Sensor là gì? Cảm biến là gì? Cấu tạo của sensor? Cấu tạo và nguyên lý làm việc của sensor? Sensor có bao nhiêu loại? Ứng dụng của sensor? 

Sensor là tên gọi của các loại cảm biến dùng để phát hiện, đo lường các thông số  như đo mức nước, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng... sau đó chuyển đổi thành tìn hiệu điện truyền về trung tâm điều khiển dạng tuyến tính 4-20mA, 0-10V. Hoặc tín hiệu relay (ON-OFF) hoặc các chuẩn truyền thông MODBUS, Ethernet.

Cảm biến là gì?

Cảm biến là một thiết bị phát hiện sự thay đổi của môi trường và phản hồi với một số đầu ra trên hệ thống khác. Cảm biến chuyển đổi hiện tượng vật lý thành điện áp tương tự có thể đo được (hoặc đôi khi là tín hiệu kỹ thuật số) được chuyển đổi thành màn hình hiển thị mà con người có thể đọc được hoặc được truyền để đọc hoặc xử lý thêm.

Một trong những cảm biến nổi tiếng nhất là micrô dùng để chuyển đổi năng lượng âm thanh thành tín hiệu điện có thể được khuếch đại, truyền đi, ghi lại và tái tạo.

CẤU TẠO CỦA SENSOR NHƯ THẾ NÀO?

Phần 1: Vỏ bảo vệ cảm biến, có cấu bằng nhựa hoặc kim loại tùy vào loại cảm biến. Phần vỏ có tác dụng bảo vệ các phần bên trong của cảm biến là các bo mạch, đầu dò, bộ phận thu phát.
Phần 2: Bộ máy phát hay còn gọi là bộ phận cảm nhận của cảm biến dung để cảm nhận và đo lường các thông số cần đo.
Phần 3: Bộ chuyển đổi tín hiệu từ phần số 2 thành tín hiệu điện (còn được gọi là bộ vi xử lý tín hiệu). 

Hiện nay việc sử dụng cảm biến trong các nhà máy công nghiệp để tự động hóa các qui trình sản xuất. Các sensor có nhiệm vụ giám sát và gửi tín hiệu điện về trung tâm điều khiển như hệ thống SCADA, PLC.

Có nhiều loại cảm biến đã được phát minh để đo hiện tượng vật lý:

Cặp nhiệt điện, RTD và Nhiệt điện trở: để đo nhiệt độ
Máy đo độ căng: để đo sức căng trên một vật thể, ví dụ: áp suất, lực căng, trọng lượng, v.v.,
Cảm biến lực: để đo trọng lượng và tải trọng
Cảm biến LVDT: LVDT được sử dụng để đo dịch chuyển trong khoảng cách
Gia tốc kế: đo độ rung và độ sốc
Micrô: để bắt sóng âm thanh
Cảm biến dòng điện: để đo dòng điện AC hoặc DC
Máy biến điện áp: để đo điện thế điện áp cao
Cảm biến quang học: được sử dụng để phát hiện ánh sáng, truyền dữ liệu và thay thế các cảm biến thông thường
Cảm biến máy ảnh: được sử dụng để chụp ảnh 2D đơn và liên tục
Cảm biến kỹ thuật số: được sử dụng để đếm bật / tắt rời rạc, mã hóa tuyến tính và quay, đo vị trí, v.v.
Cảm biến định vị (GPS): được sử dụng để nắm bắt vị trí dọc, vĩ độ dựa trên GPS, GLONASS và các hệ thống định vị vệ tinh khác. Có sẵn các cảm biến GPS khác nhau với độ chính xác khác nhau và vô số khác.

Chúng ta sẽ tham khảo vài dòng cảm biến thông dụng như bên dưới:

1/ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ (TEMPERATURE SENSOR)

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ví dụ, nhiệt kế thủy ngân thông thường là một loại cảm biến rất cũ được sử dụng để đo nhiệt độ. Sử dụng thủy ngân màu trong một ống kín, dựa trên thực tế là hóa chất này có phản ứng nhất quán và tuyến tính với sự thay đổi của nhiệt độ.

Bằng cách đánh dấu các giá trị nhiệt độ trên ống, chúng ta có thể nhìn vào nhiệt kế và biết nhiệt độ là bao nhiêu. Độ chính xác có phần hạn chế do kích thước trực quan của các vạch tỷ lệ, nhưng nó đủ cho mục đích dự kiến ​​của nó.

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị thường dùng nhất trong nhà máy. Vì hầu hết các nhà máy điều phải sử dụng cảm biến nhiệt độ để giám sát nhiệt độ trong lò nung, nhiệt độ nước trong hệ thống làm mát. Sensor nhiệt độ có rất nhiều loại khác nhau về kiểu dáng và vật liệu tạo thành cảm biến nhiệt độ.

Sensor nhiệt độ được chia làm 2 loại chính:

1/ Sensor nhiệt điện trở: Cảm biến nhiệt điện trở hay còn có tên gọi khác cảm biến nhiệt RTD gồm có các loại : PT100, PT1000, PT500, Ni100,…sensor nhiệt điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý khi nhiệt độ thay đổi điện trở bên trong cảm biến sẽ thay đổi theo tỉ lệ nghịch. Có nghĩa là khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại.

2/ Sensor nhiệt độ thermocouple: Cảm biến nhiệt độ thermocouple có tên gọi khác là cặp nhiệt điện hoặc can nhiệt. Cảm biến nhiệt thermocouple được cấu tạo từ 2 kim loại khác nhau hàn dính lại với nhau tại vị trí tiếp xúc với nhiệt độ (điểm cuối của cảm biến) để đo nhiệt độ.

2/ CẢM BIẾN ÁP SUẤT (PRESSURE TRANSMITTER)

Cảm biến đo áp suất là thiết bị dùng để đo giá trị áp suất trên đường ống hoặc tank chứa. Giá trị áp suất đo được sẽ được qui đổi ra tín hiệu điện 4-20mA, 0-10v, Modbus về biến tần hoặc PLC điều khiển.
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau gồm có các loại cảm biến áp suất thường dùng cho nước, khí nén,…Và có một số loại cảm biến áp suất chuyên dùng cho các môi trường như thực phẩm, hóa chất. 
Khi có áp lực đưa vào cảm biến thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo tương ứng với lực đầu vào. Các cảm biến trên lớp màng sẽ so sánh sự thay đổi giữa lúc ban đầu và lúc có áp lực để biết được sự thay đổi này là bao nhiêu phần trăm ( % ) tương ứng với dãy đo. Các vi xử lý sẽ giải mã các tín hiệu điện và đưa về tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V tương ứng với áp suất đầu vào.

4/ CẢM BIẾN SIÊU ÂM (ULTRASONIC SENSOR)

Cảm biến đo mức dạng siêu âm hiện nay được dùng khá nhiều trong các tank chứa nước, sông, ao hồ,bình chứa, đo bể nước. Ưu điểm cảm biến siêu âm độ chính xác cao, phạm vi đo rộng, lắp đặt đơn giản.

Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm?

Cảm biến siêu âm hoạt động dự trên nguyên lý phát và thu sóng siêu âm trên cùng một thiết bị. Sóng siêu âm được phát ra từ cảm biến, sóng siêu chạm vào vật thể hoặc mực nước thì sẽ phản xạ lại. Khoảng cách từ cảm biến tới vật thể hoặc mức nước, được xác định bằng thời gian phát và thu sóng. Thời gian thu – phát sẽ được xử lý và chuyển thành tín hiệu Analog hoặc Digital.

Tùy thuộc vào loại cảm biến, đầu ra điện của nó có thể là điện áp, dòng điện, điện trở hoặc một thuộc tính điện khác thay đổi theo thời gian. Một số cảm biến có sẵn với các đầu ra kỹ thuật số, nhờ đó chúng xuất ra một loạt các byte dữ liệu được chia tỷ lệ hoặc không được chia tỷ lệ.