Sensor (cảm biến) là gì? Phân loại, ứng dụng và các loại sensor trong công nghiệp

Một trong những yếu tố quan trọng góp phần vào sự phát triển của công nghệ đó chính là các sensor (cảm biến). Chúng có ở khắp mọi nơi, từ những chiếc điện thoại thông minh mà chúng ta sử dụng hàng ngày, cho đến các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp sản xuất. Vậy sensor là gì? Chúng được phân loại như thế nào và có những ứng dụng ra sao trong các ngành công nghiệp? Hãy cùng A.I Tech tìm hiểu nhé!

Sensor là gì?

Sensor (hay còn gọi là cảm biến) là một thiết bị điện tử có khả năng cảm nhận, phát hiện và phản hồi với các biến đổi vật lý, sinh học hoặc hóa học trong môi trường xung quanh. Nói cách khác nó là một thiết bị trung gian có thể thu thập các thông tin về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, chuyển động, vị trí,… và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện để xử lý.

Cấu tạo chung của bộ cảm biến

Cấu tạo chung của các loại sensor thường gồm 3 phần: Bộ cảm biến, bộ xử lý tín hiệu và bộ giao tiếp.

• Bộ phận cảm biến (Sensor Element): Đây là phần quan trọng nhất của sensor, sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi trường để đo các biến đổi lý hóa sinh trong môi trường. Tùy vào loại sensor mà bộ phận cảm biến sẽ có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau. Cảm biến nhiệt độ sử dụng điện trở nhiệt thermocouple hoặc thermistor để thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Hoặc thiết bị khác sử dụng photodiode hoặc phototransistor để cảm biến thay đổi ánh sáng.
• Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processing Circuit): Bộ phận này sẽ có chức năng khuếch đại, lọc và xử lý tín hiệu thu được từ bộ phận cảm biến. Thường sẽ bao gồm các mạch điện tử như: Mạch khuếch đại, mạch lọc, mạch chỉnh lưu, mạch A/D
• Bộ giao tiếp (Communication Interface): Sẽ có chức năng truyền tín hiệu đã xử lý đến bộ phận điều khiển hoặc hiển thị. Bộ giao tiếp có thể sử dụng các chuẩn giao tiếp như: annalog, digital, wireless: để truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển hoặc hiển thị.

Nguyên lý hoạt động của sensor là gì?

Để thu thập dữ liệu, sensor cần được cấp nguồn và đặt trong môi trường cần đo đạc. bộ phận cảm biến sẽ phát ra một từ trường điện xoay chiều có cường độ nhỏ. Từ trường này có khả năng tương tác với môi trường. Sau khi lan truyền trong môi trường, từ trường này quay trở lại và được phần tử cảm biến thu nhận. Tín hiệu điện tương ứng với thông tin đã thu thập được chuyển đến bộ phận xử lý tín hiệu. Sau đó các tín hiệu sẽ được chuyển đổi thành dữ liệu số hóa hoặc tín hiệu điện tương thích với các thiết bị khác trong hệ thống.

Phân loại cảm biến sensor

Do sự đa dạng về ứng dụng và nguyên lý hoạt động, cảm biến được phân loại thành nhiều loại khác nhau. Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến dựa trên nguyên lý hoạt động:

• Cảm biến vật lý: Loại cảm biến này hoạt động dựa trên sự thay đổi của các đặc tính vật lý như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, âm thanh,… 
• Cảm biến hóa học: Loại cảm biến này hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa cảm biến và chất cần đo. Thường được dùng để thu thập dữ liệu không khí, chất lỏng, hoặc chất rắn.
• Cảm biến sinh học: Loại cảm biến này sử dụng các hoạt chất có hoạt tính sinh học để nhận biết các chất hóa sinh.

Ngoài ra dựa theo phạm vi ứng dụng, có thể phân loại ra thành: Cảm biến công nghiệp, cảm biến y tế, cảm biến môi trường, cảm biến an ninh, cảm biến gia dụng.

Các ứng dụng của sensor

Sensor được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống và công nghiệp. Chẳng hạn trong ngành y tế, các cảm biến được sử dụng để theo dõi các chỉ số sức khỏe của bệnh nhân như nhịp tim, huyết áp và mức độ oxy trong máu, giúp bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị kịp thời. 

Trong công nghiệp, cảm biến là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa, giúp giám sát và điều khiển quá trình sản xuất, từ việc đo lường nhiệt độ, áp suất, độ ẩm cho đến việc phát hiện sự cố để đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sản xuất. 

Trong đời sống hàng ngày, chúng ta cũng không thể thiếu các cảm biến trong các thiết bị gia dụng thông minh như máy giặt, tủ lạnh, điều hòa, giúp chúng hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, cảm biến còn được ứng dụng rộng rãi trong trong các thiết bị điện thoại thông minh, xe hơi và các công cụ quan trắc môi trường.

Trong lĩnh vực công nghiệp, A.I Tech đã tận dụng được các ứng dụng của sensor kết hợp cùng các các thiết bị IoT để nghiên cứu phát triển ra những giải pháp chuyển đổi số (IoT) giúp các doanh nghiệp tự động hóa được quá trình quản lý vận hành hoạt động của doanh nghiệp. Để được tư vấn chi tiết về các bộ giải pháp này hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua HOTLINE 0949491355.

Các loại sensor thông dụng trong công nghiệp

Qua những thông tin trên chắc hẳn đã giúp bạn hiểu hơn phần nào về sensor là gì và cấu tạo và ứng dụng thực tế. Hiện nay tận dụng được những ưu điểm mang lại, cảm biến sensor khi kết hợp với các thiết bị IoT đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp, giúp thu thập dữ liệu về các điều kiện môi trường và hoạt động của máy móc, thiết bị. Nhờ vậy, hệ thống tự động hóa có thể điều khiển và giám sát quá trình sản xuất vận hành hiệu quả. Dưới đây là một số loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp:

Cảm biến hồng ngoại (Infrared sensors)

Cảm biến hồng ngoại sử dụng tia hồng ngoại để thu thập và xử lý dữ liệu. Tia hồng ngoại là một dạng bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến, do vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 độ C phát ra. Nhờ khả năng phát hiện tia hồng ngoại, cảm biến hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như quân sự, y học công nghệ vũ trụ, đặc biệt nó thường được tích hợp với các giải pháp IoT để áp dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Cảm biến nhiệt độ (Temperature sensor)

Cảm biến nhiệt độ có khả năng thu thập và truyền đạt thông tin về nhiệt độ của môi trường xung quanh. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi sự thay đổi nhiệt độ thành một tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này sẽ được xử lý và hiển thị dưới dạng giá trị số.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ rất đa dạng và phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: công nghiệp thực phẩm, y tế, trạm thủy điện, công nghiệp luyện kim, công nghiệp in ấn, và nhiều lĩnh vực khác. 

Cảm biến mức (Level sensors)

Chức năng chính của loại cảm biến này là theo dõi, duy trì và đo mức của các loại chất lỏng, đôi khi cũng có thể áp dụng cho chất rắn. Hoạt động của cảm biến mức dựa trên nguyên lý cơ bản là khi phát hiện sự thay đổi về mực chất lỏng, cảm biến sẽ chuyển đổi thông tin thu thập được thành tín hiệu điện để truyền tải đến bộ điều khiển hoặc hệ thống giám sát. Từ đó ngăn ngừa tình trạng chất lỏng tràn ra bên ngoài, đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Cảm biến tiệm cận (Proximity sensors)

Cảm biến tiệm cận là một loại thiết bị đặc biệt, có khả năng phát hiện và đo lường khoảng cách gần của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp (đây là một loại cảm biến thuộc cảm biến đo khoảng cách). Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm nhận sự thay đổi của môi trường xung quanh khi có vật thể lạ xuất hiện trong phạm vi hoạt động của cảm biến. 

Ưu điểm lớn là khả năng phát hiện không cần tiếp xúc, tránh được mài mòn, hoạt động tốt trong môi trường nước, dầu hay bụi bẩn. Nhờ vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, điều khiển tự động, robot công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác để phát hiện và theo dõi vật thể.

Cảm biến lưu lượng (Flow sensors) 

Loại cảm biến này được sử dụng để đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí đi qua các ống dẫn. Cảm biến này thường được tích hợp với đồng hồ đo để hiển thị kết quả đo đạc hoặc với mạch điện tử để tạo ra tín hiệu đầu ra, cung cấp thông tin quan trọng cho các hệ thống điều khiển.

Không chỉ đơn thuần đo lường lưu lượng, cảm biến lưu lượng còn có khả năng phát hiện các sự cố như rò rỉ, tắc nghẽn hay vỡ đường ống. Thêm vào đó, nó cũng có thể nhận diện sự thay đổi nồng độ của chất lỏng do sự nhiễm bẩn hoặc ô nhiễm. Nhờ vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hệ thống điều hòa không khí (HVAC), thiết bị y tế, nhà máy hóa chất và hệ thống xử lý nước.

Lời kết

Hy vọng với những chia sẻ trên đây của A.I Tech đã giúp bạn hiểu hơn về sensor là gì cũng như phân loại các sensor phổ biến trong công nghiệp và ứng dụng thực tế của chúng. Qua đó ta thấy được cảm biến đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nhờ có cảm biến, con người có thể thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh một cách chính xác, hiệu quả hơn, từ đó đưa ra các quyết định điều khiển phù hợp cho các hệ thống tự động hóa. Góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và tiết kiệm chi phí sản xuất.