Blog
Cảm biến từ là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Th4
Cảm biến từ là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến từ là gì? Để biết thêm được nhiều thông tin về cảm biến từ hơn hãy cùng theo dõi bài viết này nhé.
1. Cảm biến từ là gì?
Cảm biến từ có tên tiếng Anh là Inductive Sensor, thuộc nhóm cảm biến tiệm cận từ (Proximity Sensor). Đây là một thiết bị hoạt động chủ yếu dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ.
Cảm biến từ có khả năng phát hiện ra vật mang từ tính mà không cần tiếp xúc ở khoảng cách gần. Có thể từ vài mm đến vài chục mm.
Hiểu đơn giản hơn thì cảm biến từ sẽ tạo ra từ trường xung quanh nó. Khi bất kì một vật thể kim loại nào xuất hiện gần khu vực này chúng sẽ bị từ trường phát hiện. Đưa tín hiệu báo về trung tâm.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo
Một cảm biến từ cơ bản đều có cấu tạo bao gồm những thành phần như sau đây:
- Cuộn cảm: là thành phần dùng để dẫn truyền dòng điện một chiều. Ghép nối tiếp hoặc ghép song song với tụ để tạo thành một mạch cộng hưởng.
- Bộ cảm ứng và xử lý các tín hiệu: các thông tin sẽ được xử lý tại đây, sau đó rút ra tham số định tính hoặc định lượng nhằm phục vụ các nhu cầu nghiên cứu trong khoa học kỹ thuật.
- Ngõ ra điều khiển: giám sát và điều khiển các quá trình diễn ra.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ không quá phức tạp. Khi dòng điện cung cấp cho cảm biến từ sẽ đi qua một mạch chứa cuộn cảm trong khi từ trường xuyên qua nó thay đổi.
Hiệu ứng này giúp cảm ứng từ phát hiện ra các vật thể kim loại đang tương tác với từ trường. Các chất phi kim loại như chất lỏng hoặc bụi bẩn sẽ không thể tương tác với từ trường. Điều này giúp cảm biến từ hoạt động tốt hơn trong môi trường có nhiều bụi hoặc trong điều kiện thời tiết ẩm ướt.
Từ trường phát ra sẽ có tỉ lệ thuận với kích thước cũng như tiết diện của cảm biến từ. Điều này đồng nghĩa với khoảng diện tích mà nó có thể phát hiện ra vật thể càng lớn từ đó hiệu quả sử dụng mà nó mang lại sẽ cao hơn.
3. Ưu điểm nổi bật của cảm biến từ
Cảm biến từ ngày nay được sử dụng khá rộng rãi, từ trong đời sống đến trong sản xuất. Vậy hãy cùng xem những ưu điểm từ chúng:
- Cảm biến từ hoạt động được trong nhiều môi trường khác nhau, với tính chất không cảm ứng đối với chất phi kim loại. Nên đối với môi trường bụi bẩn, chất lỏng hay môi trường khắc nghiệt nhất cũng đều sử dụng được.
- So sánh với các loại cảm biến khác thì chúng có tuổi thọ dài hơn, bạn có thể thoải mái sử dụng.
- Cảm biến từ có cấu tạo đơn giản nên trong quá trình lắp đặt và sử dụng tương đối dễ dàng và nhanh chóng.
- Chi phí sử dụng rẻ.
4. Phân loại cảm biến từ
Bạn có thể dựa vào những tiêu chí sau đây, để phân biệt được các loại cảm ứng từ.
Theo hình dáng
- Cảm biến từ hình trụ
- Cảm biến từ hình hộp
Theo cấu tạo
Cảm biến có bảo vệ ( shield)
- Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh do từ trường chỉ tập trung trước mặt cảm biến.
- Tuy nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng và phạm vị hoạt động. Khiến phạm vi phát hiện vật thể chỉ còn vài milimet.
Cảm biến không có bảo vệ (Un- shield)
- Phạm vi phát hiện vật thể xa hơn, tốt hơn vì không có bị che phủ mặt cảm biến.
- Tuy nhiên do không có bảo vệ nên cho cảm biến dễ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh, đặc biệt trong môi trường có nhiều kim loại khác nhau
Theo sự phát hiện khác biệt
Cảm biến trường thấp
Có khả năng phát hiện các giá trị cực thấp, được ứng dụng trong các ngành cần độ chính xác cực cao, sai số cực nhỏ. Ví dụ như: Y tế, công nghệ hạt nhân,…
Cảm biến trường Trái Đất
Loại cảm biến này sử dụng từ trường của Trái đất và thường được ứng dụng trong phương tiện và phát hiện điều hướng.
Cảm biến từ trường nam châm
Được dùng để cảm nhận từ trường cực lớn, chủ yếu bao gồm các thiết bị hội trường, cảm biến GMR và công tắc sậy.
Ngoài các cách phân loại như trên, cảm biến từ còn được phân theo nhiều thông số như nguồn cấp, ngõ ra, phạm vi phát hiện, tần số đáp ứng, kích thước lắp, kiểu đấu nối, cảm biến từ 2 dây, 3 dây, 4 dây,…
5. Ứng dụng của cảm biến từ
Cảm biến từ được ứng dụng trong nhiều ứng dụng, đôi khi bạn không để ý sẽ không biết hết được ứng dụng từ chúng. Từ trong đời sống, an ninh, công nghiệp cũng đều ứng dụng phổ biến
Ứng dụng trong đời sống
Bếp từ
Bếp từ dạo gần đây được xem như thay thế cho bếp ga ở một vài hộ gia đình. Loại bếp này được đánh giá là an toàn và thân thiện với sức khỏe con người cũng như môi trường.
Bếp từ sẽ sinh ra lượng nhiệt để làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ thay vì dẫn nhiệt từ lửa hoặc các bộ phận làm nóng bằng điện. Dòng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng qua dụng cụ nấu ăn có khả năng bắt từ nên nhiệt độ được tăng lên rất nhanh.
Đèn điện huỳnh quang
Hầu hết các hệ thống chiếu sáng trong các hộ gia đình hay các doanh nghiệp ngày nay đều rất ưa chuộng các bóng đèn huỳnh quang.
Chấn lưu bên trong loại bóng phát sáng này được chế tạo dựa trên nguyên lý điện từ. Khi bật điện, một dòng cao áp trên 2 đầu bóng đèn sẽ phóng điện sang đèn kết hợp với tác động của bột huỳnh quang và giúp đèn phát sáng.
Máy phát điện
Cơ chế hoạt động của máy phát điện đó là tạo ra từ trường bên trong cuộn dây với tốc độ không thay đổi để tạo ra dòng điện xoay chiều. Từ đó mang dòng điện cung cấp đến các thiết bị.
Máy hút bụi công suất lớn
Đa phần các mẫu máy vệ sinh hút bụi hiện nay đều sử dụng 2 loại động cơ phổ biến là động cơ chổi than và động cơ cảm ứng từ.
Trong đó, những model máy hút bụi được trang bị động cơ cảm ứng từ sẽ có độ bền bỉ cao hơn, hiệu quả làm việc từ đó cũng được nâng cao
Ứng dụng trong công nghiệp
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nước giải khát, thực phẩm, đóng hộp, sản xuất linh kiện điện tử…
- Đo độ dày các tạp chất bám vào thành ống sắt từ
- Đo thể tích chất lỏng trong bình kín: Cách làm là thả một tấm xốp có gắn kim loại vào miệng thùng, sau đó sử dụng cảm biến từ để đo thể tích.
- Lắp đặt tại một số vị trí trên ô tô để phát hiện kim loại, cảnh báo cho tài xế tại những nơi khó quan sát. Nhiều dòng xe hiện đại còn trang bị thêm cảm biến từ để đo tốc độ bánh xe, tốc độ động cơ… giúp tăng độ an toàn khi tham gia giao thông
- Ứng dụng trong công nghiệp và thiết bị tiêu dùng. Ví dụ, máy in, máy tính sử dụng cảm biến từ để phát hiện nắp mở hay giấy thiếu.
Ứng dụng trong an ninh
Một ví dụ dễ hiểu của ứng dụng này là: các cảm biến được gắn trên cửa số và cửa ra vào. Khi cửa và cửa số được mở ra thì việc thiếu từ trường bất thường và truyền tín hiệu đến hệ thống an ninh để đưa ra cảnh báo cho người dùng.
Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trên thang máy, điều khiển cổng nhằm phát hiện mức độ và kiểm soát truy cập hằng ngày.
Ứng dụng trong y tế
Điện từ trường đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các thiết bị y tế tiên tiến hiện đại. Nó được áp dụng trong những phương pháp điều trị như: tăng thân nhiệt cho các bệnh nhân ung thư, cấy ghép tế bào hay chụp cộng hưởng từ (MRI).
>>> Xem thêm: Cảm biến quang là gì? Phân loại cảm biến quang