Sensor hay còn gọi là cảm biến, chúng được dùng để phục vụ cuộc sống ngày càng hiện đại. Vậy Sensor là gì, cấu tạo và nguyên lý như thế nào

Sensor (Cảm Biến) Là Gì? Tất Tần Tật Về Cấu Tạo, Nguyên Lý & Ứng Dụng

Sensor hay còn gọi là cảm biến, là thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại và công nghiệp 4.0. Vậy Sensor là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Để hiểu rõ hơn về thiết bị này, hãy cùng tham khảo bài viết chi tiết dưới đây của Mecsu nhé!

Sensor (Cảm biến) là gì?

Sensor (phiên âm: xen-xơ) là một thiết bị điện tử có khả năng cảm nhận các trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học, sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi các tín hiệu này thành tín hiệu điện (thường là tín hiệu analog hoặc digital) để thu thập và xử lý.

Trong các nhà máy sản xuất, sensor được ví như "giác quan" của máy móc, dùng để giám sát nhiệt độ, áp suất, mức nước, mức hóa chất, độ pH, nồng độ CO2... Việc sử dụng cảm biến giúp thay thế con người trong các môi trường độc hại, nguy hiểm, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao và hoạt động liên tục, ổn định.

Có bao nhiêu loại Sensor?

Thế giới cảm biến vô cùng đa dạng, nhưng phổ biến nhất bao gồm:

• Sensor đo nhiệt độ: (Can nhiệt, Pt100, Thermocouple).
• Sensor đo áp suất: (Cảm biến áp suất, loadcell).
• Sensor quang: (Photoelectric Sensor) phát hiện vật thể.
• Sensor tiệm cận: (Proximity Sensor) phát hiện kim loại/vật thể ở khoảng cách gần.
• Sensor đo mức: Đo chất lỏng, chất rắn (bằng siêu âm, radar, điện dung).
• Sensor hóa học: Đo độ pH, đo khí CO2, độ ẩm...

Để tối ưu hóa độ chính xác, ví dụ trong đo mức chất lỏng, người ta thường dùng phương pháp Radar với sai số rất thấp (chỉ khoảng 2mm).

Nguyên lý hoạt động của các loại Sensor phổ biến

#1 Nguyên lý hoạt động của Sensor đo nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu theo nhiệt độ.

• Với loại RTD (Pt100): Dựa trên nguyên lý điện trở của kim loại (Bạch kim - Platinum) thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
• Với loại Can nhiệt (Thermocouple - Can K, S...): Dựa trên hiệu ứng nhiệt điện động. Khi hai điểm nối của hai kim loại khác nhau có nhiệt độ khác nhau, sẽ sinh ra một sức điện động (mV) tương ứng.

Nếu quan sát kỹ, que cảm biến Pt100 thường có phần đầu đậm màu hơn, đó là nơi chứa điện trở Platin. Tín hiệu đầu ra là điện trở (Ohm) hoặc điện áp (mV). Để truyền đi xa và chính xác, người ta thường dùng bộ chuyển đổi (Transmitter) để đưa về dòng chuẩn 4-20mA.

#2 Nguyên lý hoạt động của Sensor đo áp suất

Cảm biến áp suất hoạt động dựa trên việc chuyển đổi áp lực cơ học thành tín hiệu điện.

Khi chất lỏng hoặc khí tác động lực lên màng cảm biến (thường làm bằng Ceramic hoặc Inox), màng này sẽ bị biến dạng. Sự biến dạng này tác động lên cầu điện trở (Strain Gauge) gắn trên màng, làm thay đổi điện trở và sinh ra tín hiệu điện. Bộ xử lý tích hợp sẽ chuyển đổi nó thành tín hiệu chuẩn như 4-20mA hoặc 0-10V.

#3 Nguyên lý hoạt động của Sensor báo mức (Dạng quay)

Ví dụ với cảm biến báo mức chất rắn dạng xoay (Rotary Level Switch):

Khi cấp điện, cánh quạt của cảm biến sẽ quay chậm. Khi nguyên liệu (lúa, xi măng, hạt nhựa...) dâng lên ngập cánh quạt, lực cản sẽ làm cánh quạt ngừng quay. Lúc này, động cơ bên trong sẽ trượt hoặc tác động vào công tắc hành trình để xuất tín hiệu báo đầy (hoặc báo cạn) ra đèn còi hoặc hệ thống điều khiển.

Cấu tạo chi tiết của từng loại Sensor

#1 Cấu tạo của Sensor nhiệt độ (Ví dụ Pt100)

Một cảm biến nhiệt độ công nghiệp thường gồm 4 bộ phận chính:

• Đầu dò (Measuring Insert): Phần quan trọng nhất, chứa cảm biến (điện trở hoặc cặp nhiệt) tiếp xúc với môi trường đo.
• Ống bảo vệ (Thermowell): Thường làm bằng Inox (6mm, 8mm, 10mm...), bảo vệ đầu dò khỏi hóa chất và va đập.
• Ren kết nối (Process Connection): Dùng để gắn chặt cảm biến vào đường ống hoặc thành bồn.
• Đầu củ (Connection Head): Nắp bảo vệ các mối đấu dây điện, thường làm bằng nhôm hoặc nhựa, có tiêu chuẩn chống nước/bụi (IP67).

#2 Cấu tạo của Sensor áp suất

Gồm 4 bộ phận chính:

• Lớp màng cảm biến (Diaphragm): Bộ phận trực tiếp chịu áp lực. Chất liệu (Ceramic, Inox 316L) quyết định độ bền và khả năng chịu ăn mòn.
• Bộ phận Transmitter: Mạch điện tử xử lý tín hiệu từ màng cảm biến thành tín hiệu ngõ ra chuẩn (4-20mA, 0-10V...).
• Lớp vỏ bảo vệ (Housing): Bảo vệ mạch điện bên trong, thường làm bằng Inox 304 hoặc 316.
• Bộ phận kết nối (Connection): Gồm kết nối cơ khí (ren, bích) và kết nối điện (chân cắm, dây dẫn).

#3 Cấu tạo chung của Sensor (Cảm biến thông minh)

Một sensor hiện đại thường tích hợp nhiều thành phần:

• Phần tử cảm biến (Sensing Element): Nhận tín hiệu vật lý (nhiệt, ánh sáng, lực...).
• Bộ chuyển đổi (Transducer): Biến đổi tín hiệu vật lý thành điện.
• Vi mạch xử lý (Processing Unit): Khuếch đại, lọc nhiễu, tuyến tính hóa tín hiệu.
• Giao tiếp: Truyền tín hiệu ra ngoài (dây dẫn, không dây).

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP GIÁ TỐT TẠI MECSU

Tham khảo thêm tại Mecsu

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

Mời anh em đọc thêm các kiến thức kỹ thuật khác:

• (Thyristor) SCR là gì? Cấu tạo và thông số SCR
• Relay là gì? Cách kiểm tra trạng thái Relay
• Mosfet là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Mosfet

Vậy Sensor là gì? Hy vọng qua bài viết này, anh em đã nắm rõ hơn về khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến phổ biến. Nếu còn thắc mắc gì, đùng ngần ngại để lại bình luận để Mecsu giải đáp nhé!