Cảm biến Inductive Proximity (Cảm ứng điện từ)
Inductive proximity sensor phát hiện vật kim loại không tiếp xúc dựa trên nguyên lý điện từ cảm ứng. Cuộn dây bên trong tạo từ trường oscillating tần số cao; khi kim loại vào vùng từ trường, dòng xoáy (eddy current) xuất hiện trong kim loại, hấp thụ năng lượng → mạch oscillator giảm biên độ → mạch so sánh kích ngõ ra.
Đặc điểm Inductive
- Chỉ phát hiện kim loại: Không phát hiện nhựa, thủy tinh, gỗ, giấy, chất lỏng.
- Khoảng cách phát hiện: 1-60mm tùy kích thước và chất liệu kim loại. Kim loại ferrous (sắt, thép) phát hiện xa hơn nhôm và đồng (correction factor: thép = 1.0, inox = 0.7-0.9, nhôm = 0.4, đồng = 0.35).
- Ưu điểm: Không bị ảnh hưởng bởi bụi, dầu mỡ, hơi ẩm — rất phù hợp môi trường sản xuất.
- Tần số đóng cắt: Đến 5kHz — đủ cho đếm xung tốc độ cao, đọc encoder bánh răng.
- Tiêu chuẩn IP: Thường IP67 hoặc IP68 — chịu nước và bụi.
Ứng dụng Inductive
- Phát hiện phôi kim loại trên băng tải, máy CNC.
- Đếm sản phẩm kim loại, phát hiện vị trí xi-lanh pneumatic.
- Phát hiện bánh răng quay (đếm tốc độ RPM) — đặt sát mép răng.
- Limit switch không tiếp xúc trên tay robot và trục máy CNC.
Cảm biến Capacitive Proximity (Điện dung)
Capacitive proximity sensor dùng điện cực nội tạo ra điện trường. Khi vật thể (dẫn điện hoặc không dẫn điện) vào điện trường, điện dung giữa cảm biến và đất thay đổi → mạch oscillator thay đổi tần số → kích ngõ ra.
Đặc điểm Capacitive
- Phát hiện mọi vật liệu: Kim loại, nhựa, thủy tinh, gỗ, bột mì, hạt ngũ cốc, chất lỏng (kể cả qua thành bình nhựa hoặc thủy tinh).
- Khoảng cách phát hiện: 2-25mm điển hình. Phụ thuộc hằng số điện môi của vật liệu: nước (ε=80) phát hiện xa hơn nhựa PP (ε=2.3).
- Có thể chỉnh độ nhạy: Điều chỉnh để cảm biến “nhìn xuyên” thành thùng nhựa để phát hiện mức chất lỏng bên trong.
- Nhược điểm: Nhạy cảm với độ ẩm và bụi bẩn bám lên mặt cảm biến — có thể gây trigger giả.
Ứng dụng Capacitive
- Phát hiện mức chất lỏng trong bình nhựa hoặc thủy tinh (qua thành bình không tiếp xúc).
- Phát hiện vật liệu phi kim loại: chai nhựa trên dây chuyền đóng chai, túi giấy, hộp bìa cứng.
- Phát hiện bột, ngũ cốc trong phễu nạp liệu.
Cảm biến Ultrasonic Proximity (Siêu âm)
Ultrasonic sensor phát xung âm thanh tần số cao (40-400kHz) và đo thời gian echo phản xạ trở lại. Khoảng cách = (thời gian × tốc độ âm thanh) / 2. Tốc độ âm trong không khí ~343 m/s ở 20°C.
Đặc điểm Ultrasonic
- Khoảng cách lớn: 20cm đến 8m — vượt trội so với inductive và capacitive.
- Phát hiện mọi vật liệu: Bất cứ vật gì phản xạ được âm thanh — kể cả chất lỏng, bột, vật liệu trong suốt (mà quang điện không phát hiện được).
- Ngõ ra analog hoặc số: Nhiều ultrasonic sensor có ngõ ra 4-20mA hoặc 0-10V tỷ lệ với khoảng cách — dùng đo mức chất lỏng trong bồn.
- Vùng mù (blind zone): 3-20cm sát mặt sensor không phát hiện được — cần lưu ý khi lắp đặt.
- Ảnh hưởng nhiệt độ: Tốc độ âm thay đổi theo nhiệt độ (~0.6 m/s/°C) — sensor cao cấp có bù nhiệt độ tự động.
Ứng dụng Ultrasonic
- Đo mức chất lỏng trong bồn chứa công nghiệp (đặt trên đỉnh bồn, đo khoảng cách đến mặt chất lỏng).
- Phát hiện vật trong suốt: chai thủy tinh, màng nhựa (mà cảm biến quang điện thông thường không phát hiện được).
- Phát hiện xe tải ở khoảng cách xa (dock leveler, bãi đỗ xe tự động).
Đấu dây PNP và NPN
Cảm biến proximity 3 dây thường có ngõ ra transistor:
| Loại | Cách đấu dây | Phù hợp với |
|---|---|---|
| PNP (source output) | Dây nâu (+24V), dây xanh lá (0V), dây đen (Signal) nối với đầu vào PLC qua điện trở pull-down về 0V. Khi cảm biến tác động, Signal = +24V. | PLC Siemens, Mitsubishi, Omron — hầu hết PLC Nhật và châu Âu dùng nguồn kéo lên (source input) |
| NPN (sink output) | Dây nâu (+24V), dây xanh lá (0V), dây đen (Signal) nối đầu vào PLC. Khi tác động, Signal kéo xuống 0V. | PLC cũ dùng sink input. Một số PLC Allen-Bradley, dòng thiết bị cũ hơn |
Thực tế tại VN: phần lớn dùng cảm biến PNP vì PLC phổ biến (Siemens S7, Mitsubishi FX, Delta DVP) dùng Source Input (đầu vào cần điện áp dương để kích). Kiểm tra PLC datasheet trước khi mua cảm biến.
Khoảng cách phát hiện và lắp đặt
- Khoảng cách danh định (Sn): Đo trong điều kiện chuẩn với tấm thép vuông tiêu chuẩn. Thực tế lắp đặt nên để khoảng cách = 0.75 × Sn để có biên an toàn.
- Lắp Flush vs Non-Flush: Inductive Flush (đầu bằng mặt với vỏ kim loại) có thể lắp chìm trong giá đỡ kim loại — thường vùng phát hiện nhỏ hơn Non-flush (đầu nhô ra).
- Khoảng cách giữa hai cảm biến: Hai cảm biến inductive cùng tần số đặt gần nhau → nhiễu lẫn nhau (mutual interference). Khoảng cách tối thiểu 2-3× đường kính cảm biến hoặc dùng hai cảm biến tần số khác nhau.