I. CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP LÀ GÌ?
Cảm biến công nghiệp là một thiết bị chuyên dụng có chức năng đo lường, cảm nhận của một số đại lượng vật lý không điện như: nhiệt độ, tốc độ, áp suất, ánh sáng, những hiện tượng thay đổi bên ngoài. Từ đó chuyển ra thành các tín hiệu điện tiêu chuẩn cung cấp cho các bộ điều khiển phân tích.
Cảm biến công nghiệp thường được tích hợp vào các hệ thống tự động để giám sát và kiểm soát quy trình sản xuất. Thông tin thu thập từ cảm biến giúp các hệ thống tự động có thể điều chỉnh và duy trì điều kiện làm việc ổn định, tăng hiệu suất, giảm lãng phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Cảm biến công nghiệp có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất, năng lượng, hóa học, thực phẩm và đóng gói, ô tô, y tế, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
II. CẤU TẠO CỦA CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP
Cấu tạo của cảm biến công nghiệp có thể thay đổi tùy thuộc vào loại cảm biến và ứng dụng cụ thể.
Sự đa dạng của cảm biến trên thị thường là điều không thể phủ nhận. Hiện nay có vô số loại cảm biến công nghiệp khác nhau. Mỗi loại khác nhau được phục vụ cho các mục đích cũng như nhu cầu khác nhau giúp khách hàng có nhiều sự lựa chọn. Hầu hết chúng được làm từ các sensor phần tử điện thay đổi tính chất theo sự biến đổi của môi trường gọi là đầu dò.
Hầu hết các loại cảm biến công nghiệp hoàn chỉnh được cấu tạo từ các phần từ mạch điện liên kết thành. Tín hiệu từ các phần tử mạch điện phát ra được quy chuẩn theo các mức điện áp và phù hợp với các bộ điều khiển. Các phần tử mạch điện được đóng gói nhỏ gọn trong vỏ hộp. Nhưng có những thành phần cơ bản sau:
- Bộ cảm biến: Phần chính của cảm biến chứa các thành phần chính để thu thập thông tin từ môi trường. Các thành phần này có thể bao gồm cảm biến chính (ví dụ: cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ) và các thành phần hỗ trợ khác.
- Bộ xử lý tín hiệu: Nếu cần thiết, cảm biến có thể đi kèm với bộ xử lý tín hiệu để xử lý dữ liệu từ cảm biến và chuyển đổi nó thành định dạng phù hợp để truyền đến hệ thống kiểm soát hoặc thiết bị khác.
- Giao diện kết nối: Để truyền thông tin thu thập được từ cảm biến đến hệ thống hoặc thiết bị khác, cảm biến thường có một giao diện kết nối như giao diện analog, digital hoặc truyền thông không dây.
- Bảo vệ và vỏ ngoại vi: Cảm biến cần được bảo vệ khỏi các yếu tố môi trường như bụi, nước, và các điều kiện khắc nghiệt khác. Vỏ ngoại vi được thiết kế để bảo vệ các bộ phận nội tại khỏi tác động bên ngoài.
- Nguồn điện: Nhiều cảm biến yêu cầu nguồn điện để hoạt động. Nguồn này có thể được cung cấp từ pin hoặc nguồn điện ngoại vi khác.
- Chân kết nối: Các chân kết nối cung cấp liên kết với hệ thống hoặc thiết bị khác. Các chân này có thể được sắp xếp trên một cổng hoặc đầu cắm tiêu chuẩn để dễ dàng kết nối và ngắt kết nối.
III. CÁC LOẠI CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP.
Các loại cảm biến dùng trong hệ thống công nghiệp thường có nhiều chức năng khác nhau và thường xuyên hồi tiếp về hệ thống điều khiển. Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến được đánh giá có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp:
1. Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là loại cảm biến được dùng để đo lường và xác nhận nhiệt độ của một vật thể hoặc một môi trường từ đó chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu tương ứng để hệ thống điều khiển và các thiết bị đo lường có thể xử lý một cách dễ dàng.
- Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ bao gồm những bộ phận chính sau: đầu dò cảm biến nhiệt độ công nghiệp, dây kết nối giữa đầu dò và đầu kết nối, bộ phận cách nhiệt/cách điện, chất làm đầy, vỏ bảo vệ, đầu kết nối.
- Nguyên lý hoạt động: Bản chất của việc đo các cảm biến nhiệt độ công nghiệp là dựa vào sự thay đổi điện trở. Trong sự thay đổi này, giá trị nhiệt độ và điện trở có mối quan hệ mật thiết với nhau cho nên khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì giá trị điện trở của cảm biến cũng sẽ thay đổi theo. Sự thay đổi thường được biểu thị bằng một độ thị.
- Ứng dụng: Trong môi trường công nghiệp, sẽ có những hệ thống cần sự giám sát nhiệt độ môi trường phải có độ ổn định tốt, đáp ứng nhanh, độ chính xác cao mà không ảnh hưởng đến môi trường. Vì vậy nên cảm biến nhiệt độ được ứng dụng nhiều trong các hệ thống: đo nhiệt độ của chất lỏng trong bể chứa hoặc các dây chuyền sản xuất, lò hơi, lò đốt, đo nhiệt độ hóa chất,..
2. Cảm biến quang
Là loại cảm biến được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp để phát hiện các vật thể từ xa, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng dựa trên nguyên lý hoạt động của ánh sáng.
- Cấu tạo của cảm biến quang bao gồm những bộ phận chính sau: bộ phận thu sáng, bộ phận phát sáng, mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
- Nguyên lý hoạt động: có 3 loại cảm biến quang thông dụng đó chính là cảm biến quang khuếch tán, cảm biến quang thu phát chung, cảm biến quang phản xạ gương mỗi loại đều có nguyên lý hoạt động khác nhau.
- Ứng dụng: Nhờ vào khả năng phát hiện chính xác, hoạt động ổn định và tốc độ phản hồi nhanh đã giúp cho cảm biến quang ngày một ưa chuộng hơn trong các ngành công nghiệp: phát hiện sự hiện diện của các vật thể từ đó kích hoạt hệ thống cảnh báo hoặc khóa cửa tự động trong công nghiệp ô tô, đo khoảng cách hoặc xác định vị trí linh kiện trong công nghiệp điện tử, kiểm tra chất lượng và độ chính xác của các sản phẩm trong công nghiệp dược phẩm, đo lường màu sắc, độ trong suốt, độ ẩm của thực phẩm giúp kiểm soát chất lượng và đảm bảo an toàn trong công nghiệp thực phẩm.
3. Cảm biến áp suất
là thiết bị được dùng để đo áp suất và biến đổi áp suất thành tín hiệu đảm bảo được độ bền, khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt cũng như khắt khe về độ chính xác, độ bền.
- Cấu tạo của cảm biến áp suất bao gồm những bộ phận chính: Cảm biến – bộ phận nhận tín hiệu truyền từ áp suất về khối xử lý. Khối xử lý có chức năng nhận các tín hiện từ khối cảm biến để đổi sang các tín hiệu tiêu chuẩn. Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau , có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, trong đó dạng áp điện trở và kiểu điện dung là được sử dụng nhiều nhất.
- Ứng dụng: kiểm tra áp suất lốp, dầu động cơ, nhiên liệu trong công nghiệp ô tô. Kiểm tra áp suất chất lỏng, khí nguy hiểm trong công nghiệp hóa chất. Kiểm tra áp suất của khoang chứa nhiên liệu và khí nén trong công nghiệp hàng không vũ trụ,…
4. Cảm biến tiệm cận
Là loại cảm biến được sử dụng trong nhiều trong các loại máy móc công nghiệp đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất đếm và phân loại sản phẩm với chức năng phát hiện vật di chuyển qua đầu cảm biến từ đó chuyển đối thành tín hiệu điện cho bộ điều khiển.
- Nguyên lý hoạt động: 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.
- Ứng dụng: được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp chế máy công cụ,…
Trong công nghiệp, có nhiều loại cảm biến được sử dụng để đo lường và giám sát các thông số khác nhau trong quy trình sản xuất.
