EN
Cảm biến chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu có thể đo được. Hoạt động đáng tin cậy của chúng không chỉ phụ thuộc vào phần tử cảm biến mà còn phụ thuộc vào các phụ kiện quan trọng như vỏ bọc, bộ xử lý tín hiệu, đầu nối và phụ kiện lắp đặt. Dưới đây là mô tả về năm loại cảm biến quan trọng, bao gồm nguyên lý hoạt động và các phụ kiện thiết yếu.
1. Cảm biến Tuyến tính (Loại điện thế kế hoặc từ co)
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến tuyến tính điện thế kế sử dụng một dải điện trở và một cần gạt. Khi cần gạt di chuyển theo phương tuyến tính, điện trở thay đổi tỷ lệ thuận, tạo ra đầu ra dạng bộ chia điện áp. Cảm biến từ co chứa một thanh dẫn sóng và một nam châm vĩnh cửu; một xung điện tạo ra một xung biến dạng lan truyền dọc theo thanh dẫn sóng, phản xạ tại vị trí của nam châm, và độ trễ thời gian cho biết độ dịch chuyển.
Phụ kiện chính: Vỏ bảo vệ chống thời tiết (IP67), đầu nối dạng thanh hoặc ổ bi cầu để ghép nối cơ học, cụm dây cáp có lớp chắn nhiễu và bộ xử lý tín hiệu chuyển đổi điện trở hoặc độ trễ thời gian thành tín hiệu đầu ra 4–20 mA hoặc 0–10 V.
2. Cảm biến cân ( Cảm biến tải – Loại đo biến dạng)
Nguyên lý hoạt động: Phần lớn cảm biến tải sử dụng một phần tử lò xo kim loại (ví dụ: dầm, kiểu chữ S hoặc dạng bánh kếp) với bốn cảm biến biến dạng được kết nối theo cầu Wheatstone. Khi chịu lực tác dụng, phần tử này bị biến dạng, tạo ra lực kéo trên hai cảm biến (làm tăng điện trở) và lực nén trên hai cảm biến còn lại (làm giảm điện trở). Cầu đo xuất ra tín hiệu điện áp milivolt tỷ lệ thuận với tải.
Phụ kiện chính: Vỏ bọc bằng thép không gỉ hoặc thép hợp kim để bảo vệ chống ăn mòn, nút tải và tấm lắp đặt, hộp nối để tổng hợp tín hiệu từ nhiều cảm biến, cũng như bộ khuếch đại độ chính xác cao (có chức năng điều chỉnh điện áp kích thích và bù nhiệt).
3. LVDT (Biến áp vi phân biến đổi tuyến tính)
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến LVDT bao gồm một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp được quấn trên một ống rỗng. Một lõi ferromagnetic di chuyển theo phương thẳng tuyến bên trong ống. Cuộn sơ cấp được kích thích bởi tín hiệu xoay chiều (AC), thường ở dải tần 1–10 kHz. Hai cuộn thứ cấp được nối tiếp ngược pha; khi lõi nằm ở vị trí trung tâm, điện áp cảm ứng trên hai cuộn này triệt tiêu lẫn nhau (đầu ra bằng không). Khi lõi dịch chuyển khỏi vị trí trung tâm, sự mất cân bằng điện áp xảy ra, tạo ra đầu ra dạng AC có biên độ tỷ lệ với độ dịch chuyển và pha của tín hiệu cho biết hướng dịch chuyển.
Phụ kiện chính: Vỏ bọc làm bằng thép không gỉ hoặc nhựa epoxy để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, thanh lõi ren và đầu dò kiểu lò xo nén, bộ xử lý tín hiệu (signal conditioner) để giải điều chế tín hiệu AC đầu ra thành điện áp DC hoặc dòng 4–20 mA, và cáp kết nối có điện dung thấp.
4. Cảm biến mô-men xoắn (Loại phản ứng hoặc loại quay)
Nguyên lý hoạt động: Phần lớn cảm biến mô-men xoắn sử dụng các rosette đo biến dạng được gắn lên trục hoặc mặt bích. Ở cảm biến mô-men xoắn phản lực, thân cảm biến được cố định và các rosette đo biến dạng đo mô-men xoắn gây ra do lực phản kháng. Ở cảm biến mô-men xoắn quay, một trục quay được lắp các rosette đo biến dạng hoặc một phần tử từ-đàn hồi; tín hiệu được truyền qua các cổ góp trượt, ghép nối cảm ứng hoặc viễn thông vô tuyến. Sự thay đổi điện trở của các rosette (cầu Wheatstone) tỷ lệ thuận trực tiếp với mô-men xoắn.
Phụ kiện chính: Trục then hoa hoặc trục then chốt để truyền động chắc chắn, cụm cổ góp trượt (dành cho loại quay), mô-đun viễn thông không dây, vỏ bảo vệ có ổ bi kín và các bộ khuếch đại/xử lý tín hiệu cung cấp đầu ra điện áp hoặc dòng điện đã được lọc và hiệu chuẩn.
Phụ kiện chung cho mọi loại
Các bộ điều chỉnh tín hiệu (bộ khuếch đại, bộ lọc, mạch tuyến tính hóa), đầu nối điện (M12, DIN), giá đỡ lắp đặt và dụng cụ hiệu chuẩn là những phụ kiện phổ biến đối với nhiều loại cảm biến. Việc lựa chọn phụ kiện phù hợp đảm bảo độ chính xác, tuổi thọ và khả năng tương thích điện từ.
Việc hiểu rõ cả nguyên lý cảm biến lẫn phần cứng đi kèm là điều thiết yếu để kỹ sư triển khai các cảm biến này một cách đáng tin cậy trong tự động hóa công nghiệp, kiểm tra ô tô, robot và điều khiển quá trình.
