Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận (proximity sensor) phát hiện sự hiện diện của vật thể trong vùng cảm ứng mà không cần tiếp xúc vật lý. Đây là loại cảm biến được dùng nhiều nhất trong tự động hóa công nghiệp nhờ độ bền cao (không có bộ phận cơ học di động), tốc độ đáp ứng nhanh (đến vài kHz), và chịu được môi trường khắc nghiệt.
Hai kiểu phổ biến nhất: inductive (cảm ứng điện từ, phát hiện kim loại) và capacitive (điện dung, phát hiện mọi vật liệu). Ngoài ra còn có kiểu magnetic (nam châm vĩnh cửu) nhưng ít gặp hơn.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng (Inductive)
Nguyên lý: mạch dao động LC tạo ra trường điện từ ở mặt cảm biến. Khi kim loại vào vùng trường, dòng xoáy (eddy current) sinh ra trong kim loại làm giảm biên độ dao động. Mạch xử lý phát hiện sự thay đổi này và kích đầu ra.
- Chỉ phát hiện kim loại — sắt, thép, inox, nhôm, đồng (khoảng cách tùy loại kim loại)
- Khoảng cách phát hiện: 1–40 mm (thông thường 2–10 mm với loại M12–M18 phổ biến)
- Hệ số giảm thiểu: sắt = 1 (tiêu chuẩn), inox ≈ 0,7, nhôm ≈ 0,4, đồng ≈ 0,35. Khoảng cách thực = khoảng cách danh định × hệ số.
- Ứng dụng: phát hiện pit-tông xi lanh, vị trí bánh răng, đếm vòng quay trục, phát hiện phôi kim loại trên băng tải
Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive)
Nguyên lý: mặt cảm biến tạo thành một bản tụ điện. Vật liệu bất kỳ có hằng số điện môi cao hơn không khí (εr > 1) sẽ làm tăng điện dung khi vào vùng cảm ứng, kích mạch xử lý đầu ra.
- Phát hiện mọi vật liệu: nhựa, gỗ, thủy tinh, chất lỏng, bột, hạt ngũ cốc
- Khoảng cách phát hiện: 2–25 mm thông thường
- Có thể phát hiện qua vách bình: phát hiện mức chất lỏng bên trong bình nhựa hoặc thủy tinh mà không cần đục lỗ
- Nhạy cảm với độ ẩm và bẩn: bụi ẩm bám mặt cảm biến có thể gây tín hiệu giả → cần vệ sinh định kỳ
- Ứng dụng: báo mức bồn nguyên liệu (nhà máy thức ăn chăn nuôi), phát hiện nhãn dán trên chai, phát hiện hạt nhựa trong phễu nạp
Cấu trúc dây và đấu nối
Cảm biến tiệm cận công nghiệp thường có 3 dây (đôi khi 4 dây):
- Nâu (+24 V DC): nguồn cấp dương
- Xanh dương (0 V / GND): nguồn cấp âm
- Đen (Output): tín hiệu đầu ra — NPN hoặc PNP
- Trắng (4 dây): đầu ra thứ 2 hoặc chân enable
NPN (sinking output)
Khi vật vào vùng cảm ứng, chân đen kéo xuống 0 V. PLC cần cấp 24 V vào chân Input qua điện trở kéo lên — kiểu source input. Phổ biến tại Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc và phổ biến nhất ở Việt Nam.
PNP (sourcing output)
Khi vật vào vùng cảm ứng, chân đen cấp 24 V ra. PLC cần nối chân Input xuống 0 V — kiểu sink input. Phổ biến tại châu Âu (Siemens, Schneider).
Thương hiệu phổ biến và ký hiệu
| Hãng | Dòng sản phẩm | Ghi chú |
|---|---|---|
| Omron | E2E-X5ME1 (M12, 5mm, NPN-NO) | Phổ biến nhất VN, có đại lý rộng |
| Sick | IME08, IME12, IME18 | Chất lượng cao, IP67, cho ngành thực phẩm |
| Autonics | PRD, PR12, PR18 series | Giá tốt, dùng nhiều ở xưởng vừa nhỏ |
| Balluff | BES series | Inox toàn phần, chịu hóa chất |
| Wenglor, Turck | Nhiều series | Châu Âu, dùng ngành ô tô, dược phẩm |
Lưu ý lắp đặt thực tế
- Không lắp 2 cảm biến inductive cùng loại quá gần nhau — trường điện từ giao thoa gây kích sai. Khoảng cách tối thiểu giữa 2 cảm biến M18 loại sắt cùng hướng ≥ 36 mm (2× khoảng cách phát hiện).
- Không lắp cảm biến inductive trong giá đỡ bằng sắt/thép — phải dùng giá đỡ inox hoặc nhôm để tránh cảm ứng giả.
- Capacitive: sau khi lắp, chỉnh biến trở ngưỡng (sensitivity) đến khi cảm biến vừa kích khi vật ở đúng vị trí cần phát hiện, sau đó giảm thêm ~10% để tránh rung giả.