Cảm biến tiệm cận – Đặc điểm, Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Cảm biến tiệm cận dùng phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như Nhôm, đồng..) sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitve Proximity Sensor). Hay là dạng cảm biến quen thuộc có trong mỗi chiếc Smartphone, nhưng đến nay vẫn còn rất nhiều người chưa biết cảm biến tiệm cận là gì? Có những loại cảm biến tiệm cận nào? Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng ra sao, nó có vai trò gì trong các thiết bị điện tử hiện đại. Bài viết sau, Thế giới Điện cơ xin tổng hợp đầy đủ nội dung liên quan đến cảm biến tiệm cận như đã nêu.

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

Đặc điểm cảm biến tiệm cận

• 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 động và chống shock tốt.
• Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch).
• Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi.
• Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý.

Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát.

Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật.
Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi.

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra. vật đã được phát hiện.
Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến tiệm cận vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi trường. Ví dụ: dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảm biến.

Đầu ra của Cảm biến Cảm ứng

Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra tranzito có logic NPN hoặc PNP. Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây.

Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận

• Ta phải xác định mình đang đo cái gì?
• Tốc độ xử lý của cảm biến nhanh hay chậm; và độ chính xác khu vực đo có cần chính xác cao không?
• Kiểm tra sức ảnh hưởng của môi trường xung quanh khu vực đo xem có lượng từ trường lớn như nam châm không; để tìm biện pháp xử lý vì đây là một trong những nguyên nhân gây sai số trong khi đo của cảm biến
• Khu vực đo rung hay không?
• Nhiệt độ môi trường cao không ?
• Khoảng cách cảm biến đo tới vật cần đo là bao nhiêu ?

Tuy vào nhu cầu của các nhà máy khác nhau mà chúng ta nên kiểm tra kỹ và chọn mua những loại cảm biến thích hợp đáp ứng tốt nhu cầu cần đo.

Chọn Cảm biến tiệm cận

Nếu muốn chọn đúng cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng, cần phải lưu ý đến một số điều sau:

Nguồn cấp,

• Kích thước, đường kính cảm biến,
• Tín hiệu ra ( PNP, NPN, NC, NO )
• Dạng được bảo vệ ( flush ) hay không có bảo vệ đầu dò ( Non-flush )
• Kết nối dạng dây hay plug M1