Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến từ

Tiếp tục tìm hiểu về các loại cảm biến. Bài viết này BKAII cùng các bạn tìm hiểu khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến từ nhé!

Cảm biến từ có tên tiếng Anh là Inductive Sensor được phân vào nhóm cảm biến tiệm cận từ (Proximity Sensor), là thiết bị dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nó phát hiện ra vật thể mang từ tính (chủ yếu là sắt) không tiếp xúc, ở khoảng cách gần (vài mm đến vài chục mm).

Hiểu một cách đơn giản, 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.

Phân loại cảm biến từ

Phân loại cảm biến từ theo các tiêu chí sau đây:

Theo hình dáng: cảm biến từ hình trụ và hình hộp

Theo cấu tạo: cảm biến từ có bảo vệ (shield) và không có bảo vệ (un-shield)

• Loại có bảo vệ: Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh do từ trường chỉ tập trung trước mặt cảm biến. Tuy nhiên, điều này lại ảnh hưởng rất lớn đến khả năng và phạm vi hoạt động của cảm biến, khiến thiết bị này bị thu hẹp phạm vi phát hiện vật thể chỉ còn vài milimet.

• Loại không có bảo vệ: Phạm vi phát hiện vật thể xa hơn, tốt hơn vì khoảng không trước mặt cảm biến không bị che phủ. Tuy nhiên, điều này lại khiến cho cảm biến dễ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh nhiều hơn, nhất là khi khu vực đó có nhiều kim loại khác nhau.

Theo sự phát hiện khác biệt của cảm biến từ tính:

• Cảm biến trường thấp: Loại cảm biến này có khả năng phát hiện các giá trị cực thấp. Do đó, thường được ứng dụng trong các ngành cần độ chính xác cực cao, sai số cực nhỏ như y tế, công nghệ hạt nhân.

• Cảm biến trường Trái đất: Loại cảm biến này sử dụng từ trường của Trái đất và thường được ứng dụng trong phương tiện và phát hiện điều hướng.

• Cảm biến từ trường nam châm: Loại cảm biến này thường được sử dụng để cảm nhận từ trường cực lớn. Các cảm biến này chủ yếu bao gồm các thiết bị hội trường, cảm biến GMR và công tắc sậy.

Ngoài ra, cảm biến từ còn được phân loại theo các thông số khác như: nguồn cấp, ngõ ra, phạm vi phát hiện, tần số đáp ứng, kích thước lắp, kiểu đấu nối, cảm biến từ 2 dây, 3 dây hoặc 4 dây…

Cấu tạo

Một cảm biến từ cơ bản thường có cấu tạo bao gồm các thành phần chính như sau:

• Cuộn cảm: Là vật dụng được dùng để dẫn truyền dòng điện một chiều. Ghép nối tiếp hay ghép song song với tụ để tạo thành một mạch cộng hưởng.

• Bộ cảm ứng và xử lý các tín hiệu: Tại đây, các thông tin được 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.

• Ngõ ra điều khiển: Giám sát và điều khiển các quá trình diễn ra.

Nguyên lý hoạt động

Được vận hành theo nguyên lý cảm biến từ trường. Khi được cấp nguồn, dòng điện sẽ chạy qua một mạch chứa cuộn cảm khi từ trường xuyên qua nó biến đổi. Nguyên lý cảm biến từ này thường được sử dụng để phát hiện các vật thể kim loại tương tác với từ trường. Các chất phi kim loại như chất lỏng, nước hoặc bụi bẩn sẽ không tương tác với từ trường. Do đó, cảm biến từ có thể hoạt động tốt trong môi trường bụi bẩn hoặc ẩm ướt.

Ngoài ra, cảm biến từ có kích thước và thiết diện càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh, phạm vi phát hiện vật thể càng lớn, hiệu quả sử dụng càng cao và ngược lại.

Ưu điểm nổi bật của cảm biến từ

• Cảm biến từ được sử dụng tương đối rộng rãi bởi nó sở hữu nhiều điểm nổi bật, có thể kể đến như sau:

• Cảm biến từ có thể hoạt động bình thường trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, thậm chí là trong thời tiết khắc nghiệt nhất.

• So sánh với các loại cảm biến khác thì cảm biến từ có tuổi thọ dài hơn nhiều, bạn có thể thoải mái sử dụng trong một thời gian dài.

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

• Chi phí sử dụng khá rẻ.

Ứng dụng

Các thiết bị cảm ứng từ được ứng dụng rất phổ biến trong đời sống hiện nay, đặc biệt là trong các loại máy móc gia dụng điện tử và thiết bị công nghiệp phục vụ lĩnh vực sản xuất, vệ sinh.

Bếp từ dùng để đun nấu

So với việc sử dụng bếp gas để nấu ăn thì các thiết bị đun nấu ứng dụng cảm biến từ như bếp từ được đánh giá là an toàn và thân thiện với sức khỏe con người cũng như môi trường hơn rất nhiều.Bên trong bếp từ có một cuộn dây đồng được đặt ở dưới vật liệu cách nhiệt, sẽ có một dòng điện xoay chiều được đi qua dây đồng này. 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.

Đèn điện huỳnh quang

Chấn lưu bên trong loại bóng phát sáng này được chế tạo dựa trên nguyên lý điện từ. Khi bật điện, một dòng cao áp trên 2 đầu bóng đèn sẽ phóng điện sang đèn kết hợp với tác động của bột huỳnh quang và giúp đèn phát sáng.

Máy phát điện

Thiết bị này hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra dòng điện. Bộ phận quan trọng nhất ảnh hưởng đến 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 bên trong cuộn dây với tốc độ không thay đổi để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Các thiết bị, máy móc y tế

Điện từ trường đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các thiết bị y tế tiên tiến hiện đại. Nó được 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 công suất lớn

Đa phần các mẫu máy vệ sinh hút bụi hiện nay đều sử dụng 2 loại động cơ phổ biến là động cơ chổi than và động cơ cảm ứng từ. Trong đó, những model máy hút bụi được trang bị động cơ cảm ứng từ sẽ có độ bền bỉ cao hơn, hiệu quả làm việc từ đó cũng được nâng cao.

Trên đây là một vài tìm hiểu của BKAII về cảm ứng từ. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin các bạn liên hệ BKAII nhé!

Xem thêm

“BKAII – Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!”