Cảm Biến Từ: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng

Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến được sử dụng trong đời sống và sản xuất. Một trong đó là cảm biến từ, thiết bị được ứng dụng khá rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp và kinh doanh, tiêu dùng. Tuy vậy vẫn có không ít người còn thắc mắc về cảm biến từ là gì ? Nó hoạt động mang lại hiệu quả ra sao? Hãy cùng Hunonic tìm hiểu sâu hơn về cảm biến từ qua bài viết dưới đây nhé.

Khái niệm về cảm biến từ

Cảm biến từ là gì?

Cảm biến từ là thiết bị điện tử thuộc nhóm cảm biến tiệm cận; hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Có khả năng phát hiện ra vật thể mang từ tính ở khoảng cách gần (vài mm đến vài chục mm) mà không cần tiếp xúc .

Cảm biến từ sẽ tạo ra từ trường xung quanh nó. Khi đó nếu bất kì vật thể kim loại nào xuất hiện gần khu vực đó sẽ bị từ trường phát hiện; sau đó đưa tín hiệu báo về trung tâm.

Cảm biến từ có cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của cảm biến từ thường bao gồm các thành phần chính như sau:

• Cuộn cảm: Là bộ phận cho phép dòng điện chạy qua. Được ghép nối tiếp hay ghép song song với tụ để tạo thành một mạch cộng hưởng. 

• Bộ cảm ứng và xử lý tín hiệu: Các thông tin được thu nhận và xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng nhằm phục vụ các nhu cầu nghiên cứu trong khoa học kỹ thuật của người dùng.

• Ngõ ra điều khiển: Bộ phận giám sát và điều khiển các quá trình diễn

Nguyên lý hoạt động của  cảm biến từ

Cảm biến từ có nguyên lý hoạt động như sau:

Khi được cung cấp nguồn, dòng điện sẽ đi qua một mạch chứa cuộn cảm, do vậy mà từ trường xuyên qua nó sẽ biến thiên (thay đổi). Hiệu ứng này được sử dụng để nhận diện các vật thể kim loại đang tương tác với từ trường. Các chất khác như: chất lỏng hoặc bụi bẩn sẽ không có tương tác với từ trường. Vì vậy, cảm biến từ có thể hoạt động khá tốt trong môi trường có nhiều bụi hoặc trong điều kiện thời tiết ẩm ướt.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ

Cảm biến từ có kích thước và tiết diện càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh. Có nghĩa rằng khoảng diện tích mà nó có thể phát hiện ra vật thể càng lớn, từ đó hiệu quả sử dụng mà nó mang lại sẽ cao hơn.

Ưu điểm của cảm biến từ là gì?

Cảm biến từ sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, có thể kể đến như sau:

• Là thiết bị có thể hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, thậm chí là trong thời tiết khắc nghiệt.

• Cảm biến từ thuộc dòng cảm biến có tuổi thọ cao, bạn có thể thoải mái sử dụng trong một thời gian dài. 

• Cảm biến từ được cấu tạo tương đối đơn giản nên quá trình lắp đặt và sử dụng cũng khá dễ dàng và nhanh chóng. 

• Chi phí mua và lắp đặt khi sử dụng cảm biến từ là khá rẻ.

Các loại cảm biến từ

Phân loại cảm biến dựa vào giá trị của từ trường. 

Gồm 3 loại cảm biến như sau:

Cảm biến trường thấp

Là loại cảm biến được sử dụng để phát hiện các giá trị nhỏ của từ trường như 1uG (1 Gauss bằng 10-4 Tesla). Các ứng dụng của cảm biến trường thấp chủ yếu bao gồm trong nghiên cứu khoa học, y tế.

Cảm biến trường trái đất

Cảm biến sử dụng từ trường của trái đất trong một số ứng dụng trong các phương tiện, phát hiện điều hướng .

Phạm vi từ tính của loại cảm biến này nằm trong khoảng từ 1uG đến 10 G. 

Cảm biến trường nam châm

Là những cảm biến được sử dụng để cảm nhận các từ trường cỡ lớn, trên 10 Gauss. Đa số các cảm biến được sử dụng trong các ngành công nghiệp là cảm biến trường nam châm, dùng nam châm vĩnh cửu giống như một nguồn của từ trường. Những nam châm này sẽ nhận diện được từ tính của các vật thể sắt từ gần với cảm biến.

Ngoài cách phân loại trên, cảm biến từ còn có thể phân loại theo hình dáng hoặc theo cấu trúc

Phân loại theo hình dáng: Gồm cảm biến từ hình trụ và hình hộp.

Phân loại theo cấu trúc

Loại có bảo vệ

Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh do từ trường chỉ tập trung ở mặt trước của cảm biến. Cũng vì điều này mà khả năng và phạm vi hoạt động của cảm biến bị thu hẹp lại, phạm vi phát hiện vật thể chỉ còn vài milimet. 

Loại không có bảo vệ

Có phạm vi phát hiện vật thể xa hơn, rộng hơn vì khoảng không trước mặt cảm biến không bị che phủ. Tuy nhiên, loại cảm biến này sẽ dễ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh nhiều hơn, nhất là khi khu vực đó có nhiều kim loại khác nhau.

Ứng dụng của cảm biến từ

Bếp từ dùng để đun nấu

Hiện nay rất nhiều gia đình đã lựa chọn sử dụng bếp từ thay vì sử dụng bếp gas để nấu ăn. Cảm biến từ được thiết kế trong loại bếp này được đánh giá là an toàn và thân thiện với sức khỏe con người cũng như môi trường hơn.

Bếp từ sinh ra lượng nhiệt để làm nóng nồi nấu dựa vào hiện tượng cảm ứng từ thay vì dẫn nhiệt từ lửa hoặc các bộ phận làm nóng bằng điện. Do tác dụng của dòng điện xoay chiều, sẽ gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt và làm nóng phần đáy nồi cùng các loại thức ăn bên trong. Dòng điện cảm ứng chỉ làm nóng trực tiếp các dụng cụ nấu ăn bằng vật liệu từ nên nhiệt độ được tăng lên rất nhanh. Giúp tiết kiệm năng lượng và thời gian hiệu quả.

Đèn huỳnh quang

Trong các thiết bị chiếu sáng thì đèn huỳnh quang khá phổ biến. Chấn lưu bên trong loại bóng phát sáng này được chế tạo với cảm biến từ. Khi cấp điện, một dòng điện cao áp trên 2 đầu bóng đèn sẽ phóng điện và tác động vào bột huỳnh quang và giúp đèn phát sáng.

Máy phát cung cấp điện

Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Bộ phận quan trọng nhất trong quá trình vận hành của của máy phát điện đó chính là một cuộn dây từ trường. Cơ chế hoạt động của máy phát điện đó là tạo ra từ trường biến thiên liên tục bên trong cuộn dây để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Các thiết bị chữa bệnh

Điện từ trường đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các thiết bị y tế hiện đại hiện nay. Cảm biến từ được gắn trong các thiết bị này, áp dụng trong những phương pháp điều trị như: tăng thân nhiệt cho các bệnh nhân ung thư, cấy ghép tế bào hay chụp cộng hưởng từ (MRI).

Máy hút bụi mạnh

Các loại máy hút bụi hiện nay hầu hết sử dụng 2 loại động cơ phổ biến là động cơ chổi than và động cơ cảm ứng từ. Với những dòng máy hút bụi được trang bị động cơ cảm ứng từ sẽ có khả năng làm việc hiệu quả, chính xác và độ bền bỉ cao hơn

Do độ dày của tạp chất

Có thể sử dụng các cảm biến từ để đo độ dày tạp chất bám vào thành ống sắt từ, hay các vật liệu từ khác.

Phát hiện vật bằng kim loại

Do có khả năng nhận diện của vật liệu từ khi tương tác với từ trường. Cảm biến từ là một trong số những loại cảm biến tiệm cận được sử dụng rộng rãi nhằm phát hiện kim loại, các chi tiết máy hay nhận diện vị trí các bộ phận trong nhà máy sản xuất,…

Đếm số lượng, phân loại sản phẩm 

Cảm biến từ thường sử dụng trong các dây chuyền sản xuất nước giải khát, thực phẩm đóng hộp; đếm sản phẩm, linh kiện điện tử, sản xuất linh kiện.

Một số ứng dụng của cảm biến từ

Cảm biến từ trong an ninh

Cảm biến từ có thể được sử dụng lắp đặt ở các loại cửa ra vào, cửa sổ, là một giải pháp trong các hệ thống an ninh gia đình. Bộ cảm biến gắn trên cửa hoặc cửa sổ hoặc cửa sổ gần cảm biến. Khi cửa hoặc cửa sổ mở ra, cảm biến sẽ phát hiện sự vắng mặt của từ trường và truyền tin hiệu  đến hệ thống an ninh. 

Những hãng cảm biến từ nổi tiếng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều mẫu mã cảm biến từ với đặc điểm và giá thành khác nhau. Một số thương hiệu có thể kể đến như:

Thương hiệu Omron, Keyence từ Nhật Bản.

Cảm biến từ Omron TL-N20ME1 2M 

Thương hiệu Autonics, Hanyoung từ Hàn Quốc

Cảm biến từ Autonics PSN17-5DN

Thương hiệu IFM từ Châu Âu (Đức).

Lời kết: Hy vọng những chia sẻ trên đây đã giúp cho bạn hiểu rõ về cảm biến từ là gì, cách phân loại và lựa chọn cảm biến từ chất lượng trên thị trường. Nếu vẫn còn băn khoăn về các sản phẩm cảm biến, hãy liên hệ với chúng tôi tại Hunonic.com để được hỗ trợ tốt nhất nhé!