Cảm biến công nghiệp - thiết bị không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

Cảm biến công nghiệp là thiết bị đo đặc các đại lượng vật lý: nhiệt độ, áp suất, ánh sáng,.. Các tín hiệu đó chuyển đổi thành các tín hiệu điện tiêu chuẩn để đưa đến thiết bị phân tích. Thiết bị này thường các tác dụng chung là thu nhập dữ liệu (Sensor). Nó là thành phần quan trọng trong một thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động.

Cấu tạo cảm biến

Cấu tạo gồm: Thiết bị thu nhận tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu và bộ khuếch đại tín hiệu và các phần tử mạch điện tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, được đóng gói nhỏ gọn trong một vỏ hộp. Các tín hiệu phát ra được quy chuẩn theo các mức điện áp, và dòng điện thông dụng nhất phù hợp với các bộ điều khiển.

Phân Loại cảm biến

Mặc dù có hàng ngàn loại cảm biến khác nhau, nhưng thực tế khi chúng ta đi làm, thiết kế các máy móc, đặc biệt là ngành điện tự động hóa, chỉ có vài chục cảm biến công nghiệp thông dụng mà chúng ta dùng nhiều, thường thấy như cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến tiện cận, cảm biến siêu âm, cảm biến độ ẩm vv. Bài viết này sẽ tìm hiểu nhũng cảm biến thông dung như vậy.

Công tắc hành trình (Limit Switches)

1. Công tắc hành trình dạng cơ khí:

Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình dạng này như sau:

Khi con lăn bị tác động, ép lò xo (1) làm tấm lò xo (6) di chuyển xuống phía dưới đến khi tác động lên cần đẩy (3) và nâng trục dẫn hướng (9) lên phía trên. Trên thân (2) có gắn tiếp điểm (4) và (5), trên trục dẫn hướng (9) gắn tiếp điểm(8). Khi trục dẫn hướng bị di chuyển lên phía trên thì tiếp điểm (4) mở sẽ thành tiếp điểm đóng và tiếp điểm đóng(5) thành tiếp điểm mở.

2. Công tắc hành trình nam châm

Cấu tạo công tắc hành trình nam châm gồm một vỏ bằng thủy tinh bên trong có hai cực làm bằng Rhodium, Volfram, bạc…. toàn bộ được chứa trong môi trường khí Nitơ, khí hydro hoặc chân không.



Đây là loại công tắc hành trình không tiếp xúc nghĩa là khi có nam châm di chuyển đến công tắc, sẽ làm cho đóng mạch của công tắc.

3. Ứng dụng:

Công tắc hành trình thường được sử dụng để giới hạn chuyển động, hành trình làm việc của một vật hay một chi tiết trong hệ thống.
Công tắc hành trình nam châm thường được sử dụng trong việc giới hạn hành trình xy lanh (trên cần đẩy của xy lanh có gắn nam châm vĩnh cửu), công tắc cửa của máy giặt, công tắc từ dùng gắn ở cửa của thiết bị báo trộm….

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Inductive Proximity Sensors)

1. Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo cảm biến cảm ứng từ bao gồm 4 phần chính: cuộn dây điện từ, bộ tạo dao động, mạch trigger, khối output.

Bộ tạo dao động sẽ tạo ra tần số cao, thông qua cuộn dây điện từ sẽ tạo ra vùng từ trường biến thiên nằm ở đầu cảm biến, nếu có một vật bằng kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, trong kim loại sẽ hình thành dòng điện xoáy, dòng điện xoáy này tạo ra từ trường mới ngược với từ trường ban đầu, làm cho biên độ dao động của từ trường giảm. Như vậy năng lượng của bộ dao động sẽ giảm, dòng điện xoáy sẽ tăng khi vật càng gần cuộn dây điện từ.

Mạch trigger có nhiệm vụ giám sát biên độ dao động của từ trường, nếu có sự thay đổi về biên độ từ trường, mạch trigger sẽ tác động đến output, làm thay đổi trạng thái ngõ ra của tải





Một số mẫu thực tế của cảm biến tiệm cận cảm ứng từ

2. Ứng dụng

Cảm biến cảm ứng từ được sử dụng để nhận biết các vật kim loại ở gần





Lưu ý: Khoảng cách tác dụng của cảm biến cảm ứng từ đối với đồng, nhôm, thau sẽ gần hơn so với sắt, thép.

Một số ứng dụng thực tế

 Cảm biến tiệm cận điện dung

1. Nguyên lý hoạt động

Cảm biến tiệm cận điện dung có cấu tạo tương tự cảm biến tiệm cận cảm ứng từ nhưng khác nhau ở bề mặt cảm biến.




Bề mặt cảm biến điện dung có cấu tạo bởi ba vòng kim loại đồng tâm. Hai vòng tròn kim loại ở trong cùng là hai điện cực tạo thành tụ điện, vòng tròn thứ ba ngoài cùng gọi là điện cực bù. Điện cực bù có tác dụng làm giảm độ nhạy của cảm biến đối với bụi bẩn, dầu mỡ…giúp cho cảm biến hoạt động chính xác hơn.

Khi một vật đến gần bề mặt của cảm biến, đi vào vùng tĩnh điện của điện cực, sẽ làm cho hệ số điện môi thay đổi, dẫn đến điện dung thay đổi ở bộ tạo dao động. Bộ tạo dao động bắt đầu hoạt động.. Mạch trigger sẽ kiểm tra biên độ dao động cho đến khi đạt bằng ngưỡng biên độ dao động tác động thì trạng thái ngõ ra output sẽ thay đổi. Khi vật đi ra xa bề mặt cảm biến sẽ làm cho biên độ dao động giảm, trạng thái ngõ ra output sẽ trở về trạng thái ban đầu.


Tham khảo thêm: Cảm biến ánh sáng quang điện trở (LDR)




Một số mẫu thực tế của cảm biến tiệm cận điện dung

2. Ứng dụng

Cảm biến tiệm cận điện dung có khả năng nhận biết được các vật cản kim loại cũng như là phi kim loại như là giấy, thủy tinh, chất lỏng, và vải….



Lưu ý khi sử dụng:

Do mỗi vật thể có hằng số điện môi khác nhau cho nên khoảng cách tác dụng của cảm biến điện dung đối với mỗi vật thể cũng khác nhau. Để hiểu rõ hơn chúng ta hãy xem xét bản đồ thị sau:



Nhìn đồ thị ta thấy rằng vật thể có điện môi càng cao thì khoảng cách tác dụng của cảm biến càng xa.

Bảng sau đây sẽ cung cấp cho ta hằng số điện môi của một số vật liệu:

 Ưu và nhược điểm của mỗi loại cảm biến

Ví dụ: Một cảm biến dung có khoảng cách tác dụng tối đa là 10mm, lấy rượu làm vật cản, hằng số điện môi của rượu là 25.8 tra bản đồ thị ta thấy tỉ lệ phần % khoảng cách tác dụng của cảm biến Sr là khoảng 85% tương đương khoảng cách tác dụng 8,5mm.

Một số ứng dụng thực tế:

 Cảm biến siêu âm

1. Nguyên lý hoạt động

Cảm biến siêu âm gồm có 4 phần chính: bộ phận phát và nhận sóng siêu âm, bộ phận so sánh, mạch phát hiện và mạch ngõ ra.

Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm là gồm một cái đĩa ceramic kiểu áp điện được gắn ở dưới bề mặt của cảm biến. Đĩa này có khả năng phát và thu sóng siêu âm.

Khi có một điện áp với tần số cao được đưa vào thì đĩa sẽ rung động tạo ra sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm được phát đi nếu gặp phải một vật cản thì tại đó sẽ dội ngược lại một sóng siêu âm mới có tần số tương tự nhưng có biên độ nhỏ hơn.



Khi cảm biến nhận được sóng phản hồi, bộ phận so sánh sẽ tính toán bằng cách so sánh thời gian phát và nhận tín hiệu sóng siêu âm, vận tốc sóng siêu âm để tính ra quãng đường đi của sóng siêu âm cũng chính là khoảng cách giữa cảm biến và vật cản.

Tín hiệu ngõ ra cảm biến siêu âm có thể là digital hoặc analog. Tín hiệu từ cảm biến digital báo có hay không sự xuất hiện của vật cản trong vùng cảm nhận của cảm biến. Tín hiệu từ cảm biến analog chứa đựng thông tin khoảng cách từ đối tượng đến cảm biến.

Tần số hoạt động: nhìn chung cảm biến siêu âm dùng trong công nghiệp hoạt động với tần số là từ 25KHz đến 500KHz. Các cảm biến siêu âm trong y khoa thì hoạt động với tần số 5MHz trở lên. Tần số của cảm biến tỉ lệ nghịch với khoảng cách phát hiện của cảm biến, với tần số 50KHz thì phạm vi hoạt động của cảm biến có thể lên tới 10m hoặc hơn, với tần số 200KHz thì phạm vi hoạt động của cảm biến giới hạn ở mức 1m.

Một số mẫu thực tế của cảm biến siêu âm

2. Ứng dụng

Trong công nghiệp cảm biến siêu âm dùng để điều khiển mực chất lỏng, phát hiện dây bị đứt, phát hiện người, phát hiện xe ….và nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống như súng bắn tốc độ, máy siêu âm, máy tán sỏi thận….

Lưu ý khi sử dụng:

Có một vùng nằm trước cảm biến gọi là vùng mù. Khi vật cản nằm trong vùng này thì cảm biến sẽ không nhận ra được vật cản. Do đó ta phải điều chỉnh vị trí cảm biến khi lắp đặt sao cho khoảng cách từ vật cản cho đến đầu dò cảm biến phải lớn hơn khoảng cách vùng mù.

 Cảm biến quang

Cảm biến quang là một loại một thiết bị có khả năng nhận biết được hầu hết các vật ngoại trừ các vật trong suốt như thủy tinh… Chúng có thể nhận biết được vật với khoảng cách ở xa ( ngược với cảm biến điện dung và cảm biến cảm ứng từ), và chúng có thể nhận biết được vật trong môi trường chân không( ngược với cảm biến siêu âm)

Phần điều khiển của cảm biến quang bao gồm phần phát (nguồn sáng), phần thu để nhận ra ánh sáng do bên phát phát ra kết hợp với mạch so sánh và khuếch đại tín hiệu.

Ánh sáng sử dụng trong cảm biến quang là ánh sáng hồng ngoại đã được điều chế và được phát ra bởi diode phát quang (LED) với tần số từ 5 đến 30KHz.

Cảm biến quang được chia làm 3 loại chính:

1. Thru -Beam

Cảm biến loại Thru – Beam gồm hai đầu riêng biệt được gắn ở hai phía đối diện nhau. Đầu phát sẽ phát ra chùm tia hội tụ thông qua một thấu kính hướng tới bên thu.

Bình thường khi không có vật che tia sáng thì đầu thu sẽ nhận ra ánh sáng do đầu phát phát ra, lúc này ngõ ra của cảm biến sẽ không tác động. Tuy nhiên khi có một vật băng ngang qua giữa đầu phát và đầu thu khi đó tia sáng sẽ bị che làm cho đầu thu không nhận ra ánh sáng do đầu phát phát ra lúc này cảm biến sẽ tác động làm thay đổi trạng thái ngõ ra.





Cảm biến loại này thường được sử dụng ở nơi công cộng như bảo tàng, bãi đỗ xe… nhằm phát hiện ra sự di chuyển của một vật.

Trong công nghiệp hai đầu của cảm biến được gắn hai phía đối diện nhau của băng tải nhằm phát hiện sự di chuyển của vật trên băng tải.

Khoảng cách tối đa mà cảm biến loại này có thể nhận ra được vật cản là khoảng 100m.

2. Diffuse Reflective

Cảm biến Diffuse Reflective là loại cảm biến tiệm cận có phần phát và phần thu được đặt trên cùng một khối. Ánh sáng từ phần phát phát ra đập vào vật và phản xạ lại ánh sáng kiểu khuếch tán. Nếu phần thu nhận đủ lượng ánh sáng phản xạ cần thiết, trạng thái ngõ ra sẽ tác động. Nếu không có vật cản thì không có ánh sáng phản xạ lại, phần thu không nhận đủ lượng ánh sáng phản xạ cần thiết, trạng thái ngõ ra sẽ không tác động.



Cảm biến loại này tiện lợi hơn loại cảm biến Thru – beam bởi vì phần phát và phần thu được đặt chung cùng một vỏ nên đấu dây đơn giản. Tuy nhiên loại cảm biến này không nhận ra những vật cản có bề mặt mờ đục hay vật cản có bề mặt phản xạ ánh sáng kém.

Khoảng cách tối đa mà cảm biến loại này có thể nhận ra được vật cản là khoảng 1m.

3. Retro – reflective

Cảm biến Retro – reflective có phần phát và phần thu được đặt chung cùng một vỏ giống cảm biến loại diffuse reflective nhưng nguyên lý hoạt động giống loại Thru – Beam. Ánh sáng từ phần phát sẽ được chiếu thẳng đến một gương phản xạ và ánh sáng phản xạ về phần thu. Khi có một vật che đường ánh sáng thì ngõ ra của cảm biến sẽ tác động, ngược lại nếu không có vật che đường ánh sáng thì ngõ ra cảm biến sẽ không tác động.




Cảm biến loại này có thể nhận biết được các loại vật cản, tuy nhiên khi sử dụng cảm biến loại này chúng ta cần sử dụng gương phản xạ đồng bộ với cảm biến do nhà sản xuất cung cấp để phát huy hiệu quả của cảm biến.

Khoảng cách tối đa mà cảm biến loại này có thể nhận ra được vật cản là khoảng 10m.





Một số ứng dụng thực tế




Cảm biến

Ưu điểm và Nhược điểm

Công tắc hành trình
Khả năng chịu dòng cao
Giá thành hạ
Cần phải có sự tác động vật đối công tắc hành trình
Thời gian đáp ứng chậm

Cảm biến quang
Có thể nhận biết được tất cả các loại vật liệu
Có khả năng nhận biết được vật ở xa
Tuổi thọ cao
Thời gian đáp ứng nhanh
Bề mặt của cảm biến nếu bị bẩn sẽ không hoạt động tốt
Khoảng cách nhận biết được vật của cảm biến phụ thuộc vào màu sắc và hệ số phản xạ của vật

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ
Sử dụng được trong môi trường khắc nghiệt
Nhận biết được vật bằng kim loại
Tuổi thọ cao
Dễ dàng lắp đặt
Giới hạn về khoảng cách nhận biết vật

Cảm biến tiệm cận điện dung
Nhận biết được chất lỏng nằm trong chai.
Có thể nhận biết được vật không phải là kim loại
Giới hạn về khoảng cách nhận biết vật
Nhạy cảm với môi trường thay đổi

Cảm biến siêu âm
Nhận biết được tất cả các loại vật liệu
Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ môi trường
Không nhận biết được vật trong môi trường chân không

 Cách đấu dây cảm biến

1. Ngõ ra là transiotor

a. Ngõ ra là loại transistor PNP



b. Ngõ ra là loại transistor NPN



2. Ngõ ra là dạng 2 tiếp điểm

a. Loại 2 đầu dây



b. Loại 3 đầu dây



c. Loại 4 đầu dây





Lưu ý: Hiện nay trên thị trường, cảm biến được sản xuất bởi nhiều công ty ở nhiều quốc gia khác nhau do đó chúng rất đa dạng về hình dáng, chủng loại vì vậy khi ta sử dụng một cảm biến cụ thể chúng ta cần tìm hiểu kỹ cách đấu dây và khả năng ứng dụng của cảm biến đó để sử dụng chúng một cách an toàn và hiệu quả.

Cảm biến tiệm cận ngõ ra là transistor thường có hai loại npn và pnp. Cảm biến loại npn còn gọi là cảm biến có ngõ ra kích âm, còn cảm biến loại npn còn gọi là ngõ ra kích dương. Việc xác định ngõ ra kích dương kích âm kích dương rất quan trọng trong việc đấu dây.

Thông thường ba đầu dây của cảm biến tiêm cận có quy luật màu như sau: đỏ + đen – ; trắng ngõ ra dây tín hiệu hoặc nâu +, xanh sẫm – đen ngõ ra dây tín hiệu.

Nguồn tổng hợp

Cảm biến là gì ? phân loại và ứng dụng trong công nghiệp

Cảm biến là gì ?

Cảm biến (Sensor ) là thiết bị điện đo đạc các tín hiệu như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, tốc độ, những hiện tượng thay đổi bên ngoài chuyển thành tín hiệu điện tiêu chuẩn để cung cấp cho các bộ điều khiển phân tích

Cấu tạo cảm biến

Hiện nay trên thị trường có hàng trăm ngàn cảm biến phục vụ các mục đích khác nhau, nhưng nó có mẫu số chung là được làm từ các sensor phần tử điện thay đổi tính chất theo sự biến đổi của môi trường gọi là đầu dò.

Cấu tạo gồm các phần tử mạch điện tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, được đóng gói nhỏ gọn trong một vỏ hộp. Các tín hiệu phát ra được quy chuẩn theo các mức điện áp, và dòng điện thông dụng nhất phù hợp với các bộ điều khiển.

Các loại cảm biến thông dụng

Mặc dù có hàng ngàn loại cảm biến khác nhau, nhưng thực tế khi chúng ta đi làm, thiết kế các máy móc, đặc biệt là ngành điện tự động hóa, chỉ có vài chục cảm biến công nghiệp thông dụng mà chúng ta dùng nhiều, thường thấy như cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến tiện cận, cảm biến siêu âm, cảm biến độ ẩm vv. Đó là những sensor mà chúng ta thường thấy trên thị trường.
Cảm biến nhiệt độ

Nó được dùng để đo đạc nhiệt độ môi trường, nước,vv .Dưới đây là một hình ví dụ về cảm biến nhiệt độ công nghiệp.

Nó được bao bọc cẩn thận bằng lớp vỏ kim loại bên ngoài, rất công nghiệp, mục đích để đo sự thay đổi tín hiệu nhiệt độ từ môi trường sau đó cung cấp cho bộ điều khiển bằng tín hiệu điện


Cấu tạo

Gồm hai đây kim loại khác nhau được hàn lại xong bọc trong vỏ bảo vệ được gọi là đầu nóng, chính là nơi tiếp xúc với môi trường cần đo nhiệt độ. Còn một đầu được đấu dây ra phía ngoài cho bộ điều khiển được gọi là đầu lạnh.

Nguyên lý hoạt động của can nhiệt này là khi có sự thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo dẫn đến thay đổi nhiệt độ của đầu nóng và đầu lạnh, sẽ xuất hiện hiệu điện thế ở đầu lạnh. Vậy tín hiệu thay đổi này sẽ cung cấp cho bộ điều khiển phân tích như plc.

Sự ổn định và dải sức điện động đo đạc phụ thuộc vào chất liệu đầu do nóng, do vậy nên mới có nhiều loại can nhiệt với tên gọi khác nhau như E, J, K, R vv. Tương ứng xuất ra các sức điện động khác nhau. Mục đích này để đa dạng hóa lựa chọn cảm biến nhiệt tương thích với bộ điều khiển khác nhau.

Thường thì cảm biến nhiệt độ được cấu tạo từ Platium có giá trị nhiệt độ là 100 ôm khi nhiệt độ là 0 độ C. Và khi nhiệt độ biến đổi thì điện trở cũng tỷ lệ biến đổi theo.

Mộ lưu ý để sử dụng can nhiệt là phải cung cấp một nguồn điện đúng như thông số và ổn định liên tục. Đầu cảm biến này được bọc trong vỏ bằng kim loại đồng, sứ dẫn nhiệt hay thủy tinh để bảo vệ đầu dò.



Thực tế cảm biến này còn có một bộ chuyển đổi tín hiệu và bù nhiễu đằng sau đó để bù sai số và tạo ra tín hiệu đo chuẩn và không giao động, hiệu suất làm việc cao và dễ lắp đặt. Và để hợp thành bộ hoàn chỉnh phải kết hợp với đồng hồ đo nhiệt độ để lưu lại các thông số và hiển thị cho người sử dụng.
Cảm biến độ ẩm 

Cảm biến độ ẩm (humidity sensor) cảm nhận, đo lường và báo cáo độ ẩm tương đối trong không khí. Do đó nó đo cả nhiệt độ ẩm và không khí. Độ ẩm tương đối là tỷ lệ của độ ẩm thực tế trong không khí đến mức độ ẩm cao nhất có thể giữ được ở nhiệt độ không khí đó. Nhiệt độ không khí càng ấm thì độ ẩm càng cao. Bộ cảm biến độ ẩm/sương sử dụng phép đo điện dung, dựa vào điện dung. Điện năng là khả năng của hai dây dẫn điện gần đó để tạo ra một điện trường giữa chúng. Bộ cảm biến bao gồm hai tấm kim loại và chứa một màng polyme không dẫn điện giữa chúng. Bộ phim này thu thập độ ẩm từ không khí, làm cho điện áp giữa hai tấm thay đổi. Những thay đổi điện áp này được chuyển đổi thành các số liệu kỹ thuật số hiển thị mức độ ẩm trong không khí.

Ứng dụng của cảm biến độ ẩm

Bộ cảm biến độ ẩm có thể được sử dụng như một biện pháp giám sát và phòng ngừa trong nhà cho những người bị bệnh mà bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. Chúng cũng được tìm thấy trong hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí tại gia (hệ thống HVAC). Chúng cũng có thể được tìm thấy trong các văn phòng, ô tô, máy giữ ẩm, bảo tàng, không gian công nghiệp và nhà kính và có thể được sử dụng trong các trạm khí tượng để báo cáo và dự báo thời tiết. Cảm biến sương được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn vì việc sơn phủ có thể rất nhạy với điểm sương. Cảm biến quang



Cảm biến quang ( Photoelectric Sensor ) là được cấu tạo bởi linh kiện bán dẫn quang điện, khi có anh sáng chiếu vào bề mặt bán dẫn sẽ thay đổi tính chất của light sensor . Tín hiệu quang này được chuyển đổi sang tín hiệu điện quy chuẩn thông qua một bảng mạch điện tử, nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot.

Thưởng thì cảm biến quang có một đầu thu và phát tín hiệu quang, và được chia làm nhiều loại theo nguyên lý làm việc.
Loại cảm biến quang thu phát gồm một bộ phát ánh sáng như hồng ngoại, laze vv. Và bộ thu là sensor quang rất nhạy, để chuyển đổi tính hiệu quang sang tín hiệu điện
Cảm biến quang phản xạ gương tức là nó thu phát và nhận tín hiệu qua chiếc gương được đặt đối diện, nguyên lý là nếu không có vật chạy qua thì tín hiệu từ đầu phát sẽ phản xạ lại vào đầu thu. Tín hiệu thường xuất ra NPN or PNP



Ưu điểm của loại cảm biến quang phản xạ gương này là phát hiện vật rất xa cho với cảm biến quang thu phát thông thường, hay cảm biến quang độc lập . Tiết kiện chi phí lắp đặt, kinh phí đầu tư vv




Trên hình là sơ đồ kết nối Optical sensor reflects the mirror gồm 3 đầu ra, dây xanh kết nối nguồn âm, dây nâu kết nối nguồn dương, dây đen là ngõ ra output dạng tín hiệu.
Cảm biến quang dạng khuếch tán.

Về thiết bị cảm biến quang điện này có nhiều nhà cung cấp tên tuổi, điển hình là cảm biến quang omron .

Các sản phẩm tiêu biểu như cảm biến sợi quang omron, cảm biến quang thu phát chung omron, hay mã hàng cảm biến quang omron e3z, chúng ta có thể tham khảo bảng giá cảm biến quang omron trên trang web : http://www.omron.com.vn/.của họ

Hay của hãng autonics, eyence, panasonic

Thường được dùng cho các máy dây chuyển đếm sản phẩm, đếm hàng hóa chạy trên các băng tải, vvv. rất phổ biến trong môi trường công nghiệp.

Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất dùng để đo áp suất trong các bình hơi, thiết bị khí nén trong công nghiệp, chuyển áp lực hơi thành tín hiệu điện, dòng điện với các định mức quy chuẩn công nghiệp 4-20mA và 0-20mA theo dòng điện hoặc 0-10V hay 0.5-4.5V 1-5V theo mức điện áp.


Thường gặp nhiều trong các máy sử dụng cơ cấu khí nén, ngoài ra nó còn được đo áp suất nước , cảm biến áp suất không khí, đo áp suất hơi , cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến áp suất lốp xe hơi rất thông dụng

Như chúng ta đã biết áp suất định nghĩa là áp lực của chất lỏng hoặc khí lên một đơn vị diện tích. P=F/A, trong đó F là lực tác động với đơn vi là Newton (N), A là diện tích m2. Vây P sẽ có đơn vị là N/m2 hay Pascal.




Trên thị trường hiện nay cảm biến áp suất được chia làm ba loại.
Cảm biến áp suất dạng cầu ( Strain gage based )
Cảm biến áp suất biến dung (Variable capacitance)
Áp cảm biến suất ( Piezoelectric)

Trong tất cả, dạng cầu là phổ biến nhất, nguyên lý là khi có áp lực tác động lên làm thay đổi điện trở dẫn đến điện áp thay đổi (mV) và có thể chuyển đổi sang mA qua bộ khuếch đại thích hợp. Ưu điểm của Wheatstone sensor có độ chính xác, tuổi thọ cao và giá thành sản xuất thấp.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận ( Proximity Sensors ) được sử dụng rất nhiều trong máy móc công nghiệp, đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất đếm và phân loại sản phẩm. Với chức năng phát hiện vật di chuyển qua đầu cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện cho bộ điều khiển.

Hình trên là một ví dụ cảm biến tiện cận mà chúng ta thường thấy. Nó được chia làm hai loại chính.
Cảm biến phát tra trường điện từ dùng để phát hiện ra vật bằng kim loại, nó gồm cuộn copper coil ở đầu cảm ứng. Một mạch điện điều khiển phát ra sóng cao tần móc vòng với cuộn dây tạo ra trường điện từ dao động quanh nó. Khi vật bằng kim loại lướt qua, làm dao động dòng điện trong cuộn dây giảm đi, tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi trang thái. Cảm biến này có ưu điểm hơn nhiều so với cảm biến quang bởi đặc tính chống chịu dầu mỡ, hoạt động trong môi trường bụi bẩn.


Vậy các bạn thắc những cảm biến không phải bằng kim loại thì dùng loại nào. Thực tế nhà sản xuất cũng cho ra đời loại tưởng tự vậy nó dựa trên nguyên lý phát trường điện dung ở đầu dò, giá trị phụ thuộc vào chất liệu vật và khoảng cách, hiểu nôm na đầu cảm biến và vật là hai bản cực của chiếc tụ. Khi có sự thay đổi thì tín hiệu điện được xuất ra đầu dây thông qua bộ chuyển đổi.

Lưu ý khi chọn các loại cảm biến

Đầu tiên phải xác định đặc tính của máy, ứng dụng trong sản xuất mặt hàng gì, môi trường làm việc và yêu cầu độ tin cậy làm việc để lựa chọn cho phù hợp.

Trên đây là các loại cảm biến thông dụng được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp, các bạn tham khảo

Cảm biến phát hiện và đo mức chất lỏng, chất rắn

1. Giới thiệu chung

Cảm biến đo mức, gồm loại đo mức liên tục cung cấp tín hiệu đo lường đầu ra trong phạm vi toàn dải đo và loại phát hiện mức theo từng điểm đo như mức cao/thấp/trung bình, căn cứ trực tiếp vào một trong các đặc điểm vật lý của vật liệu đo. Ví dụ, cảm biến đo mức dạng phao và cảm biến đo mức chênh áp sử dụng tỷ trọng chất lỏng, cảm biến đo mức điện dung sử dụng hằng số điện môi chất lỏng. Ngoài ra, các chất rắn thể hiện một số đặc điểm mà các chất lỏng không có, bao gồm hình dạng, mật độ bề ngoài, góc nghỉ và hàm lượng nước. Chúng được ứng dụng trong các cảm biến đo sử dụng trong điều kiện môi trường thay đổi, có tác động xấu đến hoạt động đo.

Theo ứng dụng, cảm biến đo mức được chia thành hai nhóm, cảm biến đo mức chất lỏng và cảm biến đo mức chất rắn. Dưới đây là các đặc điểm cơ bản của hai nhóm cảm biến này và một số khuyến nghị khi chọn sử dụng cảm biến đo mức dựa vào đặc điểm của từng nhóm.

Hình 1. Các loại cảm biến đo mức chất lỏng của hãng FineTek

2. Cảm biến đo mức chất lỏng

Các loại mức mà cảm biến mức đo được bao gồm: bề mặt giữa không khí và chất lỏng - đây là dạng thông dụng phổ biến nhất; bề mặt giữa hai lớp chất lỏng như nước và dầu; bề mặt giữa chất lỏng và chất rắn giống như đáy bình và chất lỏng, chất lỏng và bùn. Một số loại cảm biến đo mức chất lỏng của hãng FineTek được trình bày như hình 1.

Trong đó: FC/FD, FG, FF, FA/FB là cảm biến đo mức dạng phao; SP, SF, SE là cảm biến phát hiện dòng chảy; SD là cảm biến phát hiện mức kiểu quang học; SA là cảm biến đo mức điện dung; EB, SB là cảm biến đo mức điện dung kết hợp sóng radio; EC là cảm biến đo mức chênh áp; LR là chỉ thị đo; SC là cảm biến kiểu thanh rung; EG là cảm biến đo mức kiểu từ giảo; EF, MEF là cảm biến đo mức trích nhánh; EA là cảm biến đo mức siêu âm; JFR là cảm biến đo mức radar; PB/PM là bộ xử lý hiển thị kết quả đo dạng đồ họa.

Các loại chất lỏng có thể đo được rất đa dạng. Chúng có thể là chất lỏng đơn thành phần hoặc hỗn hợp nhiều thành phần với tỷ trọng, độ nhớt, hằng số điện môi khác nhau. Các trạng thái khác của chất lỏng, gồm độ nhớt cao, độ bám dính, có bọt trên bề mặt, có bùn hay dễ bị kết tủa cũng rất quan trọng trong việc lựa chọn bộ cảm biến đo mức.

Trạng thái hoặc tính chất của chất lỏng trong bồn bể như các phản ứng, áp suất hay nhiệt độ của nó, đều tác động đến độ chính xác kết quả đo và do đó nó là các thông số rất quan trọng. Mối quan hệ giữa vận tốc và sự thay đổi mức do sự điền đầy hoặc kiểu dòng chảy của chất lỏng, tốc độ đáp ứng của cảm biến, hay các hiện tượng bọt trong chất lỏng do quá trình khuấy trộn, sục khí, sủi bọt, dao động cũng cần được xem xét một cách kỹ lưỡng, trong việc chọn cảm biến đo.

Độ chính xác kết quả đo là yếu tố rất quan trọng, nó cũng liên quan chặt chẽ đến vị trí và phương pháp lắp đặt cảm biến, nên cảm biến cần phải được chọn một cách hết sức cẩn thận. Các cảm biến không nên lắp đặt gần dòng chảy vào/ra. Trong một số trường hợp cần bổ sung đường ống dẫn dòng chảy tránh xa khu vực lắp đặt cảm biến đo mức.

Cảm biến đo mức dựa vào trọng lượng riêng Cảm biến đo mức dạng phao và cảm biến đo mức chênh áp xác định thông số đo dựa vào trọng lượng riêng của chất lỏng. Sự thay đổi trọng lượng riêng gây ra sai số phép đo, điều này luôn được kiểm soát trong quá trình đo hoặc trong các ứng dụng điều khiển. Do vậy, trọng lượng riêng hầu như không thay đổi trong các ứng dụng đo, và cảm biến đo mức sẽ làm việc tốt trong hầu hết các điều kiện đo. Tuy nhiên cần lưu ý rằng, sai số đo có thể xảy ra khi thay đổi điều kiện/môi trường hoạt động, như khi khởi động/chạy thử quá trình/dây chuyền sản xuất.

Cảm biến đo mức dựa vào hằng số điện môi: Cảm biến đo mức kiểu điện dung sử dụng hằng số điện môi để tính toán mức chất lỏng cần đo. Hằng số điện môi của chất lỏng nói chung rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ và hằng số điện môi giảm khi nhiệt độ tăng. Ví dụ hằng số điện môi của nước là 88 tại 0oC, 80 tại 20oC và 48 tại 100oC. Do đó, điều kiện nhiệt độ phải được cân nhắc kỹ lưỡng khi sử dụng cảm biến đo mức kiểu điện dụng. Hơn nữa, sự thay đổi nhiệt độ không phải là thách thức duy nhất. Nhiều người sử dụng cảm biến đo mức kiểu điện dung giả định sự thay đổi nhiệt độ là nhỏ, sau khi điều kiện quá trình được xác định và bỏ qua các điều kiện yêu cầu khác. Ngược lại, trong nhiều ứng dụng thực tế, ngay cả khi sự thay đổi nhiệt độ là nhỏ, người sử dụng cần phải có sự lưu tâm đặc biệt khi mà chất lỏng đo có hằng số điện môi nhỏ hoặc có độ bám dính, hoặc đòi hỏi độ chính xác đo lường cao.

3. Cảm biến đo mức chất rắn

Những đặc điểm bề mặt mức chất rắn hoàn toàn khác hẳn với chất lỏng, một số có thể chưa được giải thích thỏa đáng. Có thể nói rằng các cảm biến đo mức chất rắn đã được phát triển dựa theo thực nghiệm cho đến ngày nay. Một số đặc điểm của cảm biến đo mức chất rắn được thể hiện thông qua các thông số đặc trưng sau:

Góc nghỉ (angle repose): Khi vật liệu rắn được đổ lên một bề mặt ngang, một đống hình nón sẽ hình thành. Góc nội bộ giữa bề mặt hình nón và bề mặt ngang được gọi là góc nghỉ. Góc nghỉ thay đổi theo lượng nước, kích thước và hình dạng của các hạt, và có xu hướng tăng khi lượng nước tăng lên và khi đường kính hạt giảm.

Áp lực chất rắn (solid pressure): Trong khi áp lực chất lỏng được tác dụng như nhau theo các hướng, thì áp lực chất rắn chỉ hoạt động mạnh nhất theo hướng lực tác dụng, và giảm mạnh theo các hướng khác, và yếu nhất ở hướng mặt cắt 90o so với hướng ban đầu. Khi áp lực vượt quá một giới hạn nhất định, các hạt bắt đầu trượt. Áp lực tác dụng lên đáy bồn trở nên lớn nhất khi mức chất rắn trong bồn gấp 3-5 lần đường kính bên trong bồn. Tuy nhiên, ở mức thấp hơn, hầu hết trọng lực tác động sang bên thành bồn và các lực đi xuống không tăng.

Cầu nối (bridge): Cầu nối là một trong những đặc điểm của vật liệu rắn mà có thể gây ra trở ngại khi đo mức chất rắn. Các vật liệu rắn thường được trút xuống bởi lực hấp dẫn. Ngay cả những chất rắn có tính lưu động cao có thể tụ hợp tại đáy bồn hình phễu và dừng trút xuống nếu đầu ra nhỏ. Chất rắn dính có xu hướng trút xuống chỉ ở phần đầu ra, và phần còn lại của vật liệu nằm ở trong bồn. Hiện tượng này được gọi là “cầu nối - bridge”. Thường thì chất rắn với đường kính hạt rắn lớn hơn 1 mm không gây ra hiện tượng “cầu nối”, nếu đường kính phễu đầu ra lớn hơn ít nhất 6 lần kích thước hạt chất rắn.

Hình 2 dưới đây trình bày một số loại cảm biến đo mức chất rắn của hãng FineTek.

Trong đó: BAS/BAH/BVP - air hammer; BVK/BVR/BVT - pneumatic vibration.

Hình 3. Ứng dụng chọn dùng cảm biến phát hiện mức chất lỏng, chất rắn

4. Một số khuyến nghị khi chọn dùng cảm biến đo mức

Cảm biến đo mức được sử dụng trong một rất nhiều các ứng dụng dân dụng và công nghiệp. Mục đích của phép đo có thể là phát hiện sự điền đầy hoặc lượng liệu trút khỏi bồn trong các giao dịch kinh doanh, quá trình giám sát, điều khiển, hoặc quản lý hàng tồn kho. Lựa chọn bộ cảm biến phù hợp nhất cho loại vật liệu đo và đáp ứng được mục đích đo là yêu cầu quan trọng.

Khả năng xử lý tín hiệu là một trong những tính năng mà người dùng nên quan tâm để nhận được thông tin cần thiết từ các cảm biến. Các cảm biến có thể:
- Chỉ có màn hình hiển thị tại hiện trường;
- Đi kèm cùng một bộ chuyển đổi/truyền tín hiệu;
- Có khả năng tính toán và xử lý các tín hiệu đầu ra, và chuyển đổi chúng sang dạng tín hiệu thích hợp cho phép ghi/lưu dữ liệu, cảnh báo, điều khiển.

Lựa chọn cảm biến phù hợp nhất với mục đích đo lường là rất quan trọng. Trước khi lựa chọn cảm biến đo, người sử dụng cần phải xem xét vật liệu cần đo, tại sao nó cần được đo, các thông tin cần thiết là gì, và các thông tin thu được sẽ được xử lý và sử dụng như thế nào.

Dưới đây là một số khuyến nghị điển hình trong việc lựa chọn một bộ cảm biến đo mức.
Vật liệu cần đo: Các yếu tố quan trọng liên quan đến vật liệu cần đo bao gồm: loại vật liệu cần đo, đặc điểm của nó dưới điều kiện làm việc như nhiệt độ, áp suất, mật độ, độ nhớt và hằng số điện môi. Đối với chất rắn, tỷ trọng riêng, độ ẩm, kích thước hạt và góc nghỉ nên được xem xét. Ngoài ra, độ ăn mòn, mài mòn, tính dễ cháy và gây nổ và mức độ của nó cũng cần được làm rõ. Các trạng thái của vật liệu đo trong bồn là một yếu tố khác cho việc lựa chọn cảm biến thành công. Các thông tin như mức là bão hòa hay thay đổi chậm, dòng chảy hỗn loạn hoặc chảy xoáy do khuấy trộn hoặc đun sôi cần phải được kiểm tra. Kết cấu và vật liệu chế tạo bồn cũng rất quan trọng. Nếu yêu cầu dịch vụ bảo trì hoặc thay thế cảm biến cho các bồn trong điều kiện vận hành thì việc kiểm tra tính sẵn sàng lắp đặt là rất cần thiết.

Các thông tin cần thu được: Loại cảm biến, các chức năng cần thiết và độ chính xác mức đo là các thông tin cần thu được để chọn cảm biến phù hợp cho các ứng dụng. Có hai loại cảm biến mức, cảm biến mức phát hiện từng điểm và cảm biến đo mức liên tục. Loại cảm biến phát hiện sử dụng để cảnh báo hoặc chuyển mạch điều khiển tại các mức xác định, còn loại đo mức liên tục dùng để đo mức điền đầy bồn, đo lượng thoát ra khỏi bồn, xác định mức hiện tại hoặc trong các ứng dụng điều khiển quá trình. Chi tiết các thông tin cần thu được khi chọn sử dụng cảm biến đo mức dưới đây phải quan tâm đến, đó là:

- Loại ứng dụng như đo mức chất lỏng/rắn, bề mặt đo của chất lỏng hay bề mặt chất lỏng và chất rắn;
- Dữ liệu đo cần giám sát/theo dõi liên tục sử dụng một bộ điều khiển và một bộ cảm biến, hay là theo chu kỳ hoặc không liên tục sử dụng một bộ điều khiển và nhiều cảm biến;
- Yêu cầu về độ chính xác đo lường như thế nào.

Cách sử dụng các thông tin thu được: Giá trị đo có thể được sử dụng chỉ đơn giản như một giá trị mức (chiều cao), hoặc chuyển đổi thành thể tích, khối lượng hoặc thông tin khác. Nếu chuyển đổi là cần thiết, kiểm tra nó nên được thực hiện như thế nào. Ngoài ra, kiểm tra giá trị đo được hiển thị như thế nào, có nghĩa là, nếu nó phải được ghi lại, hoặc/và hiển thị đồ họa, hay/và được sử dụng cho mục đích điều khiển quá trìn hay điều khiển chuyển mạch, và/hoặc có yêu cầu truyền dữ liệu kỹ thuật số hay tương tự, cũng cần được cân nhắc đến. (hình 3)

Mối quan hệ giữa vật liệu cần đo và cảm biến đo: Vị trí và phương pháp lắp đặt cảm biến là những yếu tố quan trọng tác động đến độ chính xác, lỗi xuất hiện, hỏng hóc và bảo trì cảm biến đo. Các điều kiện của vị trí lắp đặt như nhiệt độ, nếu cảm biến lắp đặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp, độ rung lắc hoặc chất ăn mòn, và số vị trí lắp đặt cũng cần được kiểm tra, xem xét cẩn thận. Đối với các ứng dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống, cảm biến phải là loại đảm bảo vệ sinh, dễ làm sạch và không tích tụ bám bẩn vào thiết bị đo.

Sử dụng trong khu vực nguy hiểm: Cảm biến chống cháy hoặc cảm biến an toàn thường được sử dụng trong khu vực nguy hiểm. Khu vực nguy hiểm được phận loại theo tiêu chuẩn “zone”. Trong khu vực “zone” 0, cảm biến chống cháy nổ phải được sử dụng. Trong khu vực “zone” 1 và “zone” 2, cảm biến đảm bảo an toàn hoặc cảm biến chống cháy nổ được yêu cầu sử dụng. Kiểm tra các loại chứng chỉ cấp phép phù hợp theo tiêu chuẩn “zone” là rất cần thiết đối với các ứng dụng này trước khi chọn một bộ cảm biến.

Hình 3, hình 4 trình bày tổng quát các loại/kiểu cảm biến phát hiện và đo liên tục mức chất lỏng/chất rắn, một số ứng dụng trong dân dụng/công nghiệp và cách chọn cảm biến đo mức phù hợp cho ứng dụng dựa trên thiết bị đo mức của hãng NOHKEN Japan.

Hình 4. Ứng dụng chọn dùng cảm biến đo liên tục mức chất lỏng, chất rắn

5. Kết luận

Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến đo mức của nhiều hãng khác nhau. Tuy nhiên chúng đều được chế tạo theo nguyên lý, vật liệu xác định và cho mục đích/ứng dụng đo cụ thể. Hiểu và nắm bắt được nguyên tắc chung trong việc chọn lựa cảm biến đo mức không chỉ mang lại hiệu quả kỹ thuật thiết kế thi công dự án mà còn mang đến lợi ích kinh tế to lớn cho doanh nghiệp. Cảm biến đo mức chất lỏng, chất rắn ngày nay thường tích hợp (hoặc tùy chọn) bộ truyền tín hiệu đo, cho phép kết nối với hệ thống giám sát, thu thập số liệu, cũng như hệ thống điều khiển quá trình. Ngoài ra cũng cần lưu ý khảo sát các thông tin tối thiểu cho việc đặt hàng cảm biến đo với nhà sản xuất, gồm: model, housing, connection, range, analog output 1; có thể thêm các tùy chọn là đầu ra 2, vật liệu thanh/que đo, kích thước/vật liệu phao (nếu có).

theo Tự động hóa ngày nay

Cảm biến nhiệt độ là gì? Chi tiết về nguyên lý hoạt động và hướng dẫn cách ứng dụng của từng loại cảm biến nhiệt

1. Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo.

Thiết bị cảm biến nhiệt được thiết kế đặc biệt cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, ô tô, hàng hải và vật liệu nhựa, cũng như tất cả các ngành đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy cao trong các phép đo.

Cảm biến nhiệt được cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được gắn vào một đầu gọi là đầu nóng( đầu đo) và đầu lạnh( đầu chuẩn). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh. Vì thế cần kiểm soát nhiệt độ đầu lạnh( tùy thuộc vào loại chất liệu).

Nguyên lý làm việc đối với nhiệt kế điện trở metaI, thường được gọi là cảm biến nhiệt, là cơ sở dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội.

Vật liệu: bạch kim và niken, do điện trở suất cao và tính ổn định của chúng.

Các phép đo nhiệt độ được thực hiện với cảm biến nhiệt có độ chính xác và đáng tin cậy hơn nhiều so với các phép đo được thực hiện với các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế khác.

Nhiệt kế kháng niken được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn DIN 43760 của Đức.


ClasseAA=0,1+0,0017*|t|(°C)

ClasseA=0,15+0,002*|t|(°C)

ClasseB=0,3+0,005*|t|(°C)

ClasseC=0,6+0,01*|t|(°C)

2. Độ dung sai:

Có nhiều phương pháp khác nhau để kết nối cảm biến nhiệt với các thiết bị đo, việc lựa chọn một phương pháp về cơ bản phụ thuộc vào độ chính xác cần thiết trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc vào tiêu chuẩn chất lượng của từng loại cảm biến. Cao nhất là tiêu chuẩn AA.

3. Các loại dây cảm biến nhiệt:

a. Loại cảm biến nhiệt độ hai dây:

Là ít chính xác nhất và chỉ được sử dụng trong trường hợp kết nối độ bền nhiệt được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp; kiểm tra mạch điện tương đương, có thể lưu ý rằng điện trở đo được là tổng của phần tử cảm biến ( phụ thuộc vào nhiệt độ) và điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối. Lỗi trong phép đo này không liên quan: nó phụ thuộc vào nhiệt độ.

b. Loại cảm biến nhiệt độ 3 dây:

Cho mức độ đo chính xác tốt hơn, kỹ thuật ba dây được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực công nghiệp. Với kỹ thuật đo lường này, loại bỏ các lỗi gây ra bởi điện trở của các dây dẫn; ở đầu ra, điện áp phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ.



c. Loại cảm biến nhiệt 4 dây:

Volt-ampe kế cho độ chính xác lớn nhất có thể; ít được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, nó hầu như chỉ được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí nghiệm.

Trên một mạch điện tương đương có thể thấy rằng điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt; độ chính xác của phép đo phụ thuộc hoàn toàn vào độ ổn định của dòng đo và độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt.

Có hai loại nhiệt điện tạo thành: cách nhiệt truyền thống hoặc cách nhiệt khoáng chất MgO.

4. Cấu tạo cảm biến nhiệt:

4.1- Bộ phận cảm biến: bộ phận cảm biến là phần quan trọng nhất của khả năng chịu nhiệt, một bộ phận cảm biến kém chất lượng sẽ gây nguy hiểm cho hoạt động chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Sau khi kết nối với đầu nối, nó được đặt bên trong vỏ bảo vệ. Các nguyên tố cảm biến với cuộn dây đôi có sẵn cho mức độ chính xác khác nhau.

4.2 - Dây kết nối. Kết nối của bộ phận cảm biến có thể được thực hiện bằng cách sử dụng 2, 3 hoặc 4 dây; vật liệu dây phụ thuộc vào điều kiện sử dụng đầu dò.

4.3 - Chất cách điện gốm. Chất cách điện bằng gốm ngăn ngừa đoản mạch và cách điện các dây kết nối khỏi vỏ bảo vệ.

4.4 - Phụ Chất làm đầy bao gồm bột alumina cực kỳ mịn, sấy khô và rung, lấp đầy bất kỳ khoảng trống nào để bảo vệ cảm biến khỏi các rung động.

4.5 - Vỏ bảo vệ. Vỏ bảo vệ để bảo vệ các bộ phận cảm biến và các dây kết nối. Vì nó tiếp xúc trực tiếp với quá trình, điều quan trọng là nó được làm bằng vật liệu phù hợp và có kích thước phù hợp. Trong một số điều kiện nhất định, nên bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung (thermowell).

4.6 - Đầu kết nối .Đầu kết nối chứa bảng mạch được làm bằng vật liệu cách điện (thường là gốm) cho phép kết nối điện của điện trở. Tùy thuộc vào kết cấu sử dụng vỏ chống cháy nổ có thể được sử dụng. Bộ chuyển đổi 4-20 mA có thể được cài đặt thay cho bảng đầu cuối.

5. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt

Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt khá đơn giản so với việc sử dụng các loại đo nhiệt độ khác, tuy nhiên cần thực hiện một số bước nhất định để khắc phục mọi lỗi phát hiện.

Có ba nguyên nhân chính gây ra lỗi trong các phép đo nhiệt độ với nhiệt độ:

- Lỗi do quá nhiệt của phần tử cảm biến

- Lỗi do cách điện kém của thiết bị cảm biến

- Lỗi do phần tử cảm biến không được nhúng ở độ sâu nhất định.

Bộ phận cảm biến tự nóng lên trong quá trình đo khi nó bị cắt ngang bởi dòng điện quá cao, do hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ của phần tử.

Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc cả vào loại yếu tố chính được sử dụng và các điều kiện đo. Ở cùng nhiệt độ, cùng độ bền nhiệt sẽ tự nóng lên ít hơn nếu được đặt trong nước chứ không phải không khí; điều này là do thực tế nước có hệ số phân tán cao hơn không khí.

Thông thường tất cả các thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều có dòng đo cực thấp, tuy nhiên không nên vượt quá dòng đo 1 mA (EN 60751).

Để đo chính xác với cảm biến nhiệt, điều rất quan trọng là cách điện giữa các dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài là đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

Điện trở cách điện có thể được xem như là một điện trở được đặt song song với các phần tử cảm biến. Do đó, rõ ràng, ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm đi, điện áp đo trên phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo.

Điện trở cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hoặc hóa học.

Độ sâu ngâm của bộ phận cảm biến cũng cực kỳ quan trọng đối với các phép đo chính xác; Không giống như trong cặp nhiệt điện, trong đó, các phép đo có thể được coi là thất bại, nếu độ sâu không đủ, nó có thể gây ra sai số trong phép đo tới vài độ ° C.

Điều này là do thực tế là vỏ bọc, thường là kim loại, với bộ phận cảm biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng và lạnh; do đó, cảm biến nhiệt Termotech có một dải nhiệt dọc theo một phần của chiều dài vỏ bọc.

Nên, độ sâu ngâm phải đủ để bộ phận cảm biến bên trong vỏ bọc không phải chịu độ chênh nhiệt này.

Độ sâu tối thiểu sẽ phụ thuộc vào các điều kiện đo vật lý và kích thước của độ bền nhiệt (chiều dài của phần tử, v.v.).

Resistance thermometer type PT100 ohm 0°C EN 60751

6. Tiêu chuẩn đo các loại cảm biến nhiệt

Loại

Dây điện trở cuốn

Dây điện trở mảnh

Giá trị dung sai

AA	-50 ÷ +250	0 ÷ +150	± (0,1 + 0,0017* | t |)
A	-100 ÷ +450	-30 ÷ +300	± (0,15 + 0,002* | t |)
B	-196 ÷ +600	-50 ÷ +500	± (0,3 + 0,005* | t |)
C	-196 ÷ +600	-50 ÷ +600	± (0,6 + 0,01* | t |)

Nhiệt kế điện trở để đo nhiệt độ trung tâm phù hợp cho việc sử dụng bên trong lò nướng thực phẩm. Đầu dò có tay cầm gắn vào sản phẩm; một phần của cáp tiếp xúc với thực phẩm được bọc bằng một lớp vỏ mềm bằng thép không gỉ và một phụ kiện đặc biệt cho phép nối cáp vào lò nướng.


Một bộ cảm biến nhiệt bao gồm một mạch điện được hình thành bởi hai dây dẫn kim loại khác nhau được hàn với nhau ở hai đầu. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai khớp, do hiệu ứng Seebeck, một vòng dây được tạo ra, một trong hai khớp và một lực điện động (emf) mở ra. Độ phân cực và cường độ của suất điện động chỉ phụ thuộc vào loại kim loại được sử dụng và nhiệt độ mà các khớp phải chịu. Khớp tiếp xúc với nhiệt độ cần đo được gọi là mối nối nóng hoặc mối nối đo, trong khi mối nối nối các dây dẫn cảm biến nhiệt và mạch đo được gọi là mối nối lạnh hoặc đường nối tham chiếu. Để đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt, mối nối tham chiếu phải ở nhiệt độ nhất định (thường là 0 °) để emf được tạo ra chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của mối nối đo.

7. Các loại cảm biến nhiệt

Loại cảm biến nhiệt phụ thuộc vào các vật liệu bao gồm các dây dẫn có thể được tóm tắt như sau:

Cảm biến nhiệt bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại.

Loại can nhiệt	Chất liệu	Dải đo nhiệt	Đặc điểm
S	Pt10%Rh - Pt	-50 / 1760	Cảm biến S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại.
R	Pt13%Rh - Pt	-50 / 1760	Giống như cảm biến S nhưng với tỷ lệ phần trăm khác nhau của hai kim loại.
B	Pt30%Rh - Pt6%Rh	0 / 1820	Cặp nhiệt điện bao gồm các kim loại quý, do số lượng Rhodium lớn hơn so với các loại cảm biến S và R, có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn và chịu áp lực cơ học.
E	Cr - Co	-270 / 1000	Cảm biến E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J . Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa.
J	Fe – Co	-210 / 1200	Cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và cực âm (hợp kim đồng-niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình trong việc giảm khí quyển và với sự hiện diện của hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa các quả cầu.
K	Cr - Al	-270 / 1370	Cặp nhiệt điện gồm các hợp kim có chứa niken. Nó phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa. Không được sử dụng trong môi trường khí quyển.
T	Cu - Co	-270 / 400	Cặp nhiệt điện cho phép đo chính xác ở nhiệt độ thấp trong quá trình oxy hóa và giảm khí quyển.
N	Nicrosil - Nisil	-270/400 (1) 0 / 1300 (2)	Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ cao tương tự như loại K nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn.
W3	W3%Re - W25%Re	0 / 2310	Dải nhiệt độ Cảm biến cho nhiệt độ cực cao bao gồm cực dương Vonfram chứa 3% rheni và cực âm Vonfram chiếm 25% rheni. Đặc biệt chống lại việc giảm khí quyển và sự hiện diện của hydro hoặc các khí trơ khác. Không được sử dụng trong không khí hoặc khí quyển oxi hóa.
W5	W5%Re - W26%Re	0 / 2310	Cặp nhiệt điện rất giống với W3 nhưng với tỷ lệ rheni lớn hơn làm tăng sức cản cơ học của nó. Các đặc điểm khác là đặc trưng của cặp nhiệt điện W3.

Các phương pháp để thực hiện các phép đo với cảm biến nhiệt thường có thể được chia thành hai loại. Cái đầu tiên, như trong hình số 1, thường được sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, nơi không cần độ chính xác cao
Trong trường hợp này, cảm biến nhiệt được kết nối trực tiếp (hình 1a) với thiết bị đo bằng cáp bù hoặc cáp mở rộng (hình 1b).


Phần bù của điểm nối được cung cấp trực tiếp bằng thiết bị đo, đo nhiệt độ điểm nối với các loại cảm biến khác, điện tử điều chỉnh tín hiệu cặp nhiệt điện sao cho nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của phép đo đường giao nhau và nhiệt độ cần đo.

Loại thứ hai cho phép thu được các phép đo chính xác cao và vì lý do này hầu như chỉ được sử dụng trong các ứng dụng thí nghiệm.

Trong trường hợp này, nhiệt độ của điểm nối tham chiếu được duy trì ở nhiệt độ nhất định và không đổi (thông thường là điểm nóng chảy của băng 0 ° C) thông qua các quy trình thủ công hoặc tự động để bù cho lực điện động được đo bằng thiết bị đo tương ứng với đường giao nhau.

Theo TTechvn.com