Thông tin cơ bản về Cảm biến Tiệm cận

Tại sao nên chọn Cảm biến Tiệm cận

Một 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.

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

Các 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.

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.

Trang tiếp theo sẽ giới thiệu cho bạn một số lý thuyết kỹ thuật về cách vận hành của cảm biến cảm ứng.

Cách vận hành của Cảm biến Cảm ứng

Cảm biến tiệm cận cảm ứng 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.

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.

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.

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).

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.

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

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)

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

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 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.

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.

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:

• 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

Các loại cảm biến tiệm cận của OMRON

1. Cảm biến tiệm cận E2B (New)
2. Cảm biến tiệm cận E2E
3. Cảm biến tiệm cận E2GN
4. Cảm biến tiệm cận E2A
5. cảm biến tiệm cận chữ nhật TL-N/TL-Q

Vào năm 1959, một công ty nhỏ của Nhật Bản tên là OMRON đã phát minh ra công tắc tiệm cận không tiếp xúc đầu tiên trên thế giới (xem ảnh). Kể từ đó, OMRON là công ty hàng đầu thế giới về cảm biến tiệm cận công nghiệp, sản xuất hơn 5 Triệu cảm biến tiệm cận mỗi năm.

Chương này sẽ giới thiệu thông tin tổng quan về các nhóm PROX chính của OMRON:

• E2A  (Nhóm cảm biến cảm ứng toàn diện và tiêu chuẩn cạnh tranh nhất)
• E2FM  (PROX cảm ứng vững chắc có toàn bộ thân là thép không gỉ SUS)
• E2EH  (PROX cảm ứng dành cho nhiệt độ cao)
• E2E – đường kính nhỏ  (PROX cảm ứng cỡ nhỏ)
• TL-W  (PROX cảm ứng hình vuông tiêu chuẩn)
• E2Q5  (PROX cảm ứng khoảng cách dài hình khối
• E2S (PROX cảm ứng nhỏ loại vuông)
• E2K-C  (PROX điện dung tiêu chuẩn)
• Cảm biến tiệm cận E2B

E2A – Dải sản phẩm phong phú 

Cảm biến tiệm cần cảm ứng E2A phải là lựa chọn đầu tiên, khi thảo luận với khách hàng của mình về PROX. Thiết kế chất lượng cao và tuổi thọ lâu dài của E2A mang lại giá trị tốt nhất cho các ứng dụng tiêu chuẩn.

• Khoảng cách phát hiện (trung) được mở rộng
• IP67 và IP69k có khả năng chịu nước cao nhất
• Có sẵn các loại DC 2 dây, DC 3 dây (NO, NC), DC 4 dây (đối lập)
• Tỷ lệ giá cả-tính năng tốt
• Phạm vi kết nối rộng và có khả năng sửa đổi kết nối khối

Nhóm phụ đặc biệt:

• E2AU (Nhóm được Emark chứng nhận dành cho các xe đa dụng)
• E2A3 (nhóm khoảng cách dài)

Tài liệu tiếng việt E2A

Catalog tiếng anh E2A

E2FM – Thép Không gỉ Chắc chắn

Cảm biến tiệm cận cảm ứng E2FM có đặc điểm là bề mặt cảm ứng bằng thép không gỉ có sức bền cao mang lại sự bảo vệ hoàn hảo trước hư hại cơ học. 

Khả năng chịu dầu khoáng và chất làm mát và độ miễn cảm với các phoi kim loại nhỏ trên bề mặt khiến loại cảm biến này lý tưởng trong các ứng dụng cắt hoặc khoan kim loại.

Điểm nổi bật:

• Vỏ bằng thép không gỉ trên thoàn thân cung cấp sự bảo vệ cơ học cao nhất
• Điều biến tần số thấp để miễn cảm với phoi kim loại
• Cáp làm chậm cháy mang lại sự bảo vệ cao trước hư hại của tia lửa hàn
• Bề mặt cảm ứng siêu mạnh

Tài liệu tiếng anh E2FM

 E2EH – Chịu Nhiệt

Nhóm cảm biến tiệm cận cảm ứng E2EH là lựa chọn tốt nhất cho các môi trường đòi hỏi khắt khe, ví dụ như làm sạch của ống rửa trong công nghiệp chế biến thực phẩm.

Điểm nổi bật:

• Chịu nhiệt lên tới 120°C
• Thân vỏ bằng thép không gỉ SUS316L với bề mặt cảm ứng bằng nhựa chịu nhiệt
• Tiêu chuẩn IP69k có khả năng chịu nước cao nhất
• ECOLAB đã kiểm tra và chứng nhận khả năng chịu chất tẩy rửa

Tài liệu tiếng anh E2EH

E2E – Cỡ thu nhỏ – Đường kính nhỏ

Cảm biến tiệm cận cảm ứng E2E với đường kính nhỏ từ 3 mm đến 5,4 mm là giải pháp lý tưởng ở những nơi có khoảng không chật hẹp. Vỏ bằng kim loại mang lại sự bảo vệ cơ học cao.

Điểm nổi bật:

• Vỏ thu nhỏ có kích thước từ 3 mm đến 5,4 mm đường kính
• Vỏ bằng thép không gỉ hoặc đồng thau
• Tần suất chuyển mạch 3 kHz

XEM THÊM THÔNG TIN >>

TL-W – Hình dạng phẳng

Nhóm cảm biến tiệm cận cảm ứng TL-W cung cấp nhiều cảm biến cảm ứng dạng khối để lắp đơn giản trên các bề mặt phẳng. Với khoảng cách phát hiện từ 1,5 mm đến 20 mm, TL-W là giải pháp lý tưởng cho tất cả các ứng dụng tiêu chuẩn.

Điểm nổi bật:

• Bề mặt mặt trước và mặt bên
• IP67
• Kiểu DC 2 dây và DC 3 dây
• Khoảng cách phát hiện từ 1,5 mm đến 20 mm

Tài liệu tiếng anh TL-W

E2Q5 – Khoảng cách dài

Do khoảng cách phát hiện dài tới 40mm, cảm biến tiệm cận cảm ứng E2Q5 lý tưởng cho việc phát hiện các vật kim loại lớn, ví dụ: trong dây chuyền lắp ráp ô tô.

Điểm nổi bật:

• Kết nối cắm giắc M12
• Mạch ngắn tích hợp và bảo vệ chống nhầm cực tính
• Vị trí mặt hoạt động: Tăng trục Y 15°, trục X 90°

Tài liệu tiếng anh E2Q5

E2S – Cỡ thu nhỏ – Hình dạng Vuông

hóm cảm biến tiệm cận cảm ứng E2S có đặc điểm vỏ nhựa loại khối thu nhỏ để lắp đơn giản trên các bề mặt phẳng.

Điểm nổi bật:

• Kích thước nhỏ
• Bề mặt cảm ứng mặt trước và mặt bên
• Lắp đơn giản bằng một đinh vít
• IP67