Hoạt động hoàn toàn theo nguyên tắc vận hành sử dụng trường điện từ nên cảm biến tiệm cận nổi bật hơn so với cảm biến quang điện và một số loại hiện có trên thị trường. Chi tiết về đặc điểm, cấu tạo hay các hãng sản xuất nổi tiếng sẽ được giới thiệu trong bài viết này, mời bạn đón đọc để trang bị cho mình những kiến thức cơ bản trước khi dùng thiết bị này.
Cảm biến tiệm cận là gì?
Ở bài viết trước, chúng ta đã cùng tìm hiểu về cảm biến, cảm biến quang thì hôm nay sẽ khám phá về cảm biến tiệm cận. Đây là cảm biến được dùng nhiều trong công nghiệp tại nước ta.
Ngoài tên đó ra thì ở một số nơi nó còn được gọi là công tắc tiệm cận. Tên tiếng Anh của thiết bị này là Proximity sensors. Nó là 1 thiết bị được nghiên cứu và chế tạo ra để phát hiện được vật thể trong khoảng cách nhất định.
Cơ chế hoạt động của nó là chuyển đổi tín hiệu của vật thể thành tín hiệu điện năng trong 1 khoảng cách nhất định từ gần đến xa, max là 30m. Nó nhận biết vật để từ đó thực hiện nhiệm vụ chính xác. Đó cũng là lý do mà nó ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Cấu tạo cảm biến tiệm cận
Một Proximity sensors có 4 phần:
+ Mạch dao động.
+ Cuộn dây và lõi ferit.
+ Mạch đầu ra.
+ Mạch phát hiện.
Tùy theo đó là model và hãng sản xuất mà có thể nó thêm các chi tiết và bộ phận.
Hiện nay, người ta sẽ phân chia đơn giản các cảm biến dựa trên chế độ hoạt động đó là thường mở (NO) và thường đóng (NC). Nó sẽ mô tả chính xác tình trạng tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi phát hiện hoặc không phát hiện ra vật.
Đối với loại thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi thiết bị phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không phát hiện ra có vật xuất hiện.
Đối với loại thường đóng: Tín hiệu cao khi không có bất kỳ vật nào xuất hiện; tín hiệu thấp khi thiết bị phát hiện ra vật.
Đặc điểm của cảm biến tiệm cận
Tại sao nhiều người lại chọn cảm biến loại tiệm cận này mà không sử dụng các loại khác để thay thế:
+ Khả năng phát hiện vật thể chính xác mà không cần tiếp xúc, có thể cách xa 30mm. Nó không hề tác động lên vật nên không ảnh hưởng đến vật khi làm việc.
+ Đầu của cảm biến nhỏ gọn nên có thể lắp được nhiều nơi.
+ Ngày nay, người ta cải tiến sản phẩm này để đảm bảo nó có nhiều tính năng hơn như: chống sốc, chống rung.
+ Nếu so sánh với các loại công tắc giới hạn thì loại này có tốc độ phản ứng nhanh hơn, tuổi thọ cao nên sử dụng lâu dài.
+ Nó có thể làm việc trong các môi trường khắc nghiệt.
Tùy theo nhu cầu công việc mà người dùng có thể chọn loại Proximity Sensors loại cảm ứng từ hoặc loại điện dung.
Cảm biến tiệm cận có mấy loại?
Hiện có 2 loại phổ biến nhất đó là Capacitive sensor và Proximity sensor.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Proximity sensor)
Cảm biến tiệm cận điện cảm hay còn gọi là cảm biến tiệm cận cảm ứng từ.
Đặc điểm
Nó phát hiện ra vật bằng cách tạo nên từ trường điện từ. Mục đích của nó là từ các vật bằng kim loại. Trong loại này, người ta phân chia thành:
+ Cảm ứng từ có bảo vệ
Đặc điểm của cảm biến tiệm cận điện cảm này là có 1 tấm chắn vây quanh lõi từ, mục đích của nó là dẫn trường của điện từ đến phía trước phần đầu. Người dùng có thể lắp nó chìm trên bề mặt kim loại trong không gian chật hẹp và giúp bảo vệ nó khỏi tác động cơ học.
+ Cảm ứng từ không bảo vệ
Nó không có bất kỳ lớp nào bao quanh lõi từ. Điểm khác nhau duy nhất là người dùng có thể quan sát bên trong dễ dàng, khoảng cách phát hiện lớn hơn. Nếu cùng kích cỡ, đường kính cấu tạo thì nó sẽ phát hiện các vật có khoảng cách gấp đôi so với loại có lớp bảo vệ.
Nguyên lý hoạt động
Thiết bị này bao gồm một cuộn dây được cuốn cố định quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng. Các sóng cao tần khi đi qua lõi dây này sẽ tạo nên 1 từ trường điện từ dao động quanh. Tuy nhiên từ trường này sẽ bị kiểm soát bởi 1 mạch ở bên trong. Khi vật di chuyển bên trong khu từ trường sẽ tạo nên dòng điện. Năng lượng bên trong cuộn sẽ giảm đi, dao động giảm và độ mạnh của từ trường cũng sẽ giảm đi. Mạch giám sát lúc này sẽ nhận ra sự thay đổi giảm dao động, đầu ra thay đổi. Vật sẽ được phát hiện ra.
Tham khảo ngay: Công tắc dòng chảy là gì? Ứng dụng và cách lắp Flow switch
Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive sensor)
Bên cạnh loại tiệm cận cảm ứng từ thì còn có 1 loại cảm biến nữa đó là tiệm cận điện dung.
Đặc điểm
Cấu tạo bao gồm 4 phần: Bộ tạo dao động, cuộn dây, khối output, mạch Trigger. Bề mặt của của nó được tạo bởi 3 vòng tròn kim loại nhỏ, đồng tâm. Trong đó có 2 loại: Vòng tròn thứ ba ngoài cùng gọi là điện cực bù, vòng tròn 1 và 2 là hai điện cực tạo thành tụ điện.
Nguyên lý hoạt động
Nó hoạt động theo 1 nguyên tắc nhất định đó là tĩnh điện, có sự thay đổi điện dung giữa đầu sensor và vật cảm biến, từ đó có thể phát hiện tất cả vật thể.
Một số dạng cảm biến tiệm cận
Mỗi loại cảm biến lại có 1 dạng hình thức khác nhau, để tránh nhầm lẫn khách hàng cần phân biệt được 4 loại cơ bản sau:
Thiết kế dạng trụ M4, M5, M8
Đây chính là dạng Proximity sensor thường gặp nhất bởi vì kích thước nhỏ hoặc thậm chí siêu nhỏ nên có thể dùng cho những ứng dụng bé.
- Kích thước thân đa dạng từ: M4, M5, M8, M12 cho đến M18, M30
- Nhiệt độ làm việc: -25 độ C đến 70 độ C.
- Phạm vi kết nối hoạt động: 0.8mm – 22mm.
- Kiểu điện áp: 2 dây AC hoặc 2 3 dây DC.
- Kiểu kết nối: Jack cắm M8, M12 hoặc các cáp có sẵn.
Thiết kế dạng thân vuông
Tên gọi của nó cũng đã phần nào cung cấp cho chúng ta thông tin về hình dáng của nó. Nó là loại compact size, có thân được làm bằng nhựa hoặc kim loại, mặt cảm biến phẳng hoặc có dạng lồi.
Đặc điểm:
- Có khả năng chống nước tốt với IP 67, tần số làm việc 25Hz đến 40 Hz.
- Khoảng cách hoạt động: Tầm 30mm.
- Sử dụng điện áp DC 2 dây 3 dây, 4 dây 20-250VAC/DC.
Thiết kế chịu nhiệt cao
Loại này được thiết kế với khả năng làm việc tốt trong những môi trường có nhiệt độ cao. Kích thước nhỏ gọn, làm việc với tần số cao nên sẽ đáp ứng được những yêu cầu công việc
Đặc điểm:
- Tần số vận hành: Lên đến 3000Hz
- IP: 67
- Nhiệt độ làm việc: -25 độ C cho đến 120 độ C
- Độ dài cáp kết nối: Silicon 2 mét
- Điện áp: 10-30VDC và ngõ ra là PNP hoặc NPN
Với ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10VDC
Đặc điểm của thiết bị với ngõ ra analog đó là được thiết kế chuyên biệt dùng để đo khoảng cách tiếp xúc của cơ cấu máy móc trong điều kiện tần số thay đổi không lớn và khoảng cách gần.
- Đối với loại M18 thì khoảng cách 0.8 – 8mm, loại M30 thì 1.5 – 15mm.
- Nguồn cấp an toàn: 12 – 24VDC.
- Ngõ ra: 0-10mA, 4-20mA, 0-10VDC và ngõ ra 3 dây đối với 0-10VDC, 2 dây đối với 4-20mA.
Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
Thiết bị này được ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất tuy nhiên, chúng tôi sẽ lựa chọn những lĩnh vực nổi bật nhất:
Đếm lon nước ngọt, lon bia trong 1 ngày
Một số nhà máy sẽ sử dụng Proximity Sensors để phát hiện số lon bằng nhôm như lon nước ngọt, lon bia, lon sữa. Loại thường được dùng đó là tiệm cận cảm ứng từ E2B hoặc E2E của Omron. Tín hiệu của thiết bị này sẽ xuất ra khi nó phát hiện các lon nhôm sau đó sẽ được dẫn về bộ đếm counter. Lúc này bộ counter sẽ hiển thị số lượng lớn đã sản xuất thô hay hoàn thiện trong từng ca một cách chính xác.
Phát hiện, cảnh báo mực chất lỏng và chất lỏng có trong bồn
Để có thể kiểm tra được mực nước trong bồn chứa mà kết quả không bị ảnh hưởng bởi bọt nước thì người ta sẽ sử dụng các sensoir tiệm cận. Tiêu biểu là của Omron hay Autonic loại điện dung có nút để điều chỉnh được độ nhạy. Mục đích của việc này đó là triệt tiêu dần ảnh hưởng của bọt khí để cho chính xác.
Người ta sẽ dùng một ống nhựa đi kèm theo. Mực nước trong bồn bao nhiêu thì nó sẽ được hiển thị trên mực nước của ống nhựa bấy nhiêu. Sensor loại E2K – csex phát hiện được mực nước hiện có trong bồn chứa và phát tín hiệu để truyền đi thông báo khi nước cạn, nước đầy.
Phát hiện và đếm vật kim loại
Nếu khách hàng cần phát hiện và thông báo về sự có mặt hoặc không có của vật bằng kim loại nhưng không có yêu cầu phân biệt kim loại thì dùng cảm biến E2EV.
Giám sát tốc độ động cơ
Người ta sẽ kết hợp thiết bị này cùng với thiết bị chuyển đổi xung sang analog đó là 4-20mA Z111thì có thể giám sát được vận hành của động cơ.
Kiểm tra gãy mũi khoan
Sự đa năng của sản phẩm này còn thể hiện ở chỗ nó có thể xuất tín hiệu báo cho kỹ thuật biết khi mũi khoan bị gãy.Theo như quan điểm của chúng tôi thì các mũi khoan kính, sắt đều nhỏ nên chọn loại thiết bị có bộ khuếch đại rời là vô cùng hợp lý, lại tiết kiệm.
Giám sát hoạt động của khuôn dập
Trong cơ khí chế tạo thì rất cần thiết phải phát hiện cũng như đếm số lần khuôn dập được trong ngày, trong 1 ca làm việc. Lúc này tiếp tục sử dụng loại thiết bị tiệm cận loại cảm ứng từ E2E, E2B đến từ thương hiệu Omron để phát hiện, sau đó đếm số lần khuôn dập theo yêu cầu của con người trong ngày, trong ca một cách chính xác nhất.
Phát hiện lon nhôm
Nhờ sự ra đời của sản phẩm này mà con người không còn phải vất vả để loại các lon không phải làm từ chất liệu nhôm ra khỏi băng chuyền. Nếu như trong sản xuất người ta muốn phân biệt lon nhôm và lon kim loại khác như sắt, đồng, inox thì cảm biến này chỉ thích hợp để phát hiện đồng và nhôm thôi. Điều này cần chú ý để tránh việc lựa chọn nhầm loại thiết bị.
Phát hiện số Palette đi ngang qua
Những pallette bằng sắt thì sẽ được các cảm biến phát hiện và thông báo có hay không có các vật kim loại sắt từ.
Lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
Trước hết người mua cần phải xác định được cụ thể mình muốn đo cái gì và để làm gì?
Sau đó sẽ tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác của khu vực cần đo mà chọn loại cảm biến có tốc độ xử lý nhanh hay chậm.
Những yếu tố rung lắc và nhiệt độ cũng sẽ ảnh hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị nên cần phải biết nơi đo có rung lắc như thế nào và nhiệt độ cao không.
Môi trường xung quanh là một yếu tố mà ta phải lưu ý nếu có xuất hiện từ trường lớn như nam châm thì cần xử lý bằng một số biện pháp. Vì từ trường nó sẽ dẫn đến kết quả đo của thiết bị sai số. Lượng từ trường càng lớn thì sai số càng nhiều.
Khoảng cách của nơi lắp Proximity sensor và vật cần đo như thế nào, xa hay gần. Và cuối cùng đó chính là tùy vào nhu cầu thực tế của các nhà máy mà lựa chọn cảm biến có cấu trúc, đặc điểm thích hợp.
Cách chọn cảm biến tiệm cận
Không phải cứ bất kỳ một cảm biến nào cũng mang lại hiệu quả cao khi dùng. Để chọn đúng một cảm biến tiệm cận thì người mua khi quan tâm đến các thiết bị này phải chú ý đến các thông số như sau:
+ Nguồn cấp để cảm biến hoạt động.
+ Kích thước, trọng lượng, đường kính của cảm biến (thường sẽ có trong catalog sản phẩm của hãng).
+ Tín hiệu ngõ ra của cảm biến NO, NC hay PNP, NPN.
+ Loại cảm biến có dây hay đơn thuần là kết nối bằng plug M12.
+ Loại đầu dò có bảo vệ flush hay là loại đầu dò không có bảo vệ Non-flush.
+ Theo hãng sản xuất và giá thành của cảm biến. Trên thị trường, cảm biến có rất nhiều loại đến từ những thương hiệu tên tuổi hay những hãng mới nổi với mức giá khác nhau. Tùy theo khả năng tài chính mà người dùng có thể cân nhắc để chọn lựa.
Nên mua cảm biến tiệm cận của hãng nào?
Dạo một vòng quanh thị trường, ThuyKhiDien.com mới phát hiện có hàng trăm loại cảm biến tiệm cận khác nhau với màu sắc, hình dáng phong phú. Đây chính là điều kiện thuận lợi để người mua có thể tìm kiếm được loại cần nhưng cũng là một bài toán hóc búa với những người mới tìm hiểu.
Theo tổng hợp của chúng tôi thì hiện nay có 4 hãng chuyên cung cấp Proximity Sensors được đánh giá cao về chất lượng như sau:
Autonics
Autonics là một hãng sản xuất đến từ Hàn Quốc, có rất nhiều dòng cảm biến khác nhau nhưng nổi bật nhất vẫn là PRD, PRA Series, PS/PSN Series, PRW Series, PR Series, PRCM Series.
Series PRD có ưu điểm nổi bật đó là khả năng phát hiện vật ở khoảng cách rất xa, từ 1.5m cho đến 2m, vượt qua những loại thông thường. Ngoài ra, hãng còn trang bị thêm các chi tiết nhằm tăng tính năng của sản phẩm như:
Thêm IC chuyên biệt để cải thiện khả năng chống nhiễu khi làm việc.
Độ bền của cáp cũng được thay đổi với Phần kết nối cáp/cảm biến uốn dẻo hơn, mềm mại hơn. Thiết bị chỉ thị thông báo với đèn Led tiêu chuẩn màu đỏ.
Tích hợp thêm các mạch bảo vệ đột biến điện, mạch bảo vệ quá dòng, mạch bảo vệ nối ngược cực tính nguồn.
Chính vì thế mà tuổi thọ của nó cực kỳ bền cũng như ít xảy ra sự cố, độ tin cậy cao. Cấu trúc của nó là cấu trúc bảo vệ IP67 theo tiêu chuẩn IEC rõ ràng nên người ta có thể dùng để thay thế cho công tắc giới hạn hoặc các công tắc nhỏ.
Vậy người ta sử dụng Series PRD vào trường hợp như thế nào? Thiết bị này sẽ thích hợp cho những công việc có ứng dụng di chuyển nhiều, vật kim loại có từ tính, vật có nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thấp.
Một số thông tin kỹ thuật của sản phẩm này:
- Loại: Hình trụ có đường kính từ M12, M18, M30, 2 dây và 3 dây DC.
- Khoảng cách phát hiện: Khá đa dạng từ 4mm, 7mm, 8mm, 14mm, 15mm đến 25mm.
- Phụ kiện của thiết bị gồm: Vòng đệm, đai ốc, dây cáp (liền hoặc rời tùy model), và tờ giấy hướng dẫn sử dụng cụ thể.
- Chức năng của cảm biến: Nối ngược cực tính nguồn, bảo vệ đột biến điện, bảo vệ quá dòng.
- Độ trễ của thiết bị: Khoảng 10% khi phát hiện vật trong môi trường có nhiệt độ thấp 20 độ C.
- Tần số đáp ứng: 500Hz, 450Hz, 400Hz, 300Hz, 250Hz, 200Hz, 100Hz.
Schneider
Thương hiệu Schneider đến từ Pháp là sự lựa chọn của nhiều khách hàng tìm kiếm cảm biến giá rẻ. Ưu điểm của các sản phẩm này đó là: Hoạt động linh hoạt, kết cấu chắc chắn, độ bền cao và khả năng kết nối các thiết bị nhanh và chính xác.
Omron
Trong bài viết này, chúng tôi nhắc với Omron rất nhiều. Đây là một trong những hãng chuyên sản xuất các thiết bị điện, tự động hóa với tiêu chuẩn Châu Âu. Khi đưa vào sử dụng, người dùng có thể tin tưởng và cảm thấy an toàn.
Một số dòng nổi tiếng của hãng như: E2E, E2B đều có khả năng ứng dụng trong những hệ thống lớn, sản xuất và lắp ráp tự động.
IFM
TKĐ luôn khuyên khách hàng chọn những những thương hiệu tuy tín. Những Proximity sensor giá rẻ, không nguồn gốc xuất xứ thì người mua cần cân nhắc trước khi lựa chọn để tìm được thiết bị phù hợp. Và IFM đang là lựa chọn của nhiều nhà máy sản xuất lắp ráp điện tử, chế biến và đóng gói thành phẩm, công nghiệp ô tô, cơ khí chế tạo máy.
