Cảm biến tiệm cận là gì? Khái niệm, đặc điểm, phân loại và nguyên lí hoạt động

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

Đặc điểm

• Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm.
• Hoạt động ổn định, chống rung động và chống shock tốt.
• Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch).
• Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi.
• Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Nguyên lí hoạt động

Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý

Phân loại cảm biến tiệm cận

Có hai loại cảm biến tiệm cận chính có thể kể đến. Đó là loại cảm ứng từ và loại điện dung.

Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

• Cảm ứng từ loại có bảo vệ (Shielded): Từ trường được tập trung trước mặt sensor nên ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh, tuy nhiên khoảng cách đo ngắn đi.
• Cảm ứng từ loại không có bảo vệ (Un-Shielded): Không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor nên khoảng cách đo dài hơn, tuy nhiên dễ bị nhiễu của kim loại xung quanh.

Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung

Cảm ứng này phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả vật thể.

Ứng dụng

Cảm biến tiệm cận ứng dụng phổ biến trong công nghiệp nhà máy như gắn trên các dây truyền sản xuất, gắn trên các điện thoại cảm ứng, các loại xe ô tô,…

Một số ứng dụng dễ thấy như:

• Kiểm soát chất lỏng trong bể chứa
• Kiển soát chất lỏng trong hộp giấy
• Kiểm soát kim loại
• Kiểm soát số lượng

Chế độ hoạt động NO/ NC

Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật.

• Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không có vật
• Thường đóng: Tín hiệu cao khi không có vật; tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật.

Cảm biến tiệm cận có cả hai đầu ra NO và NC được gọi là kiểu đối lập.

Lưu ý: Kiểu NO/NC dùng cho cả cảm biến điện cảm và cảm biến điện dung.

Một số loại cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận với thân thiết kế dạng trụ

• Kích thước thân: M4, M5, M8, M12, M18, M30.
• Vật liệu thân bên ngoài: inox, nickel-plated brass.
• Kiểu điện áp: 2 hoặc 3 dây DC và 2 dây AC (20-250VAC).
• Phạm vi : 0.8~22mm
• Kết nối cáp có sẵn hoặc jack cắm M8, M12.
• Tần số hoạt động: 1khz đến 2 kHz.
• Nhiệt độ hoạt động: -30~+70℃

Cảm biến tiệm cận với thiết kế dạng hình chữ nhật

Cảm biến tiệm cận được thiết kế dưới dạng kích thước nhỏ gọn (compact size). Thân được thiết kế bằng kim loại hoặc bằng nhựa, mặt cảm biến dạng phẳng.

• Sử dụng điện áp DC 2 dây 20-250VAC/DC, 3 hay 4 dây .
• Khoảng cách hoạt động: 30mm.
• Khả năng chống nước với IP67.
• Tần số hoạt động từ 25 – 40 Hz.

Cảm biến tiệm cận với thiết kế dạng vòng

• Kích thước thân: Φ6,Φ8,Φ10,Φ12,Φ15,Φ19,Φ21
• Kiểu điện áp: 2 hoặc 3 dây DC và 2 dây AC (20-250VAC).
• Phạm vi : 6~22mm
• Tần số hoạt động: 1khz đến 2 kHz.
• Nhiệt độ hoạt động: -25~+70℃

Tính chọn cảm biến tiệm cận

Nếu muốn chọn đúng cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng, cần phải lưu ý đến một số điều sau:

• Nguồn cấp,
• Kích thước, đường kính cảm biến,
• Tín hiệu ra ( PNP, NPN, NC, NO )
• Dạng được bảo vệ ( flush ) hay không có bảo vệ đầu dò ( Non-flush )
• Kết nối dạng dây hay plug M12
• Hiện tại trên thị trường có nhiều hãng cung cấp dạng cảm biến tiệm cận như Omron, Autonics, Keyence, Astech, Steute, Mibbo,…