Cảm biến tiệm cận được sử dụng để phát hiện các vật thể kim loại có từ tính và không có từ tính (nhôm, đồng,…). Sử dụng cảm biến tiệm cận điện cảm và các vật thể phi kim loại. Hoặc cảm biến tiệm cận điện dung- dạng cảm biến quen thuộc với tất cả các dòng điện thoại thông minh.
Nhưng nhiều người vẫn chưa biết cảm biến tiệm cận là gì? Có bao nhiêu loại cảm biến tiệm cận hiện nay? Nó đóng vai trò gì trong các thiết bị điện tử hiện đại? Nội dung của Năng lượng Gecc nhằm tổng hợp tất cả các nội dung liên quan đến cảm biến tiệm cận trên!
1. Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “công tắc tiệm cận” hay đơn giản là “PROX”. Tên tiếng Anh là Proximity Sensors) phản ứng khi một đối tượng tiếp cận cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài milimét. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của một bộ phận. Và tín hiệu đầu ra từ cảm biến sẽ kích hoạt một chức năng khác trên máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về chuyển động của vật thể thành tín hiệu điện. Có ba hệ thống nhận dạng để thực hiện chuyển đổi này. Một phương pháp sử dụng dòng điện xoáy được tạo ra trong một vật thể kim loại do cảm ứng điện từ. Một phương pháp sử dụng sự thay đổi điện dung khi đối tượng phát hiện đến gần. Và một phương pháp sử dụng công tắc bổ sung từ tính của phương pháp nam châm.
2. Các tính năng của thiết bị cảm biến tiệm cận
- Không tiếp xúc, không ảnh hưởng đến vật thể, phát hiện vật thể ở khoảng cách lên tới 30mm.
- Hoạt động ổn định, khả năng chống rung, khả năng chống sốc tốt.
- Tốc độ phản hồi nhanh hơn và tuổi thọ cao hơn công tắc giới hạn.
- Đầu cảm biến nhỏ giúp mở rộng không gian lắp đặt.
- Khả năng có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt
3. Các loại cảm biến tiệm cận
Có 2 dạng cảm biến tiệm cận chính phổ biến hiện nay. Đó là 2 loại cảm ứng từ và loại điện dung.
3.1 Loại cảm ứng từ của cảm biến tiệm cận
- Lá chắn cảm ứng từ: Do từ trường tập trung ở phía trước cảm biến. Nên ít bị nhiễu từ các kim loại xung quanh hơn nhưng khoảng cách đo ngắn hơn.
- Cảm ứng từ không được che chắn: Việc thiếu bảo vệ từ tính xung quanh mặt cảm biến. Dẫn đến khoảng cách đo xa hơn, nhưng dễ bị nhiễu hơn từ các kim loại xung quanh.
3.2 Loại cảm biến điện dung của cảm biến tiệm cận
Cảm biến này phát hiện theo nguyên lý tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu cảm biến) nên có thể phát hiện mọi vật thể.
4. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường điện phát ra xung quanh. Cảm biến với khoảng cách tối đa là 30mm và gửi tín hiệu về bộ xử lý khi va chạm với vật thể.
4.1 Nguyên tắc làm việc của cảm biến tiệm cận cảm ứng từ
- Cảm biến tiệm cận từ bao gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ ở phía cảm biến. Các tần số cao đi qua lõi này tạo ra một trường điện từ dao động xung quanh nó. Trường điện từ này được điều khiển bởi một mạch bên trong.
- Khi một vật thể kim loại di chuyển về phía từ trường này. Nó sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật thể.
- Những dòng điện này tạo ra hiệu ứng giống như máy biến áp. Làm giảm năng lượng trong cuộn dây cảm biến và giảm dao động. Cường độ từ trường giảm.
- Một mạch giám sát phát hiện sự sụt giảm mức dao động và thay đổi đầu ra. Đã phát hiện đối tượng.
- Cảm biến tiệm cận có khả năng chịu đựng tốt hơn cảm biến quang điện. Vì nguyên tắc hoạt động của chúng dựa trên trường điện từ. Ví dụ: Dầu và bụi thường không ảnh hưởng đến chức năng của cảm biến.
- Đầu ra cảm biến cảm ứng
- Hầu hết các cảm biến cảm ứng ngày nay đều có đầu ra bóng bán dẫn với logic NPN hoặc PNP. Các loại này còn được gọi là khung dây DC 3. Một số cài đặt sử dụng cảm biến tiệm cận có hai cực (âm và dương). Chúng được gọi là wireframe DC 2 (xem hình bên dưới).
4.2 Chế độ hoạt động thường mở/thường đóng
Cảm biến tiệm cận được chia thành chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC). Mô tả trạng thái tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi phát hiện hoặc không phát hiện đối tượng.
- Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện đối tượng. Tín hiệu điện áp thấp khi không có đối tượng
- Thường đóng: Tín hiệu cao nếu không có đối tượng. Tín hiệu phát hiện đối tượng thấp.
Ví dụ bên trái cho thấy cảm biến tiệm cận 2 dây DC có đầu ra thường mở (NO). Đầu ra được kích hoạt khi một đối tượng tiếp cận cảm biến.
- Di chuyển chuột (= đối tượng) qua cảm biến để thắp sáng bóng đèn. Xem hình minh họa tương tự cho đầu ra thường đóng (NC). Ngay khi một vật thể (chuột) đến gần cảm biến, bóng đèn sẽ tắt.
- Cảm biến tiệm cận có cả đầu ra NO và NC được gọi là loại bộ đếm.
- Ghi chú: Các mẫu NO/NC được sử dụng cho cả cảm biến điện cảm và cảm biến điện dung. Sơ đồ này cho thấy một cảm biến điện dung.
- Cảm biến cảm ứng được bảo vệ/Flashed/Shielded
- Một cảm biến tiệm cận được bảo vệ bao gồm một tấm chắn xung quanh lõi từ tính. Tấm này có tác dụng định hướng trường điện từ phía trước đầu.
- Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có thể được gắn vừa khít trên bề mặt kim loại nơi có không gian hạn chế. Điều này cũng có lợi thế là bảo vệ cơ học cảm biến.
- Tuy nhiên, mặc dù phạm vi phát hiện bị hạn chế, cảm biến có thể được gắn dễ dàng và không gặp sự cố trên kim loại xung quanh.
- Cảm biến cảm ứng Không được bảo vệ/Không flash/Không che chắn
- Cảm biến không được che chắn và không có lớp bảo vệ xung quanh lõi từ. Sự khác biệt giữa các cảm biến được bảo vệ và không được bảo vệ rất dễ quan sát.
Thiết kế này cung cấp khoảng cách phát hiện dài hơn so với cảm biến tiệm cận được bảo vệ. Với cùng đường kính, cảm biến không được che chắn có phạm vi phát hiện gần như gấp đôi so với loại được che chắn.
Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ không thể được gắn trực tiếp đối diện với bề mặt kim loại. Kết quả là khả năng bảo vệ cơ học bị giảm đi. Vì từ trường kéo dài đến mép của cảm biến nên nhiễu kim loại có thể xảy ra trong vùng này. Các cảm biến tiệm cận không được bảo vệ cũng nhạy cảm với nhiễu lẫn nhau.
5. Sự cố cảm biến loại cảm ứng điện dung
5.1 Nguyên tắc hoạt động
Phát hiện dựa trên nguyên lý tĩnh điện (thay đổi điện dung giữa đối tượng cảm biến và đầu cảm biến) có thể phát hiện tất cả các đối tượng.
5.2 Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
- Kiểm tra mũi khoan xem có bị hư hỏng không: Phát tín hiệu khi mũi khoan bị gãy. Trong trường hợp này, tốt nhất là sử dụng cảm biến có bộ khuếch đại riêng vì mũi khoan rất nhỏ.
- Phát hiện Palette đi qua: Xác định sản phẩm trong pallet thép. Cảm biến tiệm cận E2E và E2B của Omron rất lý tưởng cho các ứng dụng cảm biến có hoặc không có các vật kim loại sắt từ.
- Phát hiện lon nhôm: Lấy lon phi nhôm ra khỏi băng tải. Đối với một số ứng dụng cần phân loại nhôm và các kim loại khác, cảm biến chỉ phát hiện nhôm/đồng là một lựa chọn khó khăn.
- Đếm lon bia được sản xuất trong một ngày: Phát hiện lon bia nhôm sử dụng cảm biến tiệm cận điện từ E2E, E2B của Omron. Một tín hiệu từ đầu ra của cảm biến khi phát hiện lon nhôm được gửi đến bộ đếm truy cập, bộ đếm này cho biết chính xác số lượng lon bia được sản xuất mỗi ca.
- Phát hiện/đếm vật kim loại: Cảm biến E2EV được sử dụng trong các ứng dụng không cần phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của kim loại, mà chỉ cần phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của kim loại.
- Quan sát hoạt động của khuôn đập: Nhận biết và đếm xem bạn có thể đóng bao nhiêu tem trong một ngày. Phát hiện và đếm chính xác số lượng thao tác ép mỗi ngày bằng cảm biến tiệm cận điện từ E2E, E2B của Omron.
6. Một số loại cảm biến tiệm cận
6.1 Cảm biến vấn đề thiết kế cơ thể văn hóa M4, M5, M8
Do kích thước siêu nhỏ, nó có thể phát hiện các vật kim loại nhỏ, khiến nó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu cảm biến nhỏ.
- Kích thước: M4, M5, M8, M12, M18, M30.
- Chất liệu bên ngoài: Thép không gỉ, đồng thau mạ niken.
- Loại điện áp: 2 hoặc 3 cáp DC và 2 cáp AC (20-250 VAC).
- Ranh giới: 0,8 ~ 22mm
- Kết nối cáp hiện có hoặc ổ cắm M8, M12.
- Tần suất làm việc: 1kHz đến 2kHz.
- Nhiệt độ hoạt động: -25 đến 70°C.
6.2 Cảm biến về thiết kế thân vuông
Cảm biến tiệm cận có thiết kế nhỏ gọn (kích thước nhỏ gọn). Thân máy được làm bằng kim loại hoặc nhựa và bề mặt cảm biến bị biến dạng hoặc phẳng.
- Sử dụng nguồn điện một chiều 20-250 VAC/DC, 2, 3 hoặc 4 dây.
- Khoảng cách làm việc: 30 mm
- Thông số kỹ thuật chống nước IP67.
- Tần số hoạt động là 25 – 40 Hz.
6.3 Cảm biến thiết kế nhiệt độ cao
Cảm biến tiệm cận được thiết kế để hoạt động trong môi trường có nhiệt độ cao. Kích thước nhỏ gọn và hoạt động tần số cao cho phép nó đáp ứng các yêu cầu khắt khe về môi trường và ứng dụng.
- Tần số hoạt động: 3000 Hz.
- Nhiệt độ hoạt động: -25 – 120 độ C.
- IP: 67
- Điện áp: 10 – 30 VDC.
- Cáp kết nối: Silicon 2 mét.
- Ngõ ra: NPN hoặc PNP
6.4 Cảm biến đầu ra tín hiệu tương tự (ANALOG) 4-20MA hoặc 0-10VDC
Cảm biến tiệm cận được thiết kế để đo khoảng cách tiếp xúc của các máy ở gần nhau và có tốc độ thay đổi khoảng cách cao.
- Ngõ ra 0-10VDC là 3 dây, 4-20mA là 2 dây.
- Nguồn cấp: 12-24VDC.
- Kích thước đường kính: M18, M30.
- Lối ra: 0-10mA, 4-20mA, 0-10VDC.
- Khoảng cách làm việc: M18 là 0,8-8mm, M30 là 1,5-15mm.
7. Mẹo sử dụng cảm biến tiệm cận
- Cần phải quyết định những gì để đo lường?
- Cảm biến nhanh hay chậm. Và bạn cần độ chính xác phạm vi đo cao?
- Kiểm tra các ảnh hưởng môi trường xung quanh khu vực đo xem có từ trường mạnh không. nam châm. Đây là một trong những nguyên nhân gây ra lỗi đo lường cảm biến và chúng tôi đang tìm cách cải thiện nó.
- Phạm vi đo độ rung?
- Nhiệt độ xung quanh có rủi ro tăng quá cao không?
- Khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng cần đo là bao nhiêu?
- Tuy nhiên, tùy theo nhu cầu của từng nhà máy khác nhau nên cần kiểm tra kỹ và chọn đúng loại cảm biến đáp ứng nhu cầu đo lường.
8. Tiêu chí lựa chọn cảm biến tiệm cận
Có một số điều cần xem xét khi chọn cảm biến tiệm cận phù hợp cho ứng dụng của bạn.
- Nguồn cấp
- Kích thước và đường kính cảm biến
- Tín hiệu đầu ra (PNP, NPN, NC,NO)
- Được bảo vệ (Flush) hoặc Bảo vệ không chuyển đổi (Non-Flush)
- Kết nối cáp hoặc phích cắm M12
- Có rất nhiều nhà cung cấp cảm biến tiệm cận trên thị trường hiện nay, bao gồm Omron, Autonics, Keyence, Astech, Steute, Calculator và Xecro.
Kết luận, tuỳ vào nhu cầu hoặc mục đích sử dụng của các nhà máy khác nhau. Mà bạn nên kiểm tra thật kỹ và chọn mua các loại cảm biến tiệm cận thích hợp để có thể đáp ứng tối đa nhu cầu cần đo. Năng lượng toàn cầu GECC hy vọng rằng nội dung này hữu ích đến bạn !
