Cảm biến là gì?
Cảm biến (sensor hoặc transducer) là thiết bị điện tử chuyển đổi một đại lượng vật lý — gọi là đại lượng đo (measurand) — thành tín hiệu điện có thể đo và xử lý được. Tín hiệu đầu ra thường là điện áp analog (0–5V, 0–10V), dòng điện analog (4–20 mA), hay tín hiệu số (ON/OFF, xung, I²C, RS-485…).
Trong hệ thống tự động hóa công nghiệp, cảm biến đóng vai trò “giác quan”: PLC đọc giá trị từ cảm biến, xử lý logic, rồi điều khiển actuator (van, động cơ, băng tải…). Thiếu cảm biến, hệ thống điều khiển mù hoàn toàn trước môi trường thực tế.
Phân loại cảm biến theo đại lượng đo
| Đại lượng đo | Loại cảm biến tiêu biểu | Ứng dụng thường gặp |
|---|---|---|
| Vị trí / khoảng cách | Tiệm cận, quang, siêu âm, laser, encoder | Phát hiện vật, đo hành trình, đếm sản phẩm |
| Nhiệt độ | PT100, thermocouple, NTC, IC LM35 | Lò sấy, hệ thống HVAC, nồi hơi |
| Áp suất | Strain gauge, piezoelectric, MEMS | Đo áp đường ống, bồn chứa |
| Dòng điện / điện áp | CT (biến dòng), Hall effect, shunt | Bảo vệ quá dòng, đo công suất |
| Độ ẩm | Điện dung (capacitive), điện trở (resistive) | HVAC, nông nghiệp, kho lạnh |
| Lưu lượng | Electromagnetic, Coriolis, turbine, ultrasonic | Đo nước, dầu, khí công nghiệp |
| Gia tốc / rung động | Piezoelectric, MEMS accelerometer | Giám sát máy, chống trộm xe |
| Khí / hóa chất | Điện hóa, MOS, hồng ngoại NDIR | Phát hiện CO, LPG, O₂ |
Phân loại theo nguyên lý hoạt động
- Điện trở (resistive): đại lượng đo làm thay đổi điện trở — NTC, PT100, strain gauge, potentiometer.
- Điện dung (capacitive): thay đổi điện dung — cảm biến tiệm cận điện dung, cảm biến độ ẩm.
- Cảm ứng điện từ (inductive): thay đổi từ thông — cảm biến tiệm cận cảm ứng, LVDT.
- Piezoelectric: biến đổi lực/áp thành điện áp — cảm biến áp suất động, accelerometer.
- Quang học: sử dụng ánh sáng — photoelectric, laser, encoder quang, fiber optic.
- Hiệu ứng Hall: từ trường tạo ra điện áp — cảm biến từ Hall, đo dòng điện.
- Siêu âm: thời gian phản xạ sóng âm — đo khoảng cách, mức chất lỏng.
Phân loại theo kiểu tín hiệu đầu ra
- Tín hiệu ON/OFF (discrete): cảm biến tiệm cận, cảm biến quang — dùng trực tiếp với đầu vào số (DI) của PLC.
- Analog 4–20 mA: chuẩn công nghiệp phổ biến nhất, chống nhiễu tốt, truyền xa 300–500 m — áp suất, nhiệt độ, lưu lượng.
- Analog 0–10 V: phổ biến trong tòa nhà (HVAC), ngắn hơn, dễ bị nhiễu hơn 4–20 mA.
- Xung (pulse): encoder, flow meter — PLC đếm xung để tính tốc độ hoặc vị trí.
- Bus số: RS-485 Modbus, IO-Link, IO-Link, HART, CAN — truyền nhiều thông số trên 1 dây.
Các thông số kỹ thuật quan trọng
- Dải đo (range): giới hạn min–max mà cảm biến đo được chính xác.
- Độ chính xác (accuracy): sai số so với giá trị thực, tính bằng % FS (full scale) hoặc ±đơn vị.
- Độ phân giải (resolution): thay đổi nhỏ nhất mà cảm biến phát hiện được.
- Thời gian đáp ứng (response time): thời gian cảm biến phản ứng với thay đổi đột ngột.
- Nhiệt độ làm việc: dải nhiệt độ môi trường để cảm biến hoạt động bình thường.
- Cấp bảo vệ IP: IP65 = chống bụi hoàn toàn + chống tia nước; IP67 = chịu ngâm nước 30 phút.
Ứng dụng thực tế tại Việt Nam
Tại các nhà máy sản xuất (dệt may, thủy sản, xi măng, thép), cảm biến được dùng rộng rãi: cảm biến quang đếm sản phẩm trên băng tải, PT100 theo dõi nhiệt độ lò sấy, áp suất 4–20 mA giám sát đường ống hơi. Trong dân dụng và tòa nhà: cảm biến chuyển động PIR trong hệ thống an ninh, cảm biến nhiệt độ/độ ẩm SHT30 trong điều hòa trung tâm.