Sensor là gì? Tổng quan về các loại cảm biến thông dụng

Sensor là gì?

Sensor (hay cảm biến) là một thiết bị cảm nhận, phát hiện và phản hồi với một số loạt đầu vào từ môi trường vật lý. Một đầu vào cụ thể có thể là ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động, áp suất,.. v.v. từ các loại môi trường khác nhau sẽ có các loại cảm biến tương thích. Đầu ra của cảm biến (tín hiệu phản hồi) là tín hiệu được chuyển đổi thành các giá trị có thể đọc được trên màn hình hiển thị hoặc được truyền vào các bộ điều khiển (PLC, PAC,..), bộ xử lý để đọc hoặc xử lý thêm.

Phân loại cảm biến (sensor)

Theo môi trường

• Cảm biến trong môi trường rắn
• Cảm biến trong môi trường lỏng
• Cảm biến trong môi trường khí

Theo cách đo, phương pháp đo (tiếp xúc & không tiếp xúc)

• Cảm biến siêu âm
• Cảm biến điện dung
• Cảm biến radar
• Cảm biến hồng ngoại
• Cảm biến quang học
• Cảm biến cơ học
• Cảm biến tiệm cận
• Cảm biến cảm ứng

Theo tính năng, ứng dụng

• Cảm biến nhiệt độ: Pt100, Pt1000, RTD, Thermistors, IC,..
• Cảm biến độ ẩm
• Cảm biến áp suất
• Cảm biến mức
• Cảm biến PH
• Cảm biến CO2
• Cảm biến Clo
• Cảm biến Carbon
• Cảm biến độ đục
• Cảm biến độ dẫn điện
• Cảm biến Oxy
• Cảm biến Hydro
• Cảm biến Nitơ
• Cảm biến Ozone
• Cảm biến khói
• Cảm biến hình ảnh
• Cảm biến phát hiện chuyển động
• Cảm biến khoảng cách (vị trí)
• Cảm biến đo biến dạng
• Cảm biến độ nghiêng
• Cảm biến tốc độ
• Cảm biến lưu lượng
• Cảm biến gia tốc
• Cảm biến ánh sáng

Chúng ta cùng đi tìm hiểu và khám phá cụ thể một số ít cảm ứng nhé !

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor)

Các cảm ứng phổ cập và thông dụng nhất được dùng để đo nhiệt độ gồm có : cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, RTD và đầu dò nhiệt độ hồng ngoại .

Bảng so sánh đặc điểm chính của một số cảm biến nhiệt độ

Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Cặp nhiệt điện là loại cảm ứng nhiệt độ thông dụng nhất bởi ngân sách và độ đáng tin cậy tương đối thấp. Các cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng Seebeck, chứng tỏ rằng khi một cặp sắt kẽm kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau ở mỗi đầu chịu sự đổi khác của nhiệt độ, chúng sẽ tạo ra một hiệu điện thế nhỏ .
Ghép nối những loại sắt kẽm kim loại khác nhau cho tất cả chúng ta nhiều dải đo khác nhau. Chúng được gọi là “ loại ”. Một loại rất thông dụng là Loại K, tích hợp giữa chromel và alumel, dẫn đến dải đo rộng từ − 200 °C đến + 1350 °C ( − 330 °F đến + 2460 °F ). Các loại phổ cập khác là J, T, E, R, S, B, N và C .
Các loại cặp nhiệt điện J, K, T và E còn được gọi là Cặp nhiệt điện sắt kẽm kim loại cơ bản. Cặp nhiệt điện Loại R, S và B được gọi là Cặp nhiệt điện sắt kẽm kim loại quý, được sử dụng trong những ứng dụng nhiệt độ cao
Đầu ra từ cặp nhiệt điện phải được tuyến tính hóa bởi mạng lưới hệ thống đo .
Nó cũng phải được tham chiếu bằng cách sử dụng Cold Junction Compensation ( CJC ). “ Điểm nối nóng ” là đầu đo của cụm cặp nhiệt điện và đầu kia là điểm nối lạnh, nơi thường đặt tham chiếu. Sự bù mối nối lạnh vô hiệu tác động ảnh hưởng của điện áp được tạo ra bởi những mối nối lạnh này để đo nhiệt độ đúng chuẩn hơn .

Cảm biến nhiệt độ RTD

So với cặp nhiệt điện, RTD ( Resistance Temperature Detector ) thường tuyến tính hơn và không bị trôi trong khoanh vùng phạm vi đo của nó. Tuy nhiên, do hàm lượng bạch kim và cấu trúc phức tạp hơn, chúng đắt hơn cặp nhiệt điện .
Bạn thường thấy RTD được sử dụng trong những ứng dụng như dược phẩm, nơi phải thực thi những phép đo nhiệt độ đúng chuẩn trong một thời hạn dài. Tuy nhiên, chúng không giao động trên 600 °C, vì thế cặp nhiệt điện là lựa chọn tốt hơn cho những ứng dụng “ tiếp xúc ” với nhiệt độ cao .
Không giống như cặp nhiệt điện tự cấp nguồn, RTD phải được cấp nguồn bởi mạng lưới hệ thống đo .
RTD đo nhiệt độ trải qua điện trở biến hóa theo kiểu tuyến tính cao so với nhiệt độ. Mặc dù về cốt lõi của nó, RTD là cảm ứng 2 dây, việc bổ trợ thêm một hoặc thậm chí còn hai dây ( móc nối 3 và 4 dây ) phân phối năng lực bù trừ tốt hơn chống tự sinh nhiệt và điện trở dây dẫn .

Điện trở nhiệt (Thermistor)

Một thermistor là một phần của chất bán dẫn làm bằng oxit sắt kẽm kim loại được ép thành một hạt nhỏ, dạng đĩa, wafer, hoặc hình dạng khác và thiêu kết ở nhiệt độ cao. Cuối cùng, chúng được phủ bằng epoxy hoặc thủy tinh .
Khi một dòng điện chạy qua một điện trở nhiệt, sau đó bạn hoàn toàn có thể đọc điện áp trên điện trở nhiệt và xác lập nhiệt độ của nó. Một nhiệt điện trở thường có điện trở 2000 Ω ở 25 °C. Hệ số nhiệt độ 3,9 Tỷ Lệ .
Nhiệt điện trở không đắt và có phản ứng nhanh, nhưng chúng không tuyến tính, có khoanh vùng phạm vi hạn chế, tương đối dễ vỡ trừ khi được gắn bên trong một đầu dò để bảo vệ .

Ưu và nhược điểm của một số cảm biến nhiệt độ

Cảm biến đo biến dạng (Strain Gage Sensor)

Khi một cảm ứng đo biến dạng ( hay còn gọi là “ máy đo biến dạng ” ) được chỉnh sửa đúng chuẩn và dán vào một vật thể đang thử nghiệm và tất cả chúng ta tính năng lực lên vật thể bằng cách uốn cong hoặc vặn nó, lực cản của máy đo biến dạng sẽ đổi khác tuyến tính và khi đó tất cả chúng ta hoàn toàn có thể đo lường và thống kê nó. Chúng ta cũng hoàn toàn có thể vận dụng toán học để tính biến dạng và những lực khác .

Ưu điểm của cảm biến đo biến dạng

• Giá thành không cao
• Ổn định trong cả phép đo tĩnh và động
• Có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng

Nhược điểm của cảm biến đo biến dạng

• Yêu cầu có kiến thức chuyên môn để cài đặt và lắp đặt
• Yêu cầu hiệu chỉnh tín hiệu tương đối phức tạp
• Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến các phép đo

Ứng dụng cảm biến đo biến dạng

• Đo độ căng và ứng suất
• Các phép đo trọng lượng và tải trọng
• Đo lực
• Các phép đo chấn động và rung

Cảm biến lực (Load Cell Sensor)

Nếu tất cả chúng ta triển khai thêm một bước nữa và gắn cố định và thắt chặt bốn cảm ứng đo biến dạng vào một phần cứng có hình dạng nhất định, chúng sẽ tạo ra một cảm ứng khác gọi là Load Cell. Đây thực ra là một cảm ứng lực hoặc áp suất .
Load Cell thông dụng nhất là những cảm ứng được lắp ráp ở dưới cùng của một mạng lưới hệ thống. Khi bạn bước lên cân và tạo ra lực nén cho những Load Cell, chúng tạo ra sự biến hóa về điện trở mà bộ vi điều khiển và tinh chỉnh giám sát và quy đổi thành giá trị tính bằng kg ( lbs ) .
Load Cell dạng “ thanh ” hoặc “ dầm uốn ” thường được sử dụng cho những ứng dụng cân công nghiệp. Một đầu của thanh được cố định và thắt chặt vào một cấu trúc, trong khi một lực được tính năng vào đầu tự do của cảm ứng .
Lực này làm cho bốn đồng hồ đeo tay đo biến dạng được tích hợp trên cùng, dưới cùng và mỗi đầu của cảm ứng lực lê dài hoặc nén tùy thuộc vào mức độ công dụng hoặc vô hiệu lực làm biến hóa lực căng của cấu trúc load cell. Những biến hóa nhỏ này từ thiết bị đo biến dạng hoàn toàn có thể thuận tiện chuyển thành khối lượng .
Load Cell có nhiều hình dạng và kích cỡ : một số ít dùng cho khoảng trống rất nhỏ và tải trọng nhỏ, một số ít khác dùng cho tải trọng lớn hàng trăm nghìn tấn, v.v.

Ưu điểm của Load Cell

• Các phép đo chính xác và có thể lặp lại
• Từ tải rất nhỏ đến hàng trăm nghìn kg
• Có sẵn nhiều hình dạng và kích thước cho nhiều ứng dụng

Nhược điểm của Load Cell

• Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường
• Yêu cầu hiệu chỉnh tín hiệu cảm biến tương đối phức tạp và tốn kém

Ứng dụng của Load Cell

• Kiểm tra vật liệu: cân các bộ phận khi chúng được sản xuất để đảm bảo tính nhất quán
• Hàng không vũ trụ: đo lực đẩy động cơ phản lực, tải trọng lên bánh xe và gầm xe
• Hàng hải: đo sức căng dây neo
• Giao thông vận tải: đo mô-men xoắn trên động cơ, trạm cân xe tải trên đường cao tốc
• Công nghiệp: đo lực căng và lực trong các nhà máy giấy và kim loại
• Y tế/Chăm sóc sức khỏe: cân lồng ấp cho trẻ sơ sinh, thiết bị vật lý trị liệu.
• Hạ tầng: đo lực cáp trong thang máy, lực trên giàn giáo
• Dụng cụ thể thao: kiểm tra độ căng của cáp trên cáp dùng để cẩu người nhào lộn
• Hóa dầu: đo lực trên các công cụ khoan dầu khí
• Trồng trọt và chăn nuôi: cân gia súc, phễu, thùng chứa và cân silo
• Gia dụng: cân kỹ thuật số, cân thực phẩm nhà bếp

Cảm biến vị trí (LVDT Sensor)

LVDT ( linear variable differential transformer – Biến áp vi sai biến thiên tuyến tính ) được sử dụng để đo di dời / vị trí tuyến tính trong khoảng cách tương đối ngắn. Chúng gồm có một ống hình tròn trụ, bên trong có chứa một thanh đo. Phần đế của ống được gắn vào một vị trí cố định và thắt chặt, và phần cuối của thanh được gắn vào một vật gì đó hoạt động .
Khi thanh được kéo ra khỏi ống hoặc trượt trở lại, cảm ứng sẽ xuất ra tín hiệu bộc lộ cho vị trí của thanh từ điểm khởi đầu đến độ lệch tối đa của nó. Thanh không chạm vào bên trong ống, khiến nó phần nhiều không có ma sát và thành phần cấu trúc LVDT không chứa linh phụ kiện điện tử, khiến nó được sử dụng phổ cập trong môi trường tự nhiên khắc nghiệt .

Ưu điểm cảm biến LVDT

• Các phép đo có độ chính xác cao và có thể lặp lại
• Tuổi thọ cao do hoạt động hầu như không ma sát
• Có sẵn từ rất micromet đến 0,7 m
• Đầu ra tuyệt đối
• Có nhiều loại và kích cỡ dành cho các ứng dụng khác nhau

Nhược điểm cảm biến LVDT

• Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường
• Yêu cầu kích thích AC

Ứng dụng của cảm biến LVDT

• Hàng ngàn ứng dụng đo lường công nghiệp, nhà máy và quy trình
• Hàng không vũ trụ: kiểm tra bề mặt điều khiển và truyền động
• Giao thông vận tải: giám sát chiều cao hành trình giữa xe tải và thùng xe lửa
• Hóa dầu: định vị dụng cụ khoan

Cảm biến độ rung (Vibration Sensor – Accelerometer)

Gia tốc kế ( Accelerometer ) được sử dụng để đo độ rung và độ sốc trên máy móc và về cơ bản là bất kỳ thứ gì hoạt động đều hoàn toàn có thể tạo ra độ rung. Đầu ra của chúng cũng hoàn toàn có thể được tích hợp kép để đo lường và thống kê độ di dời và tốc độ .
Gia tốc kế để thực thi những phép đo động thường dựa trên nguyên tắc áp điện : khi một tinh thể thạch anh bị đặt dưới áp lực đè nén, nó sẽ giải phóng một dòng ion tích điện tỷ suất với ứng suất. Các cảm ứng này được liên kết với bộ tinh chỉnh và điều khiển tín hiệu loại sạc. Một loại phổ cập hơn nữa là cảm ứng IEPE ( hay còn gọi là ICP ® ), có bộ tiền khuếch đại tích hợp và nhu yếu bộ tinh chỉnh và điều khiển tín hiệu ngân sách thấp hơn .
Ngoài ra còn có những máy đo tần suất kiểu điện dung dựa trên một nguyên tắc khác và được sử dụng thông dụng trong những ứng dụng công nghiệp ít yên cầu hơn .
Và có những gia tốc kế dựa trên MEMS được sử dụng nhiều trong những ứng dụng điều hướng, xu thế máy tính bảng và điện thoại cảm ứng, kiểm tra xe hơi và động cơ .

Ưu điểm của gia tốc kế

• Kết nối dễ dàng
• Sử dụng cho cả các phép đo động và tĩnh
• Có nhiều loại và kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau
• Cảm biến sạc không cần nguồn ngoài
• Cảm biến IEPE cho cáp dài hơn và điều khiển tín hiệu ít tốn kém hơn

Nhược điểm của gia tốc kế

• Cảm biến có thể bị hỏng do rung, sốc quá nhiều
• Cảm biến sạc yêu cầu điều khiển tín hiệu đắt hơn điều khiển tín hiệu cảm biến IEPE
• Việc lắp đặt các cảm biến đòi hỏi một số kiến ​​thức chuyên môn

Ứng dụng gia tốc kế

• Kiểm tra độ rung và chấn động của tất cả các loại, trong tất cả các ngành
• Hàng không vũ trụ: kiểm tra sức căng và độ căng thân máy bay, kiểm tra độ rung động cơ phản lực và tên lửa
• Vận chuyển: ghi lại chấn động và rung động trong quá trình vận chuyển các mặt hàng dễ vỡ
• Ô tô: đo độ rung và chấn động của bảng điều khiển thân xe, kiểm tra sự thoải mái của hành khách, độ rung động cơ
• Kiểm tra độ rung cơ thể người
• Thử nghiệm rung động xoắn và quay

Cảm biến âm thanh (Sound Sensor – Microphone)

Ngoài việc được sử dụng trong nghành vui chơi, micro còn được sản xuất để sử dụng trong những ứng dụng thu thập dữ liệu để nghiên cứu và phân tích và giám sát âm thanh và tiếng ồn .
Micrô được sử dụng trong nghiên cứu và điều tra tiếng ồn và độ rung, điều tra và nghiên cứu thính giác của con người, ứng dụng tiếng ồn do xe hơi truyền qua và hàng ngàn ứng dụng khác .

Ưu điểm của micrô

• Kết nối dễ dàng: sử dụng cáp BNC 50Ω có sẵn
• Có nhiều loại cho các ứng dụng khác nhau
• Dễ dàng cài đặt

Nhược điểm của micrô

• Cảm biến tương đối đắt tiền
• Có thể bị hỏng nếu làm rơi hoặc xử lý sai
• Một số mic yêu cầu nguồn ảo từ bộ điều khiển tín hiệu

Ứng dụng micrô

• Kiểm tra độ ồn và độ rung của tất cả các loại, trong tất cả các ngành
• Hàng không vũ trụ: kiểm tra tiếng ồn động cơ phản lực
• Vận chuyển: ghi lại chấn động và rung động trong quá trình vận chuyển các mặt hàng dễ vỡ
• Ô tô: tiếng ồn của động cơ, kiểm tra tiếng ồn khi qua đường, kiểm tra tiếng ồn phanh
• Y tế: nghiên cứu tác động tiếng ồn xung quanh, kiểm tra thính giác

Ngoài những loại cảm ứng đã trình diễn tóm tắt ở trên còn rất nhiều loại cảm ứng khác nữa. MESIDAS kỳ vọng rằng, với lượng kỹ năng và kiến thức được san sẻ phía trên sẽ giúp những bạn có cái nhìn tổng quan và hiểu hơn về sensor ( cảm ứng ). Xin cảm ơn !

5
2
votes

Article Rating

Source: https://evbn.org
Category: Làm Gì