Trong bài viết này, Intech Group sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết sensor là gì, đồng thời khám phá các loại cảm biến phổ biến trong công nghiệp và ứng dụng thực tiễn của chúng. 

1. Sensor là gì?

Sensor (cảm biến) là thiết bị điện tử có chức năng nhận biết và phản hồi lại các thay đổi vật lý từ môi trường xung quanh như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, vị trí, chuyển động,... Sau khi thu thập dữ liệu, cảm biến sẽ chuyển đổi các giá trị này thành tín hiệu điện để truyền về các hệ thống xử lý như máy tính, PLC (Programmable Logic Controller), PAC (Programmable Automation Controller),...

Hiện nay, các loại cảm biến công nghiệp đã trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: tự động hóa nhà máy, sản xuất thông minh ( Nhà máy thông minh), hệ thống HVAC (điều hòa không khí), an ninh, chiếu sáng tự động, xe tự lái, y tế và đặc biệt là phòng sạch công nghiệp.

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, từng lĩnh vực công nghiệp sẽ sử dụng các loại cảm biến khác nhau để phục vụ cho việc tự động hóa sản xuất, giám sát môi trường, quản lý hệ thống điều khiển,... Trong các hệ thống hiện đại, sensor còn đóng vai trò như một thiết bị đầu cuối (RTU – Remote Terminal Unit), giúp thu thập dữ liệu thời gian thực và hỗ trợ vận hành tự động một cách hiệu quả.

2. Cấu tạo của cảm biến sensor

Một bộ cảm biến sensor thông thường được cấu tạo từ 3 thành phần chính:

Bộ phận cảm biến (Sensor Element)

Đây là phần lõi của cảm biến, có nhiệm vụ tiếp xúc trực tiếp với môi trường để đo lường các thay đổi vật lý, hóa học hoặc sinh học. Tùy từng loại cảm biến, bộ phận này sẽ có cấu tạo riêng.

Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ sử dụng điện trở nhiệt thermistor hoặc thermocouple để thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ môi trường. Cảm biến ánh sáng dùng photodiode hoặc phototransistor để phát hiện mức độ chiếu sáng.

Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processing Circuit)

Sau khi tín hiệu được thu nhận, bộ xử lý tín hiệu sẽ thực hiện các chức năng như: khuếch đại, lọc nhiễu, chỉnh lưu, hoặc chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital A/D conversion để đảm bảo dữ liệu đầu ra chính xác và dễ dàng xử lý.

Bộ giao tiếp (Communication Interface)

Bộ phận này đảm nhiệm việc truyền tín hiệu đã xử lý đến các thiết bị điều khiển hoặc hiển thị. Tùy vào ứng dụng, sensor có thể sử dụng các phương thức giao tiếp khác nhau như:

• Tín hiệu analog dạng dòng điện hoặc điện áp

• Tín hiệu digital giao tiếp số

• Giao tiếp không dây wireless như Zigbee, LoRa, Wifi,...

3. Ứng dụng phổ biến của cảm biến trong đời sống và công nghiệp

Cảm biến (sensor) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng đo lường chính xác và phản hồi nhanh chóng với môi trường. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến:

Trong công nghiệp: Cảm biến được dùng để giám sát và điều khiển máy móc, hỗ trợ quy trình sản xuất tự động hóa như dây chuyền lắp ráp, kiểm tra chất lượng, quản lý năng lượng,...

Trong nông nghiệp: Sensor hỗ trợ giám sát độ ẩm đất, nhiệt độ không khí, ánh sáng, giúp nông dân chủ động trong việc tưới tiêu và chăm sóc cây trồng theo phương pháp canh tác thông minh - Smart Farming.

Trong thiết bị điện tử tiêu dùng: Các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính bảng, đồng hồ thông minh, TV thông minh đều tích hợp cảm biến để nhận diện vân tay, ánh sáng, chuyển động,...

Trong lĩnh vực y tế: Cảm biến được sử dụng để đo lường các chỉ số sinh tồn như nhịp tim, huyết áp, nồng độ oxy trong máu, hỗ trợ chẩn đoán và theo dõi bệnh nhân trong thời gian thực.

Trong ngành sản xuất ô tô: Các loại cảm biến như cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến áp suất lốp, cảm biến vị trí đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành.

Trong các ứng dụng IoT: Cảm biến là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống Internet of Things, giúp thiết bị thu thập dữ liệu đầu vào để phân tích và điều khiển từ xa, đặc biệt trong lĩnh vực robotics, smart home, giám sát môi trường.

4. Các loại cảm biến phổ biến hiện nay

Sau khi đã hiểu sensor là gì, bạn đọc hãy cùng khám phá các loại cảm biến phổ biến hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đời sống, nông nghiệp và công nghệ thông minh.

Cảm biến nhiệt (Temperature Sensor)

Cảm biến nhiệt là thiết bị chuyên dùng để đo nhiệt độ trong các môi trường như không khí, nước, dầu, máy móc hay mạch điện tử. So với nhiệt kế truyền thống, cảm biến nhiệt mang lại độ chính xác cao hơn và khả năng phản hồi nhanh hơn.

Thiết bị này thường hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của kim loại theo nhiệt độ môi trường. Ngoài ra, cảm biến còn sử dụng sự chênh lệch sức điện động giữa hai điểm có nhiệt độ khác nhau (đầu nóng và đầu lạnh) để tính toán nhiệt độ chính xác.

Một số loại cảm biến nhiệt phổ biến bao gồm:

• Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

• Cảm biến nhiệt điện trở (RTD)

• Cảm biến nhiệt bán dẫn (Thermistor)

Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)

Cảm biến điện dung hay còn gọi là cảm biến điện môi, là thiết bị đo sự thay đổi hằng số điện môi trong môi trường xung quanh. Loại cảm biến này được sử dụng để phát hiện chất rắn, chất lỏng, hoặc đo mức vật liệu liên tục.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện bên trong thiết bị khi có sự xuất hiện hoặc thay đổi của vật thể gần đó. Tín hiệu đầu ra có thể là dạng tuyến tính như 4 –20mA hoặc 0 –10V, rất phổ biến trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.

Cảm biến quang (Photoelectric Sensor)

Cảm biến quang là loại cảm biến sử dụng ánh sáng để phát hiện vật thể, chuyển động hoặc khoảng cách. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ điện tử từ cực Cathode khi ánh sáng chiếu vào, kết hợp với mạch thu nhận tín hiệu để xử lý.

Loại cảm biến này đóng vai trò quan trọng của hệ thống tự động hóa và được ứng dụng phổ biến trong:

• Dây chuyền sản xuất

• Robot công nghiệp

• Hệ thống kiểm tra sản phẩm

Các cảm biến quang có khả năng phát hiện vật cản khi chùm tia sáng bị gián đoạn, từ đó gửi tín hiệu cảnh báo hoặc điều khiển đến bộ xử lý trung tâm.

Cảm biến hồng ngoại (Infrared Sensor – IR Sensor)

Cảm biến hồng ngoại là thiết bị điện tử có thể phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại phát ra từ các vật thể trong môi trường. Khi một vật thể có nhiệt độ trên 35°C, nó sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại một loại ánh sáng mà mắt người không thể nhìn thấy.

Cảm biến IR sẽ phát hiện bức xạ này và chuyển đổi thành tín hiệu điện, phục vụ cho các hệ thống:

• Phát hiện người hoặc vật thể chuyển động

• Đo nhiệt độ từ xa

• Điều khiển thông minh (TV, thiết bị nhà thông minh)

Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)

Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor) là thiết bị điện tử dùng để đo khoảng cách giữa cảm biến và một vật thể bằng cách phát ra sóng siêu âm. Khi sóng này phản xạ lại từ vật thể, tín hiệu âm thanh được chuyển đổi thành tín hiệu điện để xử lý.

Bộ phát của cảm biến sử dụng tinh thể áp điện để tạo sóng âm, trong khi bộ thu sẽ nhận lại tín hiệu phản xạ. Nhờ đó, cảm biến siêu âm có thể xác định được khoảng cách hoặc vận tốc của đối tượng mục tiêu một cách chính xác. Đây là thiết bị phổ biến trong các ứng dụng tự động hóa, robot, đo lường và điều khiển công nghiệp.

Cảm biến lực (Force Sensor hoặc Loadcell)

Cảm biến lực (Force Sensor hoặc Loadcell) là thiết bị được thiết kế để phát hiện và chuyển đổi lực cơ học bao gồm lực kéo, lực nén, trọng lượng, áp suất, mô-men xoắn, biến dạng,... thành tín hiệu điện tương ứng.

Tín hiệu này sau đó được truyền đến bộ xử lý tín hiệu để hiển thị giá trị lực lên màn hình hoặc thiết bị đo chuyên dụng. Nhờ khả năng đo chính xác, cảm biến lực là thành phần cốt lõi trong hệ thống tự động hóa, máy móc kỹ thuật và các thiết bị điện công nghiệp.

Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor)

Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) là thiết bị dùng để phát hiện sự hiện diện hoặc tiếp cận của một vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý. Khi vật thể tiến gần đến cảm biến, hệ thống sẽ chuyển đổi chuyển động hoặc sự hiện diện này thành tín hiệu điện.

Hiện nay, có 3 loại công nghệ chính được sử dụng trong cảm biến tiệm cận:

• Cảm biến cảm ứng điện từ dùng dòng điện xoáy: Khi một vật thể kim loại đến gần, dòng điện xoáy được tạo ra và biến đổi thành tín hiệu để xác định sự hiện diện.

• Cảm biến điện dung: Hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung khi vật thể đến gần cảm biến, áp dụng tốt cho cả vật liệu kim loại và phi kim.

• Cảm biến từ dùng nam châm và công tắc từ: Khi vật thể tương tác với từ trường, sự thay đổi được chuyển thành tín hiệu điện để xác định khoảng cách hoặc sự tiếp xúc.

Cảm biến tiệm cận được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất, hệ thống an toàn, robot công nghiệp và thiết bị tự động.

5. Các thông số kỹ thuật quan trọng cần biết khi sử dụng cảm biến

Khi lựa chọn và sử dụng cảm biến trong sản xuất, công nghiệp hay nghiên cứu, việc hiểu rõ các thông số kỹ thuật của cảm biến là vô cùng cần thiết. Dưới đây là bảng giải thích chi tiết về các thông số phổ biến:

Khi chọn cảm biến phù hợp cho thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất, hãy ưu tiên các cảm biến có độ chính xác cao, độ lặp lại tốt, tín hiệu đầu ra rõ ràng và thời gian phản hồi nhanh để đảm bảo hiệu quả hoạt động ổn định và chính xác trong thời gian dài.

5. Vai trò của cảm biến giải pháp giám sát băng tải hiệu quả

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, cảm biến đóng vai trò không thể thay thế trong việc duy trì hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống sản xuất. Việc tích hợp cảm biến vào băng tải không chỉ giúp giám sát tốc độ, hướng di chuyển, căn chỉnh và phát hiện sai lệch, mà còn góp phần ngăn chặn sự cố, tai nạn và giảm thiểu thời gian ngừng máy.

Thông qua việc cung cấp dữ liệu thời gian thực, cảm biến giúp người vận hành dễ dàng điều chỉnh khi có sự cố xảy ra, từ đó tối ưu hóa hiệu suất vận hành và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Đây chính là yếu tố then chốt để nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn lao động trong môi trường công nghiệp hiện đại.

6. Các loại cảm biến theo dõi băng tải phổ biến

Việc lựa chọn và sử dụng các loại cảm biến theo dõi băng tải phù hợp giúp doanh nghiệp kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất. Dưới đây là những loại cảm biến theo dõi quan trọng nhất hiện nay:

Mỗi loại cảm biến nêu trên đều giữ vai trò riêng biệt nhưng đều hướng đến mục tiêu chung: nâng cao hiệu suất, đảm bảo độ an toàn và kéo dài tuổi thọ hệ thống băng tải. Để đạt hiệu quả tối đa, doanh nghiệp cần chú ý:

• Bố trí cảm biến tại các vị trí chiến lược trên hệ thống băng tải.

• Thay thế cảm biến định kỳ khi phát hiện hao mòn hoặc giảm độ chính xác.

• Kết hợp sử dụng nhiều loại cảm biến để giám sát đồng thời nhiều thông số quan trọng.

Lời kết

Việc ứng dụng cảm biến trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, đặc biệt trong hệ thống băng tải, là giải pháp thông minh giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình sản xuất, tăng năng suất và giảm thiểu rủi ro. Hiện nay, đa số các thiết bị cảm biến còn được ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát môi trường phòng sạch, hệ thống kiểm tra sản phẩm và dây chuyền đóng gói tự động. Hi vọng những thông tin Intech Group mang đến sẽ giúp bạn hiểu các thông tin cơ bản về “Sensor là gì?. Mọi thông tin chi tiết vui lòng liên hệ Hotline 0966.966.103 / 0966 966 032 để được hỗ trợ