có nhiều ứng dụng, từ lưu lượng quá trình đến lưu lượng giám sát. Một thực tế phổ biến là sử dụng đồng hồ đo lưu lượng siêu âm dạng kẹp để xác minh các đồng hồ đo lưu lượng khác hoặc để đo tạm thời. Bài viết […]

Công tắc hành trình là gì – Tại sao chúng lại phổ biến?

Ký hiệu công tắc hành trình

Cho dù đó là ngành công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp, thương mại hoặc vận tải, công tắc hành trình đã trở thành một phần không thể thiếu của cộng đồng cảm biến và điều khiển. Có lẽ có hàng nghìn tỷ công tắc hành trình đang được sử dụng tại thời điểm này trong […]

Transistor là gì? Có bao nhiêu loại transistor?

Transistor là gì

Transistor còn được gọi là tranzito, là một loại linh kiện bán dẫn chủ động. Chúng thường được sử dụng như một phần khuếch đại hay khóa điện tử. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về các loại transistor để các bạn ôn lại kiến thức đã học của mình. Transistor là gì? […]

error: Content is protected !!