Cảm biến
là gì?
Cảm biến (hoặc cảm biến) là một thiết bị cảm nhận, phát hiện và phản hồi nhiều loại đầu vào từ môi trường vật lý. Đầu vào cụ thể có thể là ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động, áp suất, v.v. Các môi trường từ các loại khác nhau sẽ có các loại cảm biến tương thích. Đầu ra của cảm biến (tín hiệu phản hồi) là tín hiệu được chuyển đổi thành giá trị đọc được trên màn hình hiển thị hoặc truyền về bộ điều khiển (plc, pac,..), bộ xử lý. để đọc thêm hoặc xử lý.
Phân loại cảm biến
Tùy thuộc vào môi trường
- Cảm biến chất rắn
- Cảm biến trong môi trường chất lỏng
- Cảm biến khí
- Cảm biến siêu âm
- Cảm biến điện dung
- Cảm biến radar
- Cảm biến hồng ngoại
- Cảm biến quang học
- Cảm biến cơ học
- Cảm biến tiệm cận
- Cảm biến cảm ứng
- Cảm biến nhiệt độ: pt100, pt1000, rtd, nhiệt điện trở, ic,..
- Cảm biến độ ẩm
- Cảm biến áp suất
- Cảm biến mức
- Cảm biến PH
- Cảm biến carbon dioxide
- Cảm biến clo
- Cảm biến carbon
- Cảm biến độ đục
- Cảm biến độ dẫn điện
- Cảm biến oxy
- Cảm biến hydro
- Cảm biến nitơ
- Cảm biến ôzôn
- Cảm biến khói
- Cảm biến hình ảnh
- Cảm biến phát hiện chuyển động
- Cảm biến khoảng cách (vị trí)
- Cảm biến độ căng
- Cảm biến độ nghiêng
- Cảm biến tốc độ
- Cảm biến lưu lượng
- Cảm biến gia tốc
- Cảm biến ánh sáng
- Không đắt
- Ổn định trong cả phép đo tĩnh và động
- Có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng
- Yêu cầu chuyên môn cài đặt
- Yêu cầu hiệu chỉnh tín hiệu tương đối phức tạp
- Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến kết quả đo
- Đo lực và áp suất
- Đo trọng lượng và tải trọng
- Lực lượng
- Đo sốc và rung
- Các phép đo chính xác và có thể lặp lại
- Từ tải trọng rất nhỏ đến hàng trăm nghìn kilôgam
- Có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau cho nhiều ứng dụng
- Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ xung quanh
- Yêu cầu hiệu chuẩn tín hiệu cảm biến tương đối phức tạp và tốn kém
- Kiểm tra vật liệu: Cân các bộ phận khi chúng được sản xuất để đảm bảo tính nhất quán
- Hàng không vũ trụ: Đo lực đẩy động cơ phản lực, tải trọng bánh xe và thiết bị hạ cánh
- Dẫn đường: Đo lực căng dây neo
- Giao thông vận tải: Đo momen động cơ, trạm cân xe tải trên đường cao tốc
- Công nghiệp: Đo độ căng và lực trong nhà máy kim loại và nhà máy giấy
- Y tế/Chăm sóc sức khỏe: Cân lồng ấp trẻ em, thiết bị vật lý trị liệu.
- Hạ tầng: Đo lực cáp trong thang máy, lực giàn giáo
- Dụng cụ thể thao: Kiểm tra độ căng của dây dùng để nâng người nhào lộn
- Hóa dầu: Đo lường lực của các công cụ khoan dầu khí
- Căn nuôi và Gia súc: Cân gia súc, phễu, thùng chứa và silo
- Gia dụng: cân điện tử, cân thực phẩm nhà bếp
- Các phép đo lặp lại và có độ chính xác cao
- Hoạt động gần như không ma sát cho thời gian sử dụng lâu dài
- Có sẵn từ rất micron đến 0,7 m
- Đầu ra tuyệt đối
- Các loại và kích thước khác nhau cho các ứng dụng khác nhau
- Các phép đo có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ xung quanh
- Yêu cầu kích thích giao tiếp
- Hàng nghìn ứng dụng đo lường công nghiệp, nhà máy và quy trình
- Hàng không vũ trụ: Kiểm tra các bề mặt truyền động và điều khiển
- Giao thông: Giám sát chiều cao đi xe giữa xe tải và xe lửa
- Hóa dầu: dụng cụ khoan định vị
- Kết nối dễ dàng
- Cho cả phép đo động và tĩnh
- Có nhiều loại và nhiều kích cỡ cho các ứng dụng khác nhau
- Cảm biến sạc không cần nguồn điện bên ngoài
- Cảm biến iepe dành cho cáp dài hơn và điều khiển tín hiệu rẻ hơn
- Cảm biến có thể bị hỏng do rung hoặc sốc quá mức
- Cảm biến bộ sạc yêu cầu điều khiển tín hiệu đắt tiền hơn điều khiển tín hiệu cảm biến iepe
- Việc lắp đặt cảm biến đòi hỏi một số kiến thức chuyên môn
- Tất cả các loại thử nghiệm rung và sốc trong tất cả các ngành
- Hàng không vũ trụ: thử nghiệm sức căng và khung máy bay, thử nghiệm độ rung của máy bay phản lực và tên lửa
- Vận chuyển: Tài liệu bị sốc và rung trong quá trình vận chuyển các mặt hàng dễ vỡ
- Ô tô: đo độ rung và độ rung của bảng điều khiển thân xe, kiểm tra sự thoải mái của hành khách, độ rung của động cơ
- Thử độ rung của cơ thể người
- Kiểm tra mô-men xoắn và độ rung quay
- Kết nối dễ dàng: sử dụng cáp bnc 50Ω hiện có
- Có nhiều loại cho các ứng dụng khác nhau
- Dễ cài đặt
- Cảm biến tương đối đắt
- Có thể bị hỏng nếu bị rơi hoặc xử lý sai
- Một số micrô yêu cầu nguồn ảo từ bộ điều khiển tín hiệu
- Tất cả các loại thử nghiệm âm thanh và độ rung trong tất cả các ngành
- Hàng không vũ trụ: Kiểm tra tiếng ồn động cơ phản lực
- Vận chuyển: Tài liệu bị sốc và rung trong quá trình vận chuyển các mặt hàng dễ vỡ
- Ô tô: tiếng ồn động cơ, kiểm tra tiếng ồn của lối băng qua đường, kiểm tra tiếng phanh phanh
- Y tế: nghiên cứu hiệu ứng tiếng ồn xung quanh, kiểm tra thính giác
Theo phương pháp đo, phương pháp đo (tiếp xúc & không tiếp xúc)
Theo chức năng, ứng dụng
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số cảm biến!
Cảm biến nhiệt độ
Các cảm biến thông dụng và phổ biến nhất được sử dụng để đo nhiệt độ bao gồm: cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt, rtds và đầu dò nhiệt độ hồng ngoại.
Bảng so sánh đặc điểm chính của một số cảm biến nhiệt độ
Cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện là loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất vì chi phí tương đối thấp và độ tin cậy của chúng. Cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng này nói rằng khi một cặp kim loại khác nhau chạm vào hai đầu của chúng và chịu sự thay đổi về nhiệt độ, chúng sẽ tạo ra một sự chênh lệch điện thế nhỏ.
Việc ghép nối các kim loại khác nhau sẽ cho chúng ta các dải đo khác nhau. Chúng được gọi là “loại”. Một loại rất phổ biến là loại k, kết hợp giữa Inconel và Inconel và đo từ −200°c đến +1350°c (−330°f đến +2460°f). Các loại phổ biến khác là j, t, e, r, s, b, n và c.
Các loại cặp nhiệt điện j, k, t và e còn được gọi là cặp nhiệt điện kim loại cơ bản. Cặp nhiệt điện loại R, S và B được gọi là cặp nhiệt điện kim loại quý và được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao
Đầu ra của cặp nhiệt điện phải được hệ thống đo lường tuyến tính hóa.
Nó cũng phải được tham chiếu với bù điểm nối lạnh (cjc). “Điểm nối nóng” là điểm nối đo của cụm cặp nhiệt điện và điểm nối còn lại là điểm nối lạnh, nơi thường đặt tham chiếu. Bù điểm nối lạnh loại bỏ ảnh hưởng của điện áp được tạo ra tại các điểm nối lạnh này để đo nhiệt độ chính xác hơn.
cảm biến nhiệt độ rtd
So với cặp nhiệt điện, rtds (Máy dò nhiệt độ điện trở) thường tuyến tính hơn và không bị trôi trong phạm vi đo của chúng. Tuy nhiên, chúng đắt hơn cặp nhiệt điện do thành phần chứa bạch kim và cấu trúc phức tạp hơn.
Bạn thường thấy rtds được sử dụng trong các ứng dụng như dược phẩm, nơi phải thực hiện các phép đo nhiệt độ chính xác trong thời gian dài. Tuy nhiên, chúng không dao động trên 600°c, vì vậy cặp nhiệt điện là lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng “tiếp xúc” với nhiệt độ cao.
Không giống như cặp nhiệt điện tự cấp nguồn, rtds phải được cấp nguồn bởi hệ thống đo lường.
rtd đo nhiệt độ bằng điện trở, điện trở này thay đổi theo kiểu rất tuyến tính với nhiệt độ. Mặc dù cốt lõi của rtd là cảm biến 2 dây, nhưng việc thêm một hoặc thậm chí hai dây (kết nối 3 dây và 4 dây) có thể bù đắp tốt hơn cho khả năng tự làm nóng và điện trở chì.
Điện trở nhiệt
Điện trở nhiệt là một phần của chất bán dẫn làm từ oxit kim loại được ép thành viên, đĩa, tấm mỏng hoặc các hình dạng khác và thiêu kết ở nhiệt độ cao. Cuối cùng, chúng được phủ một lớp epoxy hoặc thủy tinh.
Khi dòng điện chạy qua điện trở nhiệt, bạn có thể đọc điện áp trên điện trở nhiệt và xác định nhiệt độ của nó. Một nhiệt điện trở thường có điện trở 2000Ω ở 25°c. Hệ số nhiệt độ là 3,9%.
Điện trở nhiệt rẻ và nhạy, nhưng chúng không tuyến tính, có phạm vi hoạt động hạn chế và tương đối dễ vỡ trừ khi được lắp bên trong đầu dò để bảo vệ.
Ưu điểm và nhược điểm của một số cảm biến nhiệt độ
– Tự cấp nguồn
– Kết nối dễ dàng
– chi phí thấp
– yêu cầu tham chiếu cjc
– không bị cô lập
– Ngành ô tô
– Thử nghiệm động cơ đốt trong và hybrid
– Chạy thử động cơ điện và tua-bin
– Ứng dụng trong y học và chăm sóc sức khỏe
– Kiểm tra động cơ hàng không và hệ thống điều khiển
– chính xác nhất
– Tuyến tính hơn cặp nhiệt điện
– Thức ăn phải được cung cấp
-r nhỏ
– Trở kháng tuyệt đối thấp
– Tự sưởi ấm
– Thời gian phản hồi chậm
– Chế biến thực phẩm
– Phép đo khoa học chính xác
– Phản hồi nhanh
– Dễ cài đặt
– chi phí thấp
– phạm vi giới hạn ở ~200°c
– Ứng dụng động cơ ô tô
– Điện tử gia dụng
– Ngọn lửa
– Kiểm soát nhiệt
Cảm biến đo sức căng
Khi cảm biến đo biến dạng (hay còn gọi là “máy đo biến dạng”) được căn chỉnh chính xác và dán vào đối tượng được đo, chúng ta tác dụng lực lên đối tượng bằng cách uốn cong hoặc siết chặt đối tượng, điện trở của cảm biến đo biến dạng sẽ thay đổi tuyến tính và chúng ta có thể sau đó đo nó. Chúng ta cũng có thể áp dụng toán học để tính biến dạng và các lực khác.
Ưu điểm của máy đo biến dạng
Nhược điểm của máy đo biến dạng
Ứng dụng cảm biến lực căng
Tải tế bào
Nếu chúng ta tiến thêm một bước và gắn bốn máy đo biến dạng vào phần cứng có hình dạng đặc biệt, thì chúng sẽ tạo ra một cảm biến khác gọi là cảm biến tải trọng. Đây thực chất là một cảm biến lực hoặc áp suất.
Các cảm biến tải trọng là những cảm biến phổ biến nhất được lắp đặt ở dưới cùng của hệ thống. Khi bạn bước lên cân và tác dụng lực lên các cảm biến tải trọng, chúng sẽ tạo ra sự thay đổi về điện trở mà bộ vi điều khiển đo lường và chuyển đổi thành giá trị tính bằng kilôgam (lbs).
Cảm biến tải trọng ở dạng “thanh” hoặc “dầm” thường được sử dụng trong các ứng dụng cân công nghiệp. Một đầu của thanh được cố định vào một cấu trúc, trong khi lực tác dụng lên đầu tự do của cảm biến.
Lực này làm cho bốn đồng hồ đo biến dạng được tích hợp ở phần trên, phần dưới và phần cuối của cảm biến lực kéo căng hoặc nén lại, tùy thuộc vào mức độ tác dụng hoặc loại bỏ lực, làm thay đổi lực căng trong cấu trúc. Cấu trúc cảm biến lực. Những thay đổi nhỏ này trong máy đo biến dạng dễ dàng chuyển đổi thành trọng lượng.
Các cảm biến tải trọng có nhiều hình dạng và kích cỡ: một số dành cho không gian rất nhỏ và tải trọng nhỏ, một số khác dành cho tải trọng lớn hàng trăm nghìn tấn, v.v.
Ưu điểm của cảm biến lực
Nhược điểm của cảm biến lực
Ứng dụng của cảm biến lực
Cảm biến vị trí
lvdt (Máy biến áp vi sai biến thiên tuyến tính) được sử dụng để đo chuyển vị/vị trí tuyến tính trong khoảng cách tương đối ngắn. Chúng bao gồm một ống hình trụ trong đó có lắp một que đo. Phần đáy của ống được gắn vào một vị trí cố định và phần cuối của thanh được gắn vào một vật gì đó có thể di chuyển.
Khi thanh được kéo ra khỏi ống hoặc trượt trở lại, cảm biến sẽ phát tín hiệu cho biết vị trí của thanh từ điểm bắt đầu đến độ lệch tối đa của nó. Thanh này không chạm vào bên trong ống, khiến nó gần như không có ma sát và cấu trúc lvdt không có thiết bị điện tử, khiến nó trở nên phổ biến để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
Ưu điểm của cảm biến lvdt
Nhược điểm của cảm biến lvdt
Ứng dụng của cảm biến lvdt
Cảm biến rung – Gia tốc kế
Gia tốc kế được sử dụng để đo độ rung và va chạm trên máy móc, về cơ bản, mọi thứ chuyển động đều tạo ra rung động. Đầu ra của chúng cũng có thể được tích hợp kép để tính toán chuyển vị và vận tốc.
Gia tốc kế được sử dụng để thực hiện các phép đo động học thường dựa trên nguyên tắc áp điện: Khi một tinh thể thạch anh chịu ứng suất, nó giải phóng một dòng ion tích điện tỷ lệ với áp suất. Các cảm biến này được kết nối với bộ điều khiển tín hiệu kiểu sạc. Loại phổ biến hơn là đầu dò iepe (còn gọi là icp®), có bộ tiền khuếch đại tích hợp và yêu cầu bộ điều khiển tín hiệu ít tốn kém hơn.
Ngoài ra còn có các cảm biến gia tốc điện dung dựa trên một nguyên tắc khác, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp ít đòi hỏi khắt khe hơn.
Ngoài ra còn có các cảm biến gia tốc dựa trên mems được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điều hướng, điều hướng trên máy tính bảng và điện thoại di động, thử nghiệm ô tô và động cơ.
Ưu điểm của cảm biến gia tốc
Nhược điểm của gia tốc kế
Áp dụng gia tốc kế
Cảm biến âm thanh – Micrô
Ngoài mục đích sử dụng trong giải trí, micrô còn được sản xuất cho các ứng dụng thu thập dữ liệu để phân tích và đo lường âm thanh và tiếng ồn.
Micrô được sử dụng trong nghiên cứu tiếng ồn và độ rung, nghiên cứu thính giác con người, ứng dụng tiếng ồn ô tô và hàng ngàn ứng dụng khác.
Ưu điểm của micrô
Nhược điểm của micrô
Ứng dụng micrô
Ngoài các loại cảm biến được tóm tắt ở trên, còn có nhiều loại cảm biến khác. mesidas mong rằng qua lượng lớn kiến thức được chia sẻ ở trên có thể giúp các bạn có những hiểu biết và hiểu biết toàn diện về cảm biến. Cảm ơn!
