Sensor là gì ? Phân loại, Cấu tạo, ứng dụng và nguyên lý hoạt động của Sensor

Bạn đã nghe ai đó nói về sensor, bạn có biết sensor là gì? Để hiểu rõ hơn về thiết bị này cũng như những ứng dụng quan trọng của chúng trong đời sống chúng ta. Các bạn tham khảo nội dung chia sẽ dưới đây nhé!

Sensor là gì ?

Sensor là một thuật ngữ chuyên ngành dùng để chỉ các loại cảm biến, đầu dò, công tắc hoặc một loại thiết bị cảm nhận nào đó. Là các loại thiết bị có các bộ phận cảm nhận, tiếp xúc theo một phương thức nào đó để có thể đo lường các đại lượng hay hiện tượng vật lý nào đó. Bên cạnh đó các sensor còn có các bộ phận xử lý tín hiệu và cho ra các dạng tín hiệu khác nhau để người dùng có thể kết nối với các thiết biết hỗ trợ và điều khiển.

Sensor từ lâu đã thay thế hoàn toàn con người trong các ứng dụng đo lường và giám sát các yếu tố vật lý tác động đến quá trình làm việc. Với độ chính xác cao, thời gian đáp ứng ngày càng nhanh kèm theo hoạt động tốt trong các môi trường khó tiếp cận. Những yếu tố đó đã góp phần cho các nhà phát triển cho ra những thiết bị tiên tiến nhất để phục vụ cho sản xuất và chế tạo trong công nghiệp cho đến ngày nay.

Cấu tạo của sensor

Sensor có rất nhiều loại khác nhau. Mỗi loại sẽ có các tính năng riêng biệt. Nhưng có cấu tạo cơ bản chung là giống nhau. Theo tôi tất cả các sensor điều có cấu tạo chung được chia làm 3 phần sau :

Phần 1 : Vỏ bảo vệ cảm biến, có cấu bằng nhựa hoặc kim loại tùy vào loại cảm biến. Phần vỏ có tác dụng bảo vệ các phần bên trong của cảm biến.

Phần 2 : Bộ máy phát hay còn gọi là bộ phận cảm nhận của cảm biến nói chúng. Ví dụ : cảm biến siêu âm sẽ phát ra sóng siêu âm, cảm biến nhiệt độ sẽ có phần đầu dò cảm nhận nhiệt độ.

Phần 3 : Bộ chuyển đổi tín hiệu từ phần số 2 thành tín hiệu điện (còn được gọi là bộ vi xử lý tín hiệu hoặc bộ não của cảm biến). Tín hiệu điện có thể là tín hiệu 4-20mA, hoặc tín hiệu ON-OFF

Phạm vi ứng dụng của sensor

Ứng dụng của sensor sẽ tùy thuộc vào môi trường mà nó được sử dụng và cách dễ dàng biết được ứng dụng của chúng nhất chính là dựa vào cái tên. Thường các loại sensor sẽ có các tên riêng tương ứng với khả năng hoạt động của chúng. Ví dụ như cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ, cảm biến áp suất được dùng để đo áp suất hay áp lực,…

Vì sensor là một cụm từ chung để chỉ các loại thiết bị có khả năng đo lường và giám sát, bên cạnh đó thì các loại sensor chuyên dụng sẽ có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau. Thế nên để có thể nói đến các ứng dụng của sensor chúng ta hoàn toàn không thể nói hết trong một phần của bài viết. Thay vào đó mình sẽ đề đập kỹ hơn vấn đề này trong phần phân loại các sensor phổ biến trên thị trường hiện nay nhé.

Có các loại sensor nào

Trong phần này mình sẽ giới thiệu đến các bạn các loại sensor được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay mà mình biết. bên cạnh đó thì mình sẽ cung cấp thêm các thông tin liên quan như phạm vi ứng dụng, cấu tạo (nếu có), nguyên lý hoạt động, các thông số cơ bản,…để các bạn có thể dễ dàng hình dung hơn về từng loại nhé. Cụ thể thì chúng ta sẽ có các loại như:

Temperature sensor

Temperature sensor hay còn gọi là cảm biến nhiệt độ, đây là một dòng sensor được khá nhiều bạn biết đến về mức độ ứng dụng rộng rãi của chúng. Cảm biến nhiệt độ là một trong những cảm biến thường gặp nhiều nhất trong tất cả các lĩnh vực: y tế, khí tượng thủy văn, đo nhiệt độ cơ thể, nhiệt độ nước, đo độ ẩm không khí,…

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của các loại cảm biến nhiệt độ hiện nay đó là trong ứng dụng công nghiệp và chế tạo. Chúng ta cần đo lường nhiệt độ trong các ứng dụng có nhiệt độ cao, vừa và thấp tùy vào môi trường mà chúng ta ứng dụng có mức nhiệt trong khoảng bao nhiêu. Tuy nhiên thì theo mình thấy dòng cảm biến nhiệt độ được dùng nhiều nhất đó là cảm biến nhiệt độ PT100. Với thang đo trong khoảng 0-600°C cho phép chúng ta có thể ứng dụng trong hầu hết các loại môi trường có mức nhiệt thường thấy nhất.

Bên cạnh đó Temperature sensor còn được ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ sau thu hoạch. Đặc biệt là trong các ứng dụng bảo quản nông sản sau thu hoạch. Như chúng ta đã biết thì nông sản cần bảo quản tại một nhiệt độ phù hợp, thường là bảo quản trong phòng lạnh. Chúng ta cũng có thể thấy trong các xe container có thùng lạnh thường sẽ chuyên chở các loại thực phẩm, hải sản, trái cây, rau quả,…Chúng cần đo giám sát nhiệt độ thông qua các cảm biến để đảm bảo mức nhiệt phù hợp.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ

Thông thường một cảm biến nhiệt độ sẽ có 4 bộ phận như sau:

• Là bộ phận cảm biến (thường gọi là đầu dò) là nơi tiếp xúc với vật liệu cần đo.
• Là các cổng kết nối dùng để đấu dây như nguồn hay đấu dây sang bộ chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA, vv…
• Là bộ phận bảo vệ đầu đo cảm biến, nó thường được làm bằng INOX. Có rất nhiều kích thước để chúng ta lựa chọn như 6mm, 8mm, 10mm, 15mm, vv…
• Là nắp bảo vệ các mối đấu dây điện giúp chống các tác nhân gây hại như nước, bụi, vv…

Pressure sensor

Pressure sensor hay còn gọi là cảm biến áp suất, đây cũng một trong những loại cảm biến được tin dùng phổ biến hiện nay. Vì nhu cầu đo áp suất trong các ứng dụng thủy lực, khí nén hay các ứng dụng áp suất khác cũng rất cao. Chúng ta thường có các loại cảm biến áp suất như:

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

Mỗi loại sẽ có một ứng dụng riêng, chúng đều được sử dụng rộng rãi như nhau cả. Tùy vào ứng dụng mà ta có các loại có đồng hồ hiển thị hay không có đồng hồ hiển thị. Các loại cảm biến áp suất hiện nay chúng thường được cấu tạo khá giống nhau về mặt hình dáng cũng như vật liệu cấu thành. Khác nhau có lẽ là ở hãng sản xuất và khoảng đo của cảm biến. Với hãng JSP – Cộng Hòa Séc chúng ta sẽ có các loại cảm biến áp suất có các khoảng đo như -1÷0Bar,0÷250mBar, 0÷6Bar, 0÷10Bar, 0÷16Bar, 0÷40Bar, 0÷60Bar, 0÷100Bar, 0÷250Bar, 0÷400Bar,…

Ứng dụng của cảm biến áp suất

Ở trên mình cũng đã có giới thiệu sơ lược về ứng dụng của Pressure sensor hay còn gọi là cảm biến áp suất, tuy nhiên thì trong phần này mình sẽ nêu chi tiết hơn cụ thể là cảm biến dùng để:

• Đo áp suất khí nén
• Đo áp suất thủy lực
• Đo áp suất nước
• Đo áp suất dầu
• Đo áp suất trong các hệ thống ống dẫn
• Đo áp suất chân không
• Đo áp suất trong các ứng dụng khác.

Cấu tạo của cảm biến áp suất

• Lớp màng cảm biến: Đây là bộ phận 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. Các dòng cảm biến có dãy đo khác nhau thì sẽ có lớp màng cảm biến khác nhau để phù hợp với mức áp suất cần đo. Việc cảm biến sai số nhiều hay ít còn tùy thuộc rất nhiều vào loại vật liệu mà ta dùng làm cảm biến đấy. Chính vì thế giá cả của cảm biến sẽ phụ thuộc vào chất liệu của lớp màng này, thường chúng sẽ được làm bằng Ceramic hay thép không gỉ (INOX),…
• Bộ phận transmitter: Đây là bộ phận chuyên xử lý các tín hiệu từ lớp màng truyền về để chuyển chúng thành các dạng tín hiệu ngõ ra. Chúng ta thường sẽ có các ngõ ra dạng 2 dây như 4-20ma, 0-20ma, 0-5V, 0-10V,…Với các tín hiệu nay, cảm biến cho phép chúng ta truyền về các loại thiết bị hỗ trợ khác như PLC hay màn hình hiển thị.
• Lớp vỏ bảo vệ cảm biến: Là một lớp bảo vệ các bộ phận quan trọng bên trong để tránh bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Chống lại các tác nhân từ bên ngoài gây ảnh hưởng đến các mạch điện, bộ phận xử lý bên trong. Nên nó phải được làm bằng các loại vật liệu đặc biệt như INOX 304, INOX 316,…
• Bộ phận tiếp điểm: Là cổng kết nối ra bên ngoài các thiết bị nhận thông tin từ cảm biến. Chúng được dùng trong việc đấu dây đến các bộ chuyển tín hiệu, bộ hiển thị áp suất hay dùng để điều khiển một quá trình nào đó trong một máy hay một dây

Cảm biến đo mức

Cảm biến đo mức hay còn gọi là cảm biến báo mức là một cái tên khá quen thuộc đối với các anh em đang công tác trong các lĩnh vực tự động hóa. Có thể nói mức độ ứng dụng của loại này cũng rộng không kém so với 2 dòng sensor bên trên. Tuy nhiên vì chúng có rất nhiều loại khác nhau nên mình chỉ giới thiệu một cách ngắn gọn. Theo cá nhân mình thì có lẽ cảm biến đo mức sẽ được chia ra làm 2 loại có là cảm biến đo mức liên tục và cảm biến báo đầy báo cạn. Cụ thể thì các bạn tham khảo tiếp nhé.

Cảm biến đo mức liên tục:

Các dòng cảm biến đo mức dạng liên tục cho phép chúng ta đo lường các mức vật chất tại bất kì thời điểm nào trong khoảng từ 0-100% giá trị khoảng đo. Có nghĩa là với một thùng chứa nước chúng ta hoàn toàn có thể giám sát được bất kì mức nước trong từng khoảng thời gian cụ thể. Ứng dụng này cũng tương tự như khi chúng ta quan sát giá trị pin trên điện thoại vậy.

Về ứng dụng thì theo mình thấy các loại cảm biến dạng đo lường liên tục sẽ có nhiều môi trường để ứng dụng như chất rắn, chất lỏng, chất có dạng bột, dạng hạt, dạng bột nhão và thậm chí là cả axit, hóa chất độc hại,…Còn về phân loại thì theo mình thấy chúng ta sẽ có các loại cảm biến liên tục như:

• Cảm biến đo mức radar dạng dây và dạng sóng
• Cảm biến đo mức siêu âm
• Cảm biến đo mức thủy tĩnh
• Cảm biến đo mức điện dung

Cảm biến báo đầy báo cạn:

Các dòng cảm biến đo mức dạng báo đầy báo cạn thì thường có phạm vi ứng dụng hẹp hơn một chút so với các dòng đo mức liên tục. Đặc điểm của các dòng này là chỉ có khả năng báo đầy hoặc báo cạn mà thôi, chúng sẽ không thể báo mức tại bất kì vị trí nào trong thùng chứa cả. Thay vào đó sẽ báo mức ngay tại vị trí mà chúng ta lắp đặt cảm biến.

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

• Cảm biến đo mức dạng xoay
• Cảm biến đo mức dạng rung
• Cảm biến đo mức tiệm cận (điện dung)

Các loại cảm biến khác

Bên cạnh đó thì chúng ta còn có một số loại cảm biến khác mà mình chưa thể nói cụ thể trong bài viết này, tuy nhiên thì mình đã có chia sẻ trong các bài viết trước. Các bạn có thể tham khảo các loại cảm biến khác thông qua liệt kê dưới đây.

• Cảm biến đo chênh áp
• Cảm biến đo độ ẩm