Cảm biến - một khái niệm không còn xa lạ ngày càng trở thành một phần quan trọng trong các nhà máy thông minh. Cùng DACO tìm hiểu chi tiết về đặc điểm, các hãng cảm biến hàng đầu hiện nay và hướng dẫn chọn sensor phù hợp nhé.

1. Tìm hiểu về cảm biến

1.1 Khái niệm cảm biến là gì?

Cảm biến (sensor) là thiết bị, mô-đun hoặc hệ thống được thiết kế để phát hiện các sự kiện hoặc thay đổi trong môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ, ánh sáng, hoặc áp suất, và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện tử. Những tín hiệu này có thể được hiển thị, đo lường hoặc xử lý thêm, thường gửi đến các thiết bị điện tử như máy tính. 

Nghiên cứu cho thấy cảm biến là nền tảng của nhiều công nghệ hiện đại, đặc biệt trong Internet vạn vật (IoT), nơi thu thập dữ liệu để giám sát và kiểm soát môi trường hiệu quả hơn. 

Một số ví dụ về sensor như trong nhà thông minh, sensor ánh sáng có thể tự động bật đèn khi trời tối, cảm biến chuyển động giúp hệ thống an ninh phát hiện xâm nhập,...

1.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến là gì?

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tuân theo một quy trình chung như sau:

1. Phát hiện: Phần tử cảm nhận tiếp nhận và phản ứng với kích thích từ môi trường (ví dụ: nhiệt độ, ánh sáng, áp suất).
2. Chuyển đổi: Bộ chuyển đổi biến đổi kích thích vật lý thành tín hiệu điện.
3. Xử lý: Mạch điện tử tinh chỉnh tín hiệu điện để đảm bảo độ chính xác và độ ổn định.
4. Đầu ra: Tín hiệu đã được xử lý được truyền qua cổng kết nối đến thiết bị xử lý hoặc hiển thị.

1.3 Phân loại cảm biến

Có hai loại sensor chính: sensor chủ động và sensor thụ động.

• Sensor chủ động tự phát ra tín hiệu hoặc năng lượng (ví dụ: sóng siêu âm, sóng điện từ, ánh sáng) vào môi trường và sau đó đo lường tín hiệu phản hồi để xác định các đặc tính của môi trường hoặc vật thể.
• Sensor thụ động chỉ nhận các tín hiệu hoặc năng lượng từ môi trường (ví dụ: ánh sáng, nhiệt, bức xạ) mà không tự phát ra bất kỳ tín hiệu nào. Ví dụ cảm biến hồng ngoại nhận bức xạ hồng ngoại từ các vật thể để phát hiện nhiệt độ hoặc chuyển động.

1.3 Cấu tạo của cảm biến

Cấu tạo cảm biến cơ bản bao gồm:

• Phần tử cảm nhận: Tiếp xúc và phản ứng với môi trường, chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu: "Dịch" tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện.
• Mạch xử lý tín hiệu: Khuếch đại, lọc nhiễu và chuyển đổi tín hiệu điện.
• Nguồn cung cấp năng lượng: Cấp điện cho sensor hoạt động (đối với cảm biến chủ động).
• Vỏ bảo vệ: Bảo vệ các thành phần bên trong khỏi tác động môi trường.
• Cổng kết nối: Truyền tín hiệu đầu ra đến các thiết bị khác.

2. Các loại cảm biến trong công nghiệp

Dưới đây là bảng tổng hợp thông tin về các loại cảm biến công nghiệp và ứng dụng phổ biến:

3. Một số nhà sản xuất cảm biến uy tín và chất lượng 

3.1 Autonics

Autonics là một trong những nhà sản xuất hàng đầu của Hàn Quốc trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Thành lập từ năm 1977, Autonics cung cấp các giải pháp toàn diện như cảm biến, bộ điều khiển, và thiết bị đo lường cho nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, ô tô, thực phẩm, và bao bì. Sản phẩm của Autonics được đánh giá cao nhờ độ bền, thiết kế tối ưu, và giá thành cạnh tranh.

Dòng cảm biến nổi bật:

• Sensor quang điện dòng BEN: Thiết kế nhỏ gọn, tích hợp bộ khuếch đại, khả năng phát hiện khoảng cách xa và chính xác.
• Sensor tiệm cận dòng PR: Phát hiện vật thể kim loại với độ nhạy cao, chống chịu tốt trong môi trường khắc nghiệt như dầu mỡ và bụi bẩn.
• Sensor siêu âm UTR Series: Đo khoảng cách bằng sóng âm, phù hợp với nhiều loại vật liệu và ứng dụng đo mức chất lỏng/chất rắn.

3.2 Omron

Omron là tập đoàn công nghệ nổi tiếng của Nhật Bản, được thành lập năm 1933. Omron chuyên cung cấp các thiết bị tự động hóa công nghiệp, bao gồm cảm biến, PLC, và hệ thống điều khiển. Với triết lý "cải thiện cuộc sống và đóng góp cho xã hội", sản phẩm của Omron được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, y tế, và điện tử.

Dòng sensor nổi bật:

• Cảm biến quang E3Z: Độ bền cao, khả năng phát hiện linh hoạt, phù hợp với các dây chuyền sản xuất tự động.
• Cảm biến tiệm cận E2E: Phát hiện kim loại với độ chính xác cao, thiết kế nhỏ gọn và chịu được môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
• Cảm biến sợi quang E32: Linh hoạt trong việc phát hiện các vật thể nhỏ hoặc ở vị trí khó tiếp cận.

3.3 Siemens

Siemens là tập đoàn công nghệ toàn cầu của Đức, thành lập năm 1847, nổi tiếng với các giải pháp tự động hóa và kỹ thuật số hóa. Siemens cung cấp các sản phẩm và dịch vụ cho nhiều lĩnh vực như công nghiệp, năng lượng, và cơ sở hạ tầng. Các thiết bị của Siemens được biết đến với độ tin cậy, hiệu suất cao, và tích hợp công nghệ tiên tiến.

Dòng sensor nổi bật:

• Cảm biến siêu âm SITRANS Probe LU: Đo mức chất lỏng hoặc chất rắn trong bồn chứa với độ chính xác cao, tích hợp công nghệ siêu âm tiên tiến.
• Cảm biến tiệm cận SIMATIC PXS: Phát hiện kim loại với khoảng cách xa, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng.
• Cảm biến áp suất SITRANS P: Đo áp suất khí hoặc chất lỏng, được sử dụng trong các hệ thống thủy lực và khí nén.

3.4 Keyence

Keyence, một công ty Nhật Bản thành lập năm 1974, là nhà tiên phong trong lĩnh vực cảm biến và hệ thống đo lường công nghiệp. Keyence nổi bật với các sản phẩm công nghệ cao, dễ sử dụng, và được thiết kế để đáp ứng nhu cầu trong các ngành sản xuất như ô tô, điện tử, và đóng gói. Công ty cũng được biết đến với dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật xuất sắc.

Dòng sensor nổi bật:

• Cảm biến laser LR-Z: Phát hiện khoảng cách và vị trí với độ chính xác cao, thiết kế nhỏ gọn và bền bỉ.
• Cảm biến sợi quang FS-N Series: Hiệu suất cao, tích hợp trí tuệ nhân tạo, phù hợp với các ứng dụng phức tạp.
• Cảm biến hình ảnh IV Series: Kết hợp công nghệ thị giác máy, dùng để kiểm tra chất lượng sản phẩm trên dây chuyền.

3.5 Honeywell

Honeywell là tập đoàn đa quốc gia của Mỹ, thành lập năm 1906, chuyên cung cấp các giải pháp công nghệ cho nhiều lĩnh vực như hàng không, tự động hóa công nghiệp, và tòa nhà thông minh. Các sản phẩm của Honeywell được đánh giá cao nhờ độ tin cậy, khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, và tích hợp với các hệ thống hiện đại.

Dòng sensor nổi bật:

• Cảm biến áp suất PX3 Series: Đo áp suất với độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng trong hệ thống HVAC và công nghiệp.
• Cảm biến tiệm cận 972 Series: Phát hiện kim loại với thiết kế chắc chắn, chịu được môi trường nhiệt độ cao và rung động.
• Cảm biến lưu lượng AWM Series: Đo lưu lượng khí với độ nhạy cao, được sử dụng trong y tế và công nghiệp khí.

3.6 Danfoss (Đan Mạch)

Danfoss là chuyên gia về các giải pháp cảm biến trong lĩnh vực HVAC-R (Heating, Ventilation, Air Conditioning, Refrigeration). Sản phẩm của Danfoss tối ưu cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt, lạnh, thông gió và điều hòa không khí.

Dòng sensor nổi bật: MBS: Dòng sensor chuyên dụng cho HVAC-R, bao gồm:

• Cảm biến nhiệt độ MBS: Cho hệ thống HVAC-R, chế biến thực phẩm.
• Cảm biến áp suất MBS: Cho hệ thống HVAC-R, đường ống dẫn.
• Cảm biến độ ẩm MBS: Cho hệ thống sấy, kho lưu trữ.

3.7 YingB (Trung Quốc)

Cung cấp các giải pháp cảm biến giá tốt, đáng tin cậy, YingB là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng không đòi hỏi quá cao về độ chính xác tuyệt đối nhưng vẫn cần sự ổn định.

Dòng sensor nổi bật:

• PT100/RTD: Cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD) tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghiệp.
• YB-TX: Sensor áp suất có độ bền cao cho hệ thống thủy lực, khí nén.

3.8 Lanbao (Trung Quốc)

Lanbao chuyên về cảm biến tiệm cận với nhiều mẫu mã đa dạng và giá cả cạnh tranh.

Dòng sensor nổi bật: PR, LR - Sensor tiệm cận với nhiều tùy chọn về kích thước, khoảng cách phát hiện.

3.9 Schneider Electric (Pháp)

Đây là tập đoàn toàn cầu chuyên về quản lý năng lượng và tự động hóa. Cảm biến Schneider Electric được thiết kế để tích hợp mượt mà với các hệ thống điều khiển của hãng.

Dòng sensor nổi bật: XU series - Cảm biến quang tích hợp tốt với hệ thống tự động hóa Schneider Electric, dùng cho kiểm tra sản phẩm, đếm số lượng.

4. Các thông số của cảm biến bạn cần quan tâm

Khi lựa chọn cảm biến cho các ứng dụng công nghiệp hoặc dân dụng, việc hiểu rõ các thông số kỹ thuật là vô cùng quan trọng. Các thông số này giúp người dùng đánh giá và lựa chọn sensor phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. 

Độ chính xác và độ phân giải

• Độ chính xác: Đo có đúng không? Sai số bao nhiêu?
• Độ phân giải: Đo được những thay đổi nhỏ đến mức nào?
• Tại sao quan trọng? Đảm bảo kết quả đo đáng tin cậy, đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

Độ lặp lại và độ trễ

• Độ lặp lại: Đo nhiều lần có ra kết quả giống nhau không?
• Độ trễ: Cảm biến có phản ứng nhanh với sự thay đổi không?
• Tại sao quan trọng? Đảm bảo tính ổn định và tin cậy của sensor trong thời gian dài.

Phạm vi đo và điều kiện hoạt động

• Phạm vi đo: Sensor đo được trong khoảng giá trị nào? (Ví dụ: 0-100 độ C, 0-5 bar)
• Nhiệt độ & Độ ẩm hoạt động: Sensor hoạt động tốt trong môi trường nào?
• Tại sao quan trọng? Đảm bảo sensor hoạt động đúng trong điều kiện thực tế của ứng dụng.

Cấp bảo vệ IP

• Cấp IP: Cảm biến có chống được bụi và nước không? (Ví dụ: IP67)
• Tại sao quan trọng? Bảo vệ sensor khỏi các tác động xấu của môi trường, đặc biệt trong các môi trường khắc nghiệt.

Tín Hiệu Đầu Ra & Nguồn Điện:

• Loại tín hiệu đầu ra: Sensor xuất ra tín hiệu gì? (Ví dụ: Analog, Digital, 4-20mA)
• Điện áp nguồn: Sensor cần nguồn điện bao nhiêu V?
• Dòng điện tiêu thụ: Cảm biến tiêu thụ bao nhiêu điện năng?
• Tại sao quan trọng? Đảm bảo sensor tương thích với hệ thống điều khiển của bạn.

Các Thông Số Khác:

• Tần số đáp ứng: Sensor phản ứng nhanh đến đâu?
• Tuổi thọ: Sensor dùng được bao lâu?
• Vật liệu: Sensor được làm từ vật liệu gì? (Ảnh hưởng đến độ bền)
• Kích thước: Sensor to hay nhỏ? Có phù hợp với không gian lắp đặt không?
• Tại sao quan trọng? Ảnh hưởng đến hiệu suất, độ bền và tính ứng dụng của cảm biến.

5. 5 bước lựa chọn cảm biến phù hợp

Bước 1: Xác định mục đích sử dụng

Trước khi bắt đầu tìm kiếm cảm biến, điều quan trọng nhất là xác định rõ ràng mục đích sử dụng. Bạn cần đo đại lượng nào? (Nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, chuyển động, v.v.). Mỗi loại sensor được thiết kế với các đặc tính và ứng dụng riêng biệt. Việc xác định chính xác mục đích sử dụng sẽ giúp bạn thu hẹp phạm vi lựa chọn và tránh lãng phí thời gian và tiền bạc vào các sản phẩm không phù hợp.

Bước 2: Kiểm tra độ chính xác và độ phân giải

• Độ chính xác: Thể hiện sai số cho phép của cảm biến so với giá trị thực tế của đại lượng cần đo. Sai số càng nhỏ, độ chính xác càng cao.
• Độ phân giải: Khả năng của sensor trong việc phát hiện những thay đổi nhỏ nhất của đại lượng đo. Độ phân giải càng cao, sensor càng nhạy.

Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bạn cần lựa chọn cảm biến có độ chính xác và độ phân giải phù hợp. Ví dụ, trong các ứng dụng yêu cầu đo lường chính xác như trong lĩnh vực y tế hoặc hàng không vũ trụ, độ chính xác và độ phân giải là yếu tố quan trọng hàng đầu.

Bước 3: Xem xét điều kiện môi trường

Môi trường hoạt động có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và tuổi thọ của cảm biến. Bạn cần xem xét các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, hóa chất, rung động, v.v. Chọn sensor có cấp bảo vệ (IP) phù hợp để đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt. 

Ví dụ, cảm biến sử dụng trong môi trường ẩm ướt hoặc bụi bẩn cần có cấp bảo vệ IP65 trở lên để chống nước và bụi xâm nhập.

Bước 4: Đảm bảo tương thích với hệ thống

• Kiểm tra giao tiếp: Đảm bảo sensor có giao thức giao tiếp phù hợp với hệ thống điều khiển của bạn (analog, digital, serial, v.v.).
• Kiểm tra nguồn điện: Xác minh rằng cảm biến yêu cầu nguồn điện áp phù hợp với nguồn cung cấp hiện có.

Đảm bảo sự tương thích về giao tiếp và nguồn điện là điều kiện tiên quyết để sensor hoạt động ổn định và truyền dữ liệu một cách chính xác.

Bước 5: So sánh giá thành và thương hiệu

So sánh giá cả của các loại cảm biến khác nhau có cùng chức năng. Tuy nhiên, giá thành không phải là yếu tố duy nhất cần xem xét. Hãy lựa chọn nhà sản xuất và thương hiệu uy tín để đảm bảo chất lượng, độ tin cậy và dịch vụ hỗ trợ tốt.

6. Lỗi thường gặp ở cảm biến và cách khắc phục

Một số lỗi thường gặp ở cảm biến và hướng dẫn khắc phục:

Các loại cảm biến thông minh không chỉ đáp ứng nhu cầu cơ bản về phát hiện và đo lường mà còn mang lại giải pháp tối ưu cho tự động hóa hiện đại. Với sự đa dạng về chủng loại và tính năng vượt trội, sensor là lựa chọn hàng đầu cho các doanh nghiệp muốn nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn. 

Nếu bạn cần thêm thông tin chi tiết về một dòng cảm biến cụ thể hay có bất kỳ thắc mắc nào, hãy liên hệ DACO - Nhà phân phối chính hãng các dòng cảm biến hàng đầu của Autonics, Siemens, Omron, Danfoss, Schneider, YingB, Lanbao… theo hotline 0904.675.995 để được hỗ trợ tư vấn miễn phí!