Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors ) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm

Cảm biến tiệm cận là gì

Khái niệm cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors ) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm.
Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ)mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy.

Cảm biến tiệm cận

Các lợi ích chính của cảm biến tiệm cận công nghiệp là:
    Vận hành/cài đặt đơn giản và dễ dàng
    Mức giá hấp dẫn (ví dụ: rẻ hơn Cảm biến quang điện)
Ngày nay, cảm biến tiệm cận có mặt trong nhiều loại hình công nghiệp và ứng dụng. Một số ví dụ:
    Công nghiệp chế tạo ô tô
    Công nghiệp máy công cụ
    Công nghiệp chế biến thực phẩm
    Xe đa dụng (ví dụ: xe tải, máy nông nghiệp)
    Máy rửa xe

Phân loại Cảm biến Tiệm cận
Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:
Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.
Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.

Phân loại cảm biến tiệm cận

Mặc dù cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biến hơn nhiều trong công nghiệp. Những cảm biến này ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài hơn như EMC và – cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng – những cảm biến này rẻ hơn cảm biến điện dung.
Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu một số lý thuyết kỹ thuật về cách vận hành của cảm biến cảm ứng.

Cách vận hành của Cảm biến từ

Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng.  Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát.
Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật.
Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi.

Nguyên lý hoạt động cảm biến từ

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra. vật đã được phát hiện.
Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi trường. Ví dụ: dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảm biến.
 Đầu ra của Cảm biến Cảm ứng
Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra tranzito có logic NPN hoặc PNP (xem hình bên phải). Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây.

Tín hiệu ra của cảm biến từ loại 3 dây và 2 dây

Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kết nối (âm và dương). Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây (xem sơ đồ bên dưới).
Thường Mở/Thường Đóng
Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật.

    Thường mở: Tín hiệu điện áp cao, khi phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không có vật
    Thường đóng: Tín hiệu cao khi không có vật; tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật.

Ví dụ minh họa ở bên trái trình bày cảm biến tiệm cận DC-2 dây có đầu ra thường mở (NO). Đầu ra hoạt động khi vật di chuyển gần cảm biến.

Cảm biến từ đầu ra NO 2 dây

Di chuyển chuột (=vật) của bạn qua cảm biến để làm bóng đèn sáng bây giờ, hãy xem ví dụ minh họa tương tự với đầu ra thường đóng (NC). Bóng đèn tắt ngay khi vật (chuột) di chuyển đến gần cảm biến.

Cảm biến tiệm cận có cả hai đầu ra NO và NC được gọi là kiểu đối lập.

Lưu ý: Kiểu NO/NC dùng cho cả cảm biến cảm ứng và cảm biến điện dung. Hình này trình bày cảm biến điện dung.

Khoảng cách Phát hiện – Tỷ lệ Tiêu chuẩn

Khoảng cách phát hiện là một thông số kỹ thuật quan trọng khi thiết kế Cảm biến tiệm cận trong máy.
Có ba loại là cảm biến tiệm cận cảm ứng khoảng cách phát hiện ngắn, trung và dài.
Khoảng cách phát hiện được nêu trong thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận cảm ứng dựa trên mục tiêu chuẩn di chuyển hướng trục của cảm biến. Mục tiêu chuẩn này là một bản thép mềm hình vuông dày 1 mm, vật có thành phần chính là sắt (được xác định theo EN 60947-5-2).

Khoảng cách phát hiện cảm biến từ

Lưu ý: Đối với các vật di chuyển hướng tâm về phía bề mặt cảm ứng, khoảng cách phát hiện sẽ khác!
Hệ số Giảm Khoảng cách Phát hiện

Tùy thuộc vào loại kim loại được sử dụng, phạm vi phát hiện có thể nhỏ hơn khoảng cách phát hiện định mức. Bảng sau cung cấp mức giảm khoảng cách phát hiện gần đúng của một Cảm biến tiệm cận tiêu chuẩn đối với các vật liệu kim loại khác nhau. Thông tin chi tiết về sự lệ thuộc vào các loại kim loại có trong thông tin kỹ thuật của tài liệu mỗi cảm biến cảm ứng.

Biểu đô vật liệu và khoảng cách phát hiện vật

Lưu ý: Các cảm biến cảm ứng đặc biệt có khoảng cách không phụ thuộc vào khoảng cách của loại kim loại sử dụng. Chúng còn được gọi là cảm biến tiệm cận “Hệ số 1”.
Ảnh hưởng của Kích thước Vật

Biểu đô vật liệu và khoảng cách phát hiện vật

Khoảng cách phát hiện cũng chịu ảnh hưởng của kích thước của vật (vật nhỏ hơn sẽ làm giảm khoảng cách phát hiện.
Đồng thời loại và độ dày của lớp mạ cũng ảnh hưởng đến khoảng cách phát hiện thực.
Khoảng cách Phát hiện – Độ trễ (Hysteresis)

Khoảng cách phát hiện

Độ trễ của cảm biến mô tả sự chênh lệch giữa khoảng cách mà cảm biến hoạt động và khoảng cách mà cảm biến trở lại trạng thái ban đầu.
Độ trễ nhỏ cho phép định vị chính xác vật.
Giá trị của độ trễ thường nằm trong khoảng 5-10%.

Tần số Đáp ứng

Tần số đáp ứng cảm biến từ

Theo EN60947-5-2, tần số đáp ứng xác định số lần phát hiện lặp lại có thể xuất ra mỗi giây khi vật thử nghiệm tiêu chuẩn được đưa tới trước cảm biến nhiều lần
Xem sơ đồ đi kèm về phương pháp đo: Khoảng cách phải là 50% của khoảng cách phát hiện định mức; tỷ số xung – tạm dừng được xác định là 1:2 (xem hình: M với 2M).
Lưu ý: Nếu tỷ số xung – tạm dừng khác (ví dụ: 1:1) thì đồng thời tần số đáp ứng tối đa sẽ thấp hơn. Tần số đáp ứng tối đa cũng giảm nếu khoảng cách cao hơn hoặc thấp hơn so với 50% khoảng cách phát hiện định mức.

Cảm biến Cảm ứng Được bảo vệ
Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có cấu tạo gồm một tấm chắn quanh lõi từ. Tấm này có tác dụng dẫn trường điện từ đến trước phần đầu.

  
Cảm biến từ loại có bảo vệ dầu dò

Cảm biến tiệm cận được bảo vệ có thể được lắp chìm bằng mặt trên bề mặt kim loại, nếu không gian chật hẹp. Điều này cũng có lợi là có thể bảo vệ cảm biến về mặt cơ học.

Tuy nhiên, phạm vi phát hiện bị hạn chế, nhưng có thể lắp cảm biến dễ dàng với các kim loại xung quanh mà không gây ra ảnh hưởng nào.

Cảm biến Cảm ứng Không được bảo vệ
Cảm biến không được bảo vệ không có lớp bảo vệ quanh lõi từ. Sự khác biệt giữa cảm biến được bảo vệ và không được bảo vệ có thể quan sát được một cách dễ dàng.
Thiết kế này cho khoảng cách phát hiện lớn hơn cảm biến tiệm cận được bảo vệ. Cảm biến cảm ứng không được bảo vệ có khoảng cách phát hiện gần gấp đôi so với loại được bảo vệ có cùng kích thước đường kính.

   
Cảm biến từ loại không có bảo vệ dầu dò

Không thể lắp Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ chìm bằng mặt với bề mặt kim loại Do đó, khả năng bảo vệ về mặt cơ học thấp hơn. Vì từ trường mở rộng ra tới cạnh của cảm biến, nên có thể bị ảnh hưởng của những kim loại trong khu vực này. Cảm biến tiệm cận không được bảo vệ cũng nhạy cảm hơn với giao thoa hỗ tương.

Cách lắp đặt cảm biến từ

Để tránh trục trặc khi lắp loại cảm biến này, vui lòng làm theo các hướng dẫn có trong bản dữ liệu.

Chọn Cảm biến Cảm ứng

Kết luận: Nếu muốn chọn đúng cảm biến tiệm cận cho một ứng dụng, cần phải lưu ý đến một số điều sau:

Lựa chọn cảm biến từ phù hợp

    Điều kiện cụ thể của vật (loại kim loại, kích thước, lớp mạ)
    Hướng chuyển động của mục tiêu
    Vận tốc của mục tiêu
    Ảnh hưởng của kinh loại xung quanh
    Ảnh hưởng của nhiệt độ, điện áp, EMC, độ rung, va chạm, độ ẩm, dầu, bột, hóa chất hoặc chất tẩy rửa
    Khoảng cách phát hiện bắt buộc