Sensor là gì? Tổng quan về các loại cảm biến thông dụng

Sensor là gì?

Sensor (hay cảm biến) là một thiết bị cảm nhận, phát hiện và phản hồi với một số loạt đầu vào từ môi trường vật lý. Một đầu vào cụ thể sở hữu thể là ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động, áp suất,.. v.v. từ những loại môi trường khác nhau sẽ sở hữu những loại cảm biến tương thích. Đầu ra của cảm biến (tín hiệu phản hồi) là tín hiệu được chuyển đổi thành những trị giá sở hữu thể đọc được trên màn hình hiển thị hoặc được truyền vào những bộ điều khiển (PLC, PAC,..), bộ xử lý để đọc hoặc xử lý thêm.

Phân loại cảm biến (sensor)

Theo môi trường

• Cảm biến trong môi trường rắn
• Cảm biến trong môi trường lỏng
• Cảm biến trong môi trường khí

Theo cách đo, phương pháp đo (xúc tiếp & ko xúc tiếp)

• Cảm biến siêu thanh
• Cảm biến điện dung
• Cảm biến radar
• Cảm biến hồng ngoại
• Cảm biến quang đãng học
• Cảm biến cơ học
• Cảm biến tiệm cận
• Cảm biến cảm ứng

Theo tính năng, ứng dụng

• Cảm biến nhiệt độ: Pt100, Pt1000, RTD, Thermistors, IC,..
• Cảm biến độ ẩm
• Cảm biến áp suất
• Cảm biến mức
• Cảm biến PH
• Cảm biến CO2
• 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 Ozone
• Cảm biến khói
• Cảm biến hình ảnh
• Cảm biến phát hiện chuyển động
• Cảm biến khoảng cách (vị trí)
• Cảm biến đo biến dạng
• Cảm biến độ nghiêng
• Cảm biến tốc độ
• Cảm biến lưu lượng
• Cảm biến gia tốc
• Cảm biến ánh sáng

Chúng ta cùng đi tìm hiểu và khám phá cụ thể một số ít cảm ứng nhé !

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor)

Những cảm ứng thông dụng và thông dụng nhất được tiêu dùng để đo nhiệt độ gồm sở hữu : cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, RTD và đầu dò nhiệt độ hồng ngoại .

Bảng so sánh đặc điểm chính của một số cảm biến nhiệt độ

	Thermistor	RTD	Cặp nhiệt điện
Phạm vi nhiệt độ	-100 tới 325°C	-200 tới 650° C	200 tới 1750° C
Độ xác thực	0,05 tới 1,5°C	0,1 tới 1°C	0,5 tới 5°C
Ổn định trong tương lai ở 100 °C	0,2°C / năm	0,05°C / năm	Biến đổi
Tuyến tính	Số mũ	Tương đối tuyến tính	Phi tuyến tính
Nguồn điện yêu cầu	Điện áp hoặc dòng điện ko đổi	Điện áp hoặc dòng điện ko đổi	Tự cung ứng
Thời kì đáp ứng	Nhanh (0,12 tới 10 giây)	Chậm (1 tới 50 giây)	Nhanh (0,10 tới 10 giây)
Tính nhạy cảm với nhiễu điện	Ít nhạy cảm	Ít nhạy cảm	Bù cảm ứng / điểm lạnh
Giá thành	Thấp tới trung bình	Cao	Thấp

Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Cặp nhiệt điện là loại cảm ứng nhiệt độ thông dụng nhất bởi ngân sách và độ đáng tin cậy tương đối thấp. Những cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng Seebeck, chứng tỏ rằng lúc một cặp sắt kẽm kim loại khác nhau xúc tiếp với nhau ở mỗi đầu chịu sự đổi khác của nhiệt độ, chúng sẽ tạo ra một hiệu điện thế nhỏ .
Ghép nối những loại sắt kẽm kim loại khác nhau cho tất cả chúng ta nhiều dải đo khác nhau. Chúng được gọi là “ loại ”. Một loại rất phổ cập là Loại K, phối hợp giữa chromel và alumel, dẫn tới dải đo rộng từ − 200 °C tới + 1350 °C ( − 330 °F tới + 2460 °F ). Những loại thông dụng khác là J, T, E, R, S, B, N và C .
Những loại cặp nhiệt điện J, K, T và E còn được gọi là Cặp nhiệt điện sắt kẽm kim loại cơ bản. Cặp nhiệt điện Loại R, S và B được gọi là Cặp nhiệt điện sắt kẽm kim loại quý, được sử dụng trong những ứng dụng nhiệt độ cao
Đầu ra từ cặp nhiệt điện phải được tuyến tính hóa bởi mạng lưới hệ thống đo .
Nó cũng phải được tham chiếu bằng cách sử dụng Cold Junction Compensation ( CJC ). “ Điểm nối nóng ” là đầu đo của cụm cặp nhiệt điện và đầu kia là điểm nối lạnh, nơi thường đặt tham chiếu. Sự bù mối nối lạnh vô hiệu tác động tác động của điện áp được tạo ra bởi những mối nối lạnh này để đo nhiệt độ đúng chuẩn hơn .

Cảm biến nhiệt độ RTD

So với cặp nhiệt điện, RTD ( Resistance Temperature Detector ) thường tuyến tính hơn và ko bị trôi trong khoanh vùng phạm vi đo của nó. Tuy nhiên, do hàm lượng bạch kim và cấu trúc phức tạp hơn, chúng đắt hơn cặp nhiệt điện .
Bạn thường thấy RTD được sử dụng trong những ứng dụng như dược phẩm, nơi phải triển khai những phép đo nhiệt độ đúng chuẩn trong một thời hạn dài. Tuy nhiên, chúng ko xê dịch trên 600 °C, vì thế cặp nhiệt điện là lựa chọn tốt hơn cho những ứng dụng “ xúc tiếp ” với nhiệt độ cao .
Ko giống như cặp nhiệt điện tự cấp nguồn, RTD phải được cấp nguồn bởi mạng lưới hệ thống đo .
RTD đo nhiệt độ trải qua điện trở đổi khác theo kiểu tuyến tính cao so với nhiệt độ. Mặc dù về cốt lõi của nó, RTD là cảm ứng 2 dây, việc bổ trợ thêm một hoặc thậm chí còn hai dây ( móc nối 3 và 4 dây ) phân phối năng lực bù trừ tốt hơn chống tự sinh nhiệt và điện trở dây dẫn .

Điện trở nhiệt (Thermistor)

Một thermistor là một phần của chất bán dẫn làm bằng oxit sắt kẽm kim loại được ép thành một hạt nhỏ, dạng đĩa, wafer, hoặc hình dạng khác và thiêu kết ở nhiệt độ cao. Cuối cùng, chúng được phủ bằng epoxy hoặc thủy tinh .
Lúc một dòng điện chạy qua một điện trở nhiệt, sau đó bạn hoàn toàn sở hữu thể đọc điện áp trên điện trở nhiệt và xác lập nhiệt độ của nó. Một nhiệt điện trở thường sở hữu điện trở 2000 Ω ở 25 °C. Hệ số nhiệt độ 3,9 Phần Trăm .
Nhiệt điện trở ko đắt và sở hữu phản ứng nhanh, nhưng chúng ko tuyến tính, sở hữu khoanh vùng phạm vi hạn chế, tương đối dễ vỡ trừ lúc được gắn bên trong một đầu dò để bảo vệ .

Ưu và nhược điểm của một số cảm biến nhiệt độ

	Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng
Cặp nhiệt điện	– Dải đo rộng – Tự cấp nguồn – Tiện dụng liên kết – Giá thành thấp	– Ko tuyến tính – Yêu cầu tham chiếu CJC – Ko cô lập	– Hàng nghìn ứng dụng trong giám sát nhiệt độ dây chuyền, hệ thống công nghiệp – Công nghiệp xe khá – Thử nghiệm động cơ đốt trong và hybrid – Thử nghiệm động cơ điện và tuabin – Ứng dụng trong y tế, coi sóc sức khỏe thể chất – Thử nghiệm động cơ và mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh hàng ko ngoài hành tinh
RTD	– Ổn định nhất – Chuẩn xác nhất – Tuyến tính hơn cặp nhiệt điện	– Giá thành cao – Phải cung ứng nguồn nuôi – ∆ R nhỏ – Điện trở kháng tuyệt đối thấp – Tự sinh nhiệt – Thời kì cung ứng chậm	– Dược phẩm, sản xuất thuốc – Chế biến thức ăn – Những phép đo khoa học xác thực
Thermistor	– Độ xác thực cao – Phản ứng nhanh Xem thêm: From Time to Time nghĩa là gì. Ví dụ cách nói trong Tiếng Anh – Tiện dụng setup – Giá thành thấp	– Đầu ra phải được chuyển đổi từ sự thay đổi điện trở thành số đọc nhiệt độ – Phạm vi số lượng giới hạn tới ~ 200 °C	– Giám sát mạch điện – Ứng dụng động cơ xe khá – Điện tử gia dụng – Chuông báo cháy – Kiểm soát nhiệt

Cảm biến đo biến dạng (Strain Gage Sensor)

Lúc một cảm ứng đo biến dạng ( hay còn gọi là “ máy đo biến dạng ” ) được chỉnh sửa đúng mực và dán vào một vật thể đang thử nghiệm và tất cả chúng ta công dụng lực lên vật thể bằng cách uốn cong hoặc vặn nó, lực cản của máy đo biến dạng sẽ đổi khác tuyến tính và lúc đó tất cả chúng ta hoàn toàn sở hữu thể đo lường và thống kê nó. Chúng ta cũng hoàn toàn sở hữu thể vận dụng toán học để tính biến dạng và những lực khác .

Ưu điểm của cảm biến đo biến dạng

• Giá thành ko cao
• Ổn định trong cả phép đo tĩnh và động
• Mang thể sử dụng trong nhiều ứng dụng

Nhược điểm của cảm biến đo biến dạng

• Yêu cầu sở hữu tri thức chuyên môn để cài đặt và lắp đặt
• Yêu cầu hiệu chỉnh tín hiệu tương đối phức tạp
• Nhiệt độ sở hữu thể tác động tới những phép đo

Ứng dụng cảm biến đo biến dạng

• Đo độ căng và ứng suất
• Những phép đo trọng lượng và trọng tải
• Đo lực
• Những phép đo chấn động và rung

Cảm biến lực (Load Cell Sensor)

Nếu tất cả chúng ta thực thi thêm một bước nữa và gắn nhất mực và thắt chặt bốn cảm ứng đo biến dạng vào một phần cứng sở hữu hình dạng nhất định, chúng sẽ tạo ra một cảm ứng khác gọi là Load Cell. Đây thực ra là một cảm ứng lực hoặc áp suất .
Load Cell phổ cập nhất là những cảm ứng được lắp ráp ở dưới cùng của một mạng lưới hệ thống. Lúc bạn bước lên cân và tạo ra lực nén cho những Load Cell, chúng tạo ra sự đổi khác về điện trở mà bộ vi tinh chỉnh và điều khiển thống kê giám sát và quy đổi thành trị giá tính bằng kg ( lbs ) .
Load Cell dạng “ thanh ” hoặc “ dầm uốn ” thường được sử dụng cho những ứng dụng cân công nghiệp. Một đầu của thanh được nhất mực và thắt chặt vào một cấu trúc, trong lúc một lực được công dụng vào đầu tự do của cảm ứng .
Lực này làm cho bốn đồng hồ đeo tay đo biến dạng được tích hợp trên cùng, dưới cùng và mỗi đầu của cảm ứng lực lê dài hoặc nén tùy thuộc vào mức độ công dụng hoặc vô hiệu lực làm đổi khác lực căng của cấu trúc load cell. Những biến hóa nhỏ này từ thiết bị đo biến dạng hoàn toàn sở hữu thể thuận tiện chuyển thành khối lượng .
Load Cell sở hữu nhiều hình dạng và kích cỡ : một số ít tiêu dùng cho khoảng trống rất nhỏ và trọng tải nhỏ, một số ít khác tiêu dùng cho trọng tải to hàng trăm nghìn tấn, v.v.

Ưu điểm của Load Cell

• Những phép đo xác thực và sở hữu thể lặp lại
• Từ tải rất nhỏ tới hàng trăm nghìn kg
• Mang sẵn nhiều hình dạng và kích thước cho nhiều ứng dụng

Nhược điểm của Load Cell

• Những phép đo sở hữu thể bị tác động bởi nhiệt độ môi trường
• Yêu cầu hiệu chỉnh tín hiệu cảm biến tương đối phức tạp và tốn kém

Ứng dụng của Load Cell

• Rà soát vật liệu: cân những phòng ban lúc chúng được sản xuất để đảm bảo tính nhất quán
• Hàng ko vũ trụ: đo lực đẩy động cơ phản lực, trọng tải lên bánh xe và gầm xe
• Hàng hải: đo sức căng dây neo
• Liên lạc vận tải: đo mô-men xoắn trên động cơ, trạm cân xe tải trên phố cao tốc
• Công nghiệp: đo lực căng và lực trong những nhà máy giấy và kim loại
• Y tế/Chăm sóc sức khỏe: cân lồng ấp cho trẻ sơ sinh, thiết bị vật lý trị liệu.
• Hạ tầng: đo lực cáp trong thang máy, lực trên giàn giáo
• Dụng cụ thể thao: rà soát độ căng của cáp trên cáp tiêu dùng để cẩu người nhào lộn
• Hóa dầu: đo lực trên những phương tiện khoan dầu khí
• Trồng trọt và chăn nuôi: cân gia súc, phễu, thùng chứa và cân silo
• Gia dụng: cân kỹ thuật số, cân thực phẩm nhà bếp

Cảm biến vị trí (LVDT Sensor)

LVDT ( linear variable differential transformer – Biến áp vi sai biến thiên tuyến tính ) được sử dụng để đo di dời / vị trí tuyến tính từ cách tương đối ngắn. Chúng gồm sở hữu một ống hình tròn trụ, bên trong sở hữu chứa một thanh đo. Phần đế của ống được gắn vào một vị trí nhất mực và thắt chặt, và phần cuối của thanh được gắn vào một vật gì đó hoạt động .
Lúc thanh được kéo ra khỏi ống hoặc trượt trở lại, cảm ứng sẽ xuất ra tín hiệu biểu lộ cho vị trí của thanh từ điểm mở màn tới độ lệch tối đa của nó. Thanh ko chạm vào bên trong ống, làm nó phần nhiều ko sở hữu ma sát và thành phần cấu trúc LVDT ko chứa linh phụ kiện điện tử, làm nó được sử dụng phổ cập trong thiên nhiên và môi trường khắc nghiệt .

Ưu điểm cảm biến LVDT

• Những phép đo sở hữu độ xác thực cao và sở hữu thể lặp lại
• Tuổi thọ cao do hoạt động hầu như ko ma sát
• Mang sẵn từ rất micromet tới 0,7 m
• Đầu ra tuyệt đối
• Mang nhiều loại và kích cỡ dành cho những ứng dụng khác nhau

Nhược điểm cảm biến LVDT

• Những phép đo sở hữu thể bị tác động bởi nhiệt độ môi trường
• Yêu cầu kích thích AC

Ứng dụng của cảm biến LVDT

• Hàng nghìn ứng dụng đo lường công nghiệp, nhà máy và thứ tự
• Hàng ko vũ trụ: rà soát bề mặt điều khiển và truyền động
• Liên lạc vận tải: giám sát chiều cao hành trình giữa xe tải và thùng xe lửa
• Hóa dầu: định vị dụng cụ khoan

Cảm biến độ rung (Vibration Sensor – Accelerometer)

Gia tốc kế ( Accelerometer ) được sử dụng để đo độ rung và độ sốc trên máy móc và về cơ bản là bất kỳ thứ gì hoạt động đều hoàn toàn sở hữu thể tạo ra độ rung. Đầu ra của chúng cũng hoàn toàn sở hữu thể được tích hợp kép để đo lường và thống kê độ di dời và tốc độ .
Gia tốc kế để triển khai những phép đo động thường dựa trên nguyên tắc áp điện : lúc một tinh thể thạch anh bị đặt dưới sức ép đè nén, nó sẽ phóng thích một dòng ion tích điện tỷ suất với ứng suất. Những cảm ứng này được liên kết với bộ điều khiển và tinh chỉnh tín hiệu loại sạc. Một loại phổ cập hơn nữa là cảm ứng IEPE ( hay còn gọi là ICP ® ), sở hữu bộ tiền khuếch đại tích hợp và nhu yếu bộ điều khiển và tinh chỉnh tín hiệu ngân sách thấp hơn .
Ngoài ra còn sở hữu những máy đo tần suất kiểu điện dung dựa trên một nguyên tắc khác và được sử dụng thông dụng trong những ứng dụng công nghiệp ít yên cầu hơn .
Và sở hữu những gia tốc kế dựa trên MEMS được sử dụng nhiều trong những ứng dụng điều hướng, xu hướng máy tính bảng và điện thoại cảm ứng, rà soát xe khá và động cơ .

Ưu điểm của gia tốc kế

• Kết nối thuận tiện
• Sử dụng cho cả những phép đo động và tĩnh
• Mang nhiều loại và kích cỡ cho những ứng dụng khác nhau
• Cảm biến sạc ko cần nguồn ngoài
• Cảm biến IEPE cho cáp dài hơn và điều khiển tín hiệu ít tốn kém hơn

Nhược điểm của gia tốc kế

• Cảm biến sở hữu thể bị hỏng do rung, sốc quá nhiều
• Cảm biến sạc yêu cầu điều khiển tín hiệu đắt hơn điều khiển tín hiệu cảm biến IEPE
• Việc lắp đặt những cảm biến đòi hỏi một số kiến ​​thức chuyên môn

Ứng dụng gia tốc kế

• Rà soát độ rung và chấn động của tất cả những loại, trong tất cả những ngành
• Hàng ko vũ trụ: rà soát sức căng và độ căng thân phi cơ, rà soát độ rung động cơ phản lực và tên lửa
• Vận chuyển: ghi lại chấn động và rung động trong quá trình vận chuyển những mặt hàng dễ vỡ
• Ô tô: đo độ rung và chấn động của bảng điều khiển thân xe, rà soát sự thoải mái của hành khách, độ rung động cơ
• Rà soát độ rung thân thể người
• Thử nghiệm rung động xoắn và quay

Cảm biến âm thanh (Sound Sensor – Microphone)

Ngoài việc được sử dụng trong nghành nghề nhà cung cấp vui chơi, micro còn được sản xuất để sử dụng trong những ứng dụng thu thập dữ liệu để nghiên cứu và phân tích và giám sát âm thanh và tiếng ồn .
Micrô được sử dụng trong thăm dò và nghiên cứu tiếng ồn và độ rung, thăm dò và nghiên cứu thính giác của con người, ứng dụng tiếng ồn do xe khá truyền qua và hàng nghìn ứng dụng khác .

Ưu điểm của micrô

• Kết nối thuận tiện: sử dụng cáp BNC 50Ω sở hữu sẵn
• Mang nhiều loại cho những ứng dụng khác nhau
• Tiện dụng cài đặt

Nhược điểm của micrô

• Cảm biến tương đối đắt tiền
• Mang thể bị hỏng nếu làm rơi hoặc xử lý sai
• Một số mic yêu cầu nguồn ảo từ bộ điều khiển tín hiệu

Ứng dụng micrô

• Rà soát độ ồn và độ rung của tất cả những loại, trong tất cả những ngành
• Hàng ko vũ trụ: rà soát tiếng ồn động cơ phản lực
• Vận chuyển: ghi lại chấn động và rung động trong quá trình vận chuyển những mặt hàng dễ vỡ
• Ô tô: tiếng ồn của động cơ, rà soát tiếng ồn lúc qua đường, rà soát tiếng ồn phanh
• Y tế: nghiên cứu tác động tiếng ồn xung quanh, rà soát thính giác

Ngoài những loại cảm ứng đã trình diễn tóm tắt ở trên còn rất nhiều loại cảm ứng khác nữa. MESIDAS kỳ vọng rằng, với lượng kỹ năng và tri thức được san sẻ phía trên sẽ giúp những bạn sở hữu dòng nhìn tổng quan và hiểu hơn về sensor ( cảm ứng ). Xin cảm ơn !

5
2
votes

Article Rating

Source: https://bloghong.com
Category: Là Gì