Chi tiết về cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) và ứng dụng trong đời sống

Trước đây, chúng tôi đã từng có bài viết Phân loại nguyên lý của cảm biến tiệm cận đã sơ lược về cảm biến tiệm cận. Nhưng nhiều bạn vẫn chưa hiểu rõ nên chúng tôi đã quyết định có một vài viết rõ hơn về đặc điểm, cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor).

Cản biến tiệm cận (Proximity Sensor)

Cảm biến tiệm cận là thiết bị dùng phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại không từ tính (như nhôm, đồng...). Sử dụng cảm biến loại điện cảm (Inductivity Proximity Sensor) để phát hiện những vật chứa từ tính và sử dụng loại cảm biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitve Proximity Sensor) phát hiện vật phi kim.

Cảm biến tiệm cận là gì?

Nói nôm na cảm biến tiệm cận là thiết bị điện công nghiệp giúp bạn dễ dàng phát hiện ra các vật thể mà không cần phải tiếp xúc chúng. Nó dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện.

Cảm biết tiệm cận giúp đưa tín hiệu về sự chuyển động hoặc là sự xuất hiện của một vật thể nào đó và chuyển nó thành tín hiệu.

Trên thị trường hiện nay có 3 hệ thống cảm biến 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.

Trong các nền công nghiệp lớn họ đã cho ra đời các định nghĩa khác để đưa ra quy chuẩn cho cảm biến tiệm cận như: chuẩn cảm biến tiệm cận (JIS C 8201-5-2) của Nhật (JIS là các chuẩn công nghiệp của Nhật Bản) hay chuẩn IEC 60947-5-2 (là bộ chuyển mạch phát hiện vị trí không tiếp xúc) của thế giới.

Đặc điểm cảm biến tiệm cận

Đặc điểm:

- Phát hiện vật 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 limit switch).

- Đầu cảm biến nhỏ có thể lắp ở nhiều vị trí, bất kể vị trí khó như thế nào.

- Dùng được trong nhiều môi trường cực kỳ khắc nghiệt (nước, nóng, ẩm, bụi).

Cảm biến tiệm cận Omron E2E

Phân loại cảm biến tiệm cận:

- Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ.

- Cảm biến tiệm cận điện dung.

1. Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

Cảm biến tiệm cận từ

Nguyên tắc hoạt động: Từ trường từ cuộn dây của cảm biến sản sinh sẽ ra thay đổi khi khi có vật thể tương tác với nó (đây là một hạn chế của cảm biến loại này, là chỉ phát hiện được vật làm bằng kim loại).

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ có 2 dòng nhỏ khác là:

– Cảm ứng từ loại có bảo vệ (Shielded):

Từ trường được tập trung trước mặt cảm biến 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 cảm biến nên khoảng cách đo dài hơn, tuy nhiên dễ bị nhiễu của kim loại xung quanh.

2 dòng cảm biến tiệm cân từ

2. Cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến điện dung

Nguyên tắc hoạt động: Phát hiện vật thể dựa trên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu cảm biến), ưu điểm lớn nhất là có thể phát hiện tất cả vật.

Ứng dụng của cảm biến tiệm cận

Đến số lon trong dây chuyền sản xuất bia

Hình trên là dây chuyền áp dụng thiết bị cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ E2E, E2B của Omron để đếm số lon bia được sản xuất ra. Tín hiệu từ cảm biến xuất ra khi có một lon bia nhôm trong dây truyền đi qua và đưa tín hiệu về bộ đếm, bộ đếm sẽ hiển thị chính xác số lượng lon bia sản xuất trong dây truyền đó.

Đếm số lon bia sản xuất trong dây chuyền

Giáp sát hoạt động khuôn dập

Theo sự thiết kế máy dập khuôn ở hình dưới, cảm biến điện dung sẽ đếm chính xác số lần dập trong một ngày và truyền về bộ đếm.

Phát hiện và đếm số lần khuôn dập được trong ngày

Phát hiện lon nhôm

Trong một số dây chuyển sản xuất tổng họp cần phân loại giữa nhôm và các kim loại khác, cảm biến này giúp đếm số lượng lon nhôm/đồng là sự lựa chọn hữu ích.

Giúp đếm không phải lon nhôm ra khỏi băng chuyền

Phát hiện/Phân loại ra vật thể kim loại

Cảm biến loại E2EV được dùng trong các dây chuyền chỉ cần phát hiện có/không có vật kim loại mà không cần phân biệt kim loại nào.

Phân biệt kim loại

Phát hiện ra các sản phẩm lỗi khi in

Phát hiện các lon khi đang di chuyển trên dây chuyền để tránh in thiếu bằng máy in.

Giúp phát hiện các sản phẩm lỗi khi khi in

Tất cả các loại cảm biến tiệm cận bằng kim loại đều có thể phát hiện được sự có mặt của các lon nước kim loại một cách chính xác. Khoảng cách đo của cảm biến có thể được đặt tới 10 mm.

Phát hiện nắp kim loại trong môi trường ẩm ướt, nước

Cảm biến tiệm cận hiện đại có thể dễ dàng phát hiện chai vô nắp kim loại, cho dù môi trường dù ẩm ướt đến mức nào

Trong một số dây chuyền yêu cầu cảm biến làm việc trong môi trường độ ẩm cao hoặc sẽ tiếp xúc trực tiếp với nước thì dùng cảm biến E2F (đạt chuẩn IP68) là tốt nhất.

Kiểm tra số lượng các sản phẩm dù đã qua xử lý bằng nước

Kiểm tra mũi khoan gẫy

Trong trường hợp này vì mũi khoan khá nhỏ nên việc sử dụng cảm biến có bộ khuếch đại rời là thích hợp nhất.

Xuất tín hiệu báo khi khoan bị gãy mũi

Phát hiện nấp nhôm trên vỏ chai

E2CY-C2A là cảm biến tiệm cận chuyên để phát hiện vật thể bằng nhôm với độ tin cậy cao. Rất dễ cài đặt cảm biến , chỉ cần ấn nút TEACH trên bộ khuếch đại.

Phát hiện nắp nhôm mỏng trên chai nước

Phát hiện gói giấy chồng lên nhau

E2C-T là loại cảm biến tiệm cận có bộ khuyếch đại rời có chức năng Teach. Chúng ta có thể thiết lập được chính xác vị trí điểm cần cảm biến. Cảm biến có thể phân biện được khoảng cách nhỏ tới 0.1mm.

Phát hiện gói giấy chồng lên nhau

Phát hiện các kim loại có kích thước nhỏ rơi trong dây chuyền

Cảm biến E2EV được dùng trong các ứng dụng chỉ cần phát hiện có/ không có vật kim loại mà không cần phân biệt kim loại nào.

Khi vật kim loại rơi vào trong lòng cảm biến, cảm biến sẽ phát hiện và xuất tín hiệu mong muốn

Đo mực chất lỏng trong bồn

Sử dụng ống nhựa kèm theo, mực nước trong bồn sẽ chính là mực nước trên ống nhựa, cảm biến họ E2K-L có thể phát hiện chính xác mực nước trong bồn và cho ra tín hiệu khi nước đầy, nước cạn. Nếu muốn cảm biến trong môi trường chất lỏng không ổn định (có bọt hoặc bong bóng), bạn hãy sử dụng cảm biến loại điện dung của Omron với nút điều chỉnh độ nhạy giúp triệt tiêu được ảnh hưởng của bọt khí.

Bên trái là chất lỏng không ổn định, bên phải là bồn chất lỏng ổn định dung tích lớn

Biết được có chất lỏng bên trong dây truyền sản xuất sữa hay nước trái cây không

Cảm biến tiệm cận điện dung E2K-C là cảm biến tiệm cận công suất lớn và có thể phát hiện được chất lỏng bên trong hộp hay không. Điều nay tránh giảm lỗi các hộp không chứa nước được sản xuất ra cho khách hàng.