Cảm biến tiệm cận cảm ứng là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng

Trong máy móc công nghiệp, việc xác định một chi tiết kim loại đã đến đúng vị trí thường phải diễn ra nhanh, chính xác và không tạo tiếp xúc cơ khí. Công tắc hành trình có thể thực hiện nhiệm vụ này, nhưng tiếp điểm và cơ cấu tác động sẽ bị mài mòn sau thời gian dài vận hành. Cảm biến tiệm cận cảm ứng được sử dụng để giải quyết hạn chế đó.

Bài viết dưới đây giúp bạn hiểu cảm biến tiệm cận cảm ứng là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, các kiểu NPN, PNP, NO, NC, cách đấu nối cơ bản, ứng dụng thực tế và những tiêu chí cần kiểm tra trước khi lựa chọn.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng là gì?

Cảm biến tiệm cận cảm ứng là thiết bị phát hiện vật thể kim loại mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Thiết bị tạo ra trường điện từ tại bề mặt cảm biến, nhận biết sự thay đổi khi kim loại tiến vào vùng phát hiện và chuyển đổi thay đổi đó thành tín hiệu điện đưa về PLC, relay hoặc bộ điều khiển.

Tên tiếng Anh của thiết bị là inductive proximity sensor. Trong tiếng Việt, sản phẩm còn được gọi là:

• Cảm biến tiệm cận điện cảm.
• Cảm biến cảm ứng từ.
• Cảm biến phát hiện kim loại.
• Công tắc tiệm cận điện cảm.

Tuy nhiên, tên gọi “cảm biến cảm ứng từ” có thể gây nhầm với cảm biến từ gắn trên xi lanh khí nén. Trong tài liệu kỹ thuật, cách gọi cảm biến tiệm cận điện cảm thể hiện nguyên lý làm việc chính xác hơn.

Omron định nghĩa cảm biến tiệm cận là nhóm thiết bị phát hiện đối tượng mà không cần tiếp xúc vật lý. Đối với loại điện cảm, thiết bị nhận biết kim loại thông qua dòng điện xoáy hình thành trên bề mặt vật dẫn điện khi vật đó đi vào trường điện từ của cảm biến.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng dùng để làm gì?

Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để xác định sự có mặt, vị trí hoặc chuyển động của vật thể kim loại. Khi phát hiện mục tiêu, cảm biến phát tín hiệu ON hoặc OFF cho hệ thống điều khiển.

Một số chức năng phổ biến gồm:

• Xác nhận chi tiết kim loại đã vào đúng vị trí gia công.
• Đếm sản phẩm, bu lông, nắp kim loại hoặc linh kiện trên băng tải.
• Phát hiện bánh răng, trục, cam hoặc đĩa quay.
• Xác định điểm cuối hành trình của cơ cấu máy.
• Kiểm tra khuôn đã đóng hoặc mở.
• Xác nhận pallet, gá kẹp hoặc phôi kim loại.
• Giám sát tốc độ quay khi kết hợp với bánh răng hoặc mục tiêu kim loại.
• Phát hiện cửa bảo vệ, chốt khóa hoặc cơ cấu kim loại.

Do hoạt động không tiếp xúc, cảm biến không tạo lực lên vật thể và không có tiếp điểm cơ khí bị mài mòn. Đây là một trong những lý do cảm biến tiệm cận được sử dụng rộng rãi thay cho công tắc hành trình trong các máy chạy chu kỳ cao.

Phân biệt cảm biến điện cảm, điện dung và cảm biến từ

Ba loại cảm biến này thường bị nhầm với nhau vì đều có thể được gọi chung là cảm biến tiệm cận.

Cảm biến điện cảm phù hợp nhất khi mục tiêu là kim loại. Cảm biến điện dung có phạm vi vật liệu rộng hơn nhưng dễ chịu ảnh hưởng của độ ẩm, bụi bám và vật thể xung quanh. Cảm biến từ dùng cho xi lanh chỉ hoạt động khi piston hoặc cơ cấu cần giám sát có nam châm phù hợp. Omron cũng phân loại rõ cảm biến điện cảm để phát hiện kim loại, cảm biến điện dung để phát hiện cả vật kim loại và phi kim, còn cảm biến từ làm việc với nam châm.

Vì vậy, cảm biến tiệm cận điện cảm thông thường không phải lựa chọn phù hợp để phát hiện trực tiếp chai nhựa, thùng giấy, gỗ hoặc chất lỏng không có phần kim loại.

Cấu tạo cảm biến tiệm cận cảm ứng

Cấu tạo cụ thể thay đổi tùy hãng và dòng sản phẩm, nhưng một cảm biến điện cảm thường có năm nhóm bộ phận chính.

Cuộn dây và bề mặt cảm biến

Cuộn dây được đặt gần mặt tác động của cảm biến. Khi được cấp điện, cuộn dây tham gia tạo ra trường điện từ ở phía trước bề mặt phát hiện.

Vùng trường điện từ này quyết định vị trí mà vật kim loại phải đi vào để cảm biến có thể nhận biết.

Mạch dao động

Mạch dao động cung cấp tín hiệu điện tần số cao cho cuộn dây. Khi chưa có vật kim loại, mạch duy trì trạng thái dao động ổn định theo thiết kế.

Khi kim loại tiến lại gần, dòng điện xoáy xuất hiện trên vật thể và làm thay đổi tải điện từ đối với cuộn dây. Biên độ hoặc trạng thái dao động vì thế bị thay đổi.

Mạch xử lý và phát hiện tín hiệu

Mạch xử lý theo dõi sự thay đổi của tín hiệu dao động. Khi mức thay đổi vượt ngưỡng cài đặt, mạch xác định rằng mục tiêu kim loại đã nằm trong vùng phát hiện.

Khối này cũng tạo ra độ trễ chuyển mạch để hạn chế hiện tượng ngõ ra bật tắt liên tục khi vật thể dao động ngay tại ranh giới phát hiện.

Mạch ngõ ra

Mạch ngõ ra chuyển kết quả phát hiện thành tín hiệu có thể sử dụng cho:

• Đầu vào PLC.
• Relay trung gian.
• Bộ đếm.
• Bộ điều khiển tốc độ.
• Mạch điện điều khiển.

Ngõ ra có thể là NPN, PNP, 2 dây, NO, NC, NO/NC đồng thời hoặc một giao diện chuyên dụng khác.

Vỏ, đèn báo và bộ phận kết nối

Các linh kiện được bảo vệ trong vỏ hình trụ hoặc hình hộp. Một số cảm biến có vỏ kim loại, số khác dùng nhựa kỹ thuật hoặc thép không gỉ cho môi trường đặc biệt.

Đèn LED thường thể hiện trạng thái ngõ ra. Phần kết nối có thể là cáp liền, đầu nối M8, M12, cọc đấu dây hoặc cáp kèm connector.

ifm mô tả các thành phần cơ bản của cảm biến điện cảm gồm vỏ, phần tử cảm biến, mạch điện tử xử lý và kết nối điện cung cấp nguồn cũng như tín hiệu.

Nguyên lý cảm biến tiệm cận cảm ứng

Nguyên lý hoạt động có thể được hiểu theo bốn giai đoạn.

Bước 1: Tạo trường điện từ

Khi cảm biến được cấp nguồn, mạch dao động làm dòng điện biến thiên chạy qua cuộn dây. Cuộn dây tạo ra trường điện từ tại mặt cảm biến.

Bước 2: Kim loại đi vào vùng phát hiện

Khi một vật dẫn điện tiến vào trường điện từ, dòng điện xoáy hình thành trên bề mặt vật thể.

Dòng điện xoáy tạo ra từ trường có xu hướng chống lại sự biến đổi đã sinh ra nó. Năng lượng của mạch dao động vì thế bị suy giảm hoặc trở kháng của cuộn dây bị thay đổi.

Bước 3: Mạch điện nhận biết sự thay đổi

Mạch xử lý theo dõi biên độ dao động hoặc mức thay đổi trở kháng. Khi giá trị đạt đến ngưỡng chuyển mạch, cảm biến xác nhận có vật kim loại.

Bước 4: Ngõ ra chuyển trạng thái

Tùy cấu hình NO hoặc NC, ngõ ra sẽ bật hoặc tắt khi mục tiêu đi vào vùng phát hiện. PLC hoặc bộ điều khiển nhận tín hiệu này để thực hiện bước tiếp theo.

Omron giải thích rằng trong cảm biến điện cảm kiểu dao động tần số cao, dòng điện xoáy xuất hiện trên bề mặt kim loại làm thay đổi trở kháng cuộn dây và làm giảm mức dao động. Cảm biến đánh giá mức suy giảm đó để xác định vật thể.

Cường độ tác động không giống nhau với mọi kim loại. Thép thường tạo đáp ứng mạnh hơn, trong khi nhôm, đồng hoặc đồng thau có thể làm khoảng cách phát hiện của cảm biến tiêu chuẩn giảm xuống. ifm lưu ý rằng vật liệu, kích thước và hình dạng mục tiêu đều ảnh hưởng đến khoảng cách chuyển mạch thực tế.

Các loại cảm biến tiệm cận điện cảm phổ biến

Phân loại theo hình dáng

Cảm biến dạng trụ

Đây là dạng phổ biến nhất, thường có ren để cố định bằng hai đai ốc. Các kích thước như M8, M12, M18 và M30 xuất hiện ở nhiều dòng sản phẩm.

Ưu điểm của dạng trụ là dễ lắp, dễ điều chỉnh độ sâu và có nhiều lựa chọn về khoảng cách phát hiện.

Cảm biến dạng vuông hoặc dạng hộp

Dạng vuông phù hợp khi cần mặt cảm biến rộng, khoảng cách phát hiện lớn hơn hoặc vị trí lắp không thuận tiện cho thân ren tròn.

Một số sản phẩm cho phép xoay hướng đầu cảm biến hoặc đầu nối, nhưng khả năng này phải được xác nhận theo đúng model.

Cảm biến dạng phẳng hoặc dạng khe

Loại này thường được dùng trong không gian hẹp, cơ cấu dẫn hướng, bộ đếm răng hoặc các vị trí cần thiết kế mặt cảm biến đặc biệt.

Phân loại theo kiểu lắp flush và non-flush

Tên gọi này cũng tương ứng với:

• Shielded và unshielded.
• Có bảo vệ và không bảo vệ.
• Lắp chìm và lắp nổi.

Cảm biến flush

Cảm biến flush có thể lắp mặt phát hiện ngang bằng với bề mặt kim loại theo điều kiện của nhà sản xuất. Trường điện từ được tập trung chủ yếu về phía trước, giúp hạn chế ảnh hưởng từ kim loại bên cạnh.

Loại này thường dễ bảo vệ khỏi va chạm cơ khí nhưng khoảng cách phát hiện có thể thấp hơn loại non-flush cùng kích thước.

Cảm biến non-flush

Cảm biến non-flush thường tạo vùng trường rộng hơn và có thể đạt khoảng cách phát hiện lớn hơn. Tuy nhiên, phần đầu cảm biến phải nhô ra và cần có khoảng trống với kim loại xung quanh.

Pepperl+Fuchs cho biết cảm biến non-flush cần vùng trống quanh đầu cảm biến để tránh kim loại lân cận làm suy giảm trường. Cảm biến flush có thể lắp chìm tốt hơn, nhưng mọi khoảng cách cụ thể vẫn phải lấy từ tài liệu của từng sản phẩm.

Phân loại theo số dây

Cảm biến 2 dây

Hai dây vừa cấp nguồn vừa tạo đường tín hiệu cho tải. Cảm biến thường được mắc nối tiếp với tải.

Ưu điểm là số dây ít và có thể thuận tiện khi thay công tắc cơ khí. Hạn chế là cần quan tâm đến dòng rò khi OFF và điện áp dư khi ON.

Omron lưu ý cảm biến 2 dây phải có tải trong mạch; kết nối trực tiếp nguồn mà không có tải có thể làm hỏng linh kiện bên trong.

Cảm biến 3 dây

Ba dây thường gồm:

• Nguồn dương.
• Nguồn âm hoặc 0 V.
• Dây tín hiệu ngõ ra.

Đây là cấu hình phổ biến đối với cảm biến DC có ngõ ra NPN hoặc PNP.

Cảm biến 4 dây

Cảm biến 4 dây có thể cung cấp hai ngõ ra, chẳng hạn NO và NC đồng thời. Tuy nhiên, dây thứ tư cũng có thể mang chức năng khác tùy sản phẩm.

Ví dụ, một cảm biến Pepperl+Fuchs NBB2-F29-A2 được hãng mô tả là loại DC 4 dây với ngõ ra bổ sung. Đây chỉ là ví dụ về cấu hình; không nên áp dụng sơ đồ của model này cho sản phẩm khác.

Phân loại theo NPN và PNP

Ngõ ra NPN

Khi ngõ ra NPN hoạt động, cảm biến thường kéo tín hiệu về phía 0 V. Tải hoặc đầu vào được bố trí giữa nguồn dương và ngõ ra cảm biến.

NPN phải tương thích với kiểu đầu vào của PLC hoặc thiết bị nhận.

Ngõ ra PNP

Khi ngõ ra PNP hoạt động, cảm biến cấp điện áp dương ra dây tín hiệu. Tải hoặc đầu vào được bố trí giữa ngõ ra và 0 V.

Omron mô tả tải của NPN được kết nối về phía nguồn dương, trong khi tải của PNP được kết nối về phía nguồn âm.

Không nên chọn NPN hay PNP chỉ theo thói quen. Cần kiểm tra cấu hình đầu vào PLC, sơ đồ chung 0 V hoặc +24 V và tiêu chuẩn đang dùng trong máy.

Phân loại theo NO và NC

• NO – Normally Open: Khi chưa có mục tiêu, ngõ ra ở trạng thái OFF; khi phát hiện mục tiêu, ngõ ra chuyển ON.
• NC – Normally Closed: Khi chưa có mục tiêu, ngõ ra ON; khi mục tiêu đi vào vùng phát hiện, ngõ ra chuyển OFF.
• NO/NC: Cung cấp hai trạng thái hoặc cho phép lựa chọn chế độ.

Đây là trạng thái logic của ngõ ra điện tử, không nhất thiết là một tiếp điểm cơ khí thực sự. Định nghĩa NO và NC của Omron cũng dựa trên trạng thái ngõ ra khi có hoặc không có vật trong vùng phát hiện.

Các thông số quan trọng

Omron phân biệt khoảng cách phát hiện với khoảng cách cài đặt. Trong hướng dẫn tổng quát của hãng, khoảng cách cài đặt ổn định thường nhỏ hơn khoảng cách phát hiện danh định và cần xét thêm ảnh hưởng của nhiệt độ, điện áp, vật liệu mục tiêu cùng môi trường lắp đặt.

Không nên áp dụng một tỷ lệ cố định cho mọi hãng và model. Giá trị chính xác phải lấy từ catalogue của sản phẩm đang sử dụng.

Cách đấu dây cảm biến tiệm cận cảm ứng

Nguyên tắc an toàn

Trước khi đấu nối:

1. Ngắt nguồn hệ thống.
2. Xác nhận điện áp và loại nguồn của cảm biến.
3. Đọc sơ đồ dây hoặc sơ đồ chân của đúng mã sản phẩm.
4. Kiểm tra đầu vào PLC là NPN hay PNP.
5. Xác nhận dòng tải không vượt giới hạn ngõ ra.
6. Không nối trực tiếp tải công suất lớn nếu ngõ ra không được thiết kế cho tải đó.
7. Kiểm tra lại cực tính trước khi cấp nguồn.

Omron cảnh báo rằng cấp điện áp vượt dải, cấp AC cho cảm biến DC, đấu sai cực hoặc ngắn mạch tải có thể gây hỏng cảm biến và mất an toàn.

Cảm biến 2 dây

Cảm biến 2 dây thường được mắc nối tiếp với tải và nguồn:

Nguồn → tải hoặc đầu vào → cảm biến → về nguồn

Chiều kết nối cụ thể phụ thuộc cảm biến có phân cực hay không phân cực. Khi chọn loại 2 dây, cần kiểm tra:

• Dòng tải tối thiểu và tối đa.
• Dòng rò khi OFF.
• Điện áp dư khi ON.
• Khả năng tương thích với đầu vào PLC.

Không cấp nguồn thử cảm biến 2 dây khi chưa có tải nếu nhà sản xuất không cho phép.

Cảm biến 3 dây NPN

Nguyên tắc phổ biến:

• Dây nguồn dương nối +V.
• Dây nguồn âm nối 0 V.
• Dây ngõ ra nối đầu vào PLC.
• Điểm chung đầu vào PLC phải được cấu hình phù hợp với tín hiệu NPN.

Khi cảm biến ON, ngõ ra kéo tín hiệu về 0 V.

Cảm biến 3 dây PNP

Nguyên tắc phổ biến:

• Dây nguồn dương nối +V.
• Dây nguồn âm nối 0 V.
• Dây ngõ ra nối đầu vào PLC.
• Điểm chung đầu vào PLC phải phù hợp với tín hiệu PNP.

Khi cảm biến ON, ngõ ra cấp điện áp dương cho đầu vào.

Một số dòng cảm biến sử dụng quy ước nâu cho +V, xanh cho 0 V và đen cho ngõ ra. Chẳng hạn, Omron công bố quy ước này cho một số phiên bản E2E nhỏ. Tuy nhiên, không được mặc định màu dây này cho tất cả sản phẩm, đặc biệt với cảm biến 2 dây, 4 dây, cảm biến AC/DC hoặc sản phẩm đã thay cáp.

Cảm biến 4 dây

Loại 4 dây thường có:

• Hai dây cấp nguồn.
• Một ngõ ra NO.
• Một ngõ ra NC.

Một số model có ngõ ra bổ sung, tín hiệu chẩn đoán hoặc chức năng khác. Vì vậy, phải kiểm tra sơ đồ chính thức thay vì suy đoán theo màu dây.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

• Phát hiện không tiếp xúc.
• Không có tiếp điểm cơ khí bị mài mòn.
• Tốc độ phản hồi cao.
• Kích thước nhỏ, dễ lắp trong máy.
• Hoạt động tốt trong môi trường thiếu sáng.
• Không phụ thuộc màu sắc hoặc độ bóng quang học của mục tiêu.
• Có nhiều cấu hình thân, ngõ ra và khoảng cách phát hiện.
• Một số dòng có khả năng chống dầu, nước làm mát, tia hàn hoặc từ trường mạnh.

Hạn chế

• Cảm biến điện cảm tiêu chuẩn chủ yếu dùng cho kim loại.
• Khoảng cách phát hiện thường ngắn hơn cảm biến quang.
• Kim loại màu có thể làm giảm khoảng cách.
• Kim loại xung quanh ảnh hưởng đến vùng phát hiện.
• Mặt cảm biến có thể bị hỏng nếu mục tiêu va chạm trực tiếp.
• Chọn sai NPN, PNP, NO hoặc NC có thể khiến hệ thống không hoạt động.
• Cảm biến 2 dây có dòng rò và điện áp dư cần tính đến.
• Hai cảm biến đặt quá gần có thể gây nhiễu lẫn nhau.

Ứng dụng cảm biến tiệm cận cảm ứng

Trong máy gia công kim loại

Cảm biến được dùng để xác nhận phôi đã nằm đúng gá, kiểm tra vị trí bàn máy, phát hiện cơ cấu kẹp hoặc theo dõi hành trình của chi tiết chuyển động.

Trong dây chuyền lắp ráp

Thiết bị có thể phát hiện bu lông, vòng bi, trục, nắp kim loại hoặc linh kiện trước khi robot và cơ cấu lắp ráp thực hiện công đoạn tiếp theo.

Trên băng tải

Cảm biến đếm sản phẩm có thành phần kim loại, xác nhận pallet hoặc tạo tín hiệu dừng tại trạm thao tác.

Trong máy đóng gói

Cảm biến có thể kiểm tra sự có mặt của nắp kim loại, màng có lớp kim loại hoặc chi tiết máy tại vị trí đóng gói. Cần thử nghiệm thực tế nếu phần kim loại nhỏ, mỏng hoặc nằm cách xa mặt bao bì.

Trong cơ cấu quay

Khi hướng cảm biến vào bánh răng, vấu cam hoặc đĩa có mục tiêu kim loại, hệ thống có thể tạo xung để theo dõi tốc độ và vị trí.

Tần số đáp ứng của cảm biến phải đủ cao so với số mục tiêu đi qua trong một giây. Nếu tín hiệu quá nhanh, PLC hoặc bộ đếm cũng phải có đầu vào tốc độ tương ứng.

Trong ngành ô tô và hàn

Các cảm biến chuyên dụng có thể sử dụng để phát hiện thân xe, đồ gá và chi tiết gần robot hàn. Trong khu vực này, cần xem xét tia hàn, từ trường, nhiệt độ và lớp phủ chống bám.

Turck có các cảm biến điện cảm chuyên dụng chống ảnh hưởng từ trường hàn và có hệ số phát hiện bằng 1 cho nhiều kim loại; Omron cũng cung cấp các dòng chống tia hàn với nhiều lựa chọn NPN, PNP, NO và NC. Khả năng cụ thể phụ thuộc từng model.

Cách chọn cảm biến tiệm cận cảm ứng

Bước 1: Xác định vật liệu cần phát hiện

Trước tiên, cần xác nhận mục tiêu có thực sự là kim loại hay không.

Nếu mục tiêu là thép, nhiều cảm biến điện cảm tiêu chuẩn có thể đáp ứng. Nếu là nhôm, đồng, đồng thau hoặc thép không gỉ, cần kiểm tra hệ số hiệu chỉnh hoặc chọn cảm biến factor 1 nếu ứng dụng yêu cầu khoảng cách gần như nhau cho các kim loại.

ifm cho biết cảm biến điện cảm tiêu chuẩn thường đạt khoảng cách lớn nhất với thép, trong khi các kim loại khác có thể cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh. Một số công nghệ factor 1 được thiết kế để giảm sự khác biệt này.

Bước 2: Xác định khoảng cách thực tế

Đo khoảng cách từ mặt lắp cảm biến đến vị trí gần nhất của mục tiêu. Sau đó cộng thêm:

• Sai số lắp ráp.
• Độ rung của máy.
• Độ đảo của mục tiêu.
• Dịch chuyển do nhiệt.
• Sai số vị trí giữa các sản phẩm.

Không nên chọn cảm biến có khoảng cách danh định đúng bằng khoảng cách thực tế lớn nhất. Cần bố trí mục tiêu nằm trong khoảng vận hành ổn định do hãng công bố.

Bước 3: Chọn kích thước và kiểu thân

Các thân M8 hoặc loại nhỏ phù hợp không gian hạn chế nhưng thường có mặt cảm biến nhỏ hơn. M18, M30 hoặc dạng hộp phù hợp khi cần vùng phát hiện lớn hơn.

Cũng cần kiểm tra:

• Chiều dài thân.
• Phần ren.
• Không gian tháo đai ốc.
• Hướng dây hoặc connector.
• Khả năng bảo vệ khỏi va chạm.

Bước 4: Chọn flush hay non-flush

Chọn flush nếu cần lắp chìm trong kim loại hoặc ưu tiên bảo vệ đầu cảm biến.

Chọn non-flush nếu cần khoảng cách lớn hơn và có thể bố trí đầu cảm biến nhô ra cùng vùng trống theo catalogue.

Bước 5: Chọn NPN hoặc PNP

Kiểm tra đầu vào PLC trước khi đặt mua. Không nên chỉ dựa vào model cảm biến cũ vì máy có thể đã thay PLC hoặc thay module đầu vào.

Nếu thay thế cảm biến, cần đối chiếu cả sơ đồ điểm chung của đầu vào, không chỉ nhìn màu dây.

Bước 6: Chọn NO hoặc NC

NO phù hợp với nhiều ứng dụng phát hiện thông thường. NC có thể hữu ích trong mạch cần giám sát trạng thái liên tục, nhưng không nên xem NC mặc nhiên là giải pháp an toàn chức năng.

Nếu cảm biến dùng trong hệ thống an toàn máy, phải lựa chọn thiết bị và kiến trúc đáp ứng tiêu chuẩn an toàn phù hợp; không dùng cảm biến tiệm cận thông thường thay cho cảm biến an toàn.

Bước 7: Kiểm tra tốc độ

Tính số lần mục tiêu đi qua cảm biến trong một giây và so sánh với tần số đáp ứng. Cần xét thêm thời gian quét PLC, bộ lọc đầu vào và thời gian xử lý chương trình.

Bước 8: Kiểm tra môi trường

Xác định các yếu tố:

• Nước và độ ẩm.
• Dầu cắt gọt.
• Hóa chất.
• Bụi kim loại.
• Tia hàn.
• Từ trường mạnh.
• Rung và va đập.
• Nhiệt độ cao hoặc thấp.
• Yêu cầu vệ sinh áp lực cao.

Cấp IP cao không đồng nghĩa cảm biến chịu được mọi loại hóa chất hoặc dầu. Vật liệu vỏ, vật liệu mặt cảm biến và cáp cũng phải tương thích với môi trường.

Bảng chọn nhanh

Lưu ý khi lắp đặt

Không để mục tiêu va vào mặt cảm biến

Khoảng cách quá sát có thể khiến rung động hoặc sai lệch cơ khí làm vật kim loại va trực tiếp vào đầu cảm biến. Nên có cữ cơ khí hoặc giá đỡ bảo vệ nếu ứng dụng có nguy cơ va chạm.

Tuân thủ khoảng trống với kim loại xung quanh

Đối với non-flush, đầu cảm biến cần nhô ra theo yêu cầu. Ngay cả cảm biến flush cũng phải tuân thủ kích thước lỗ, bề dày gá và khoảng cách do hãng công bố.

Giữ khoảng cách giữa các cảm biến

Hai cảm biến điện cảm đặt quá gần có thể tác động vào trường điện từ của nhau. Catalogue thường đưa ra khoảng cách lắp song song và đối diện tối thiểu.

Cố định đúng lực siết

Siết đai ốc quá mạnh có thể làm biến dạng hoặc hỏng thân cảm biến, đặc biệt với loại đường kính nhỏ. Mô-men siết phải lấy từ tài liệu của đúng kích thước và vật liệu thân.

Đi dây cách nguồn gây nhiễu

Không nên chạy dây cảm biến sát cáp động lực, biến tần, contactor hoặc dây cấp cho động cơ nếu không có biện pháp chống nhiễu phù hợp.

Kiểm tra bằng mục tiêu thật

Việc thử với tua vít hoặc tấm thép lớn chỉ xác nhận cảm biến có phản ứng. Kết quả cuối cùng phải được kiểm tra bằng đúng vật liệu, kích thước, hướng di chuyển và tốc độ của mục tiêu thực tế.

Một số dòng cảm biến phổ biến

Các dòng dưới đây chỉ mang tính định hướng. Mỗi dòng có nhiều model khác nhau về kích thước, khoảng cách, điện áp, ngõ ra và kiểu kết nối.

Omron E2E

E2E là nhóm cảm biến tiệm cận điện cảm dạng trụ của Omron, có nhiều phiên bản NPN, PNP, NO, NC, thân shielded và unshielded. Một số thế hệ E2E NEXT cung cấp nhiều kích thước cũng như khoảng cách phát hiện khác nhau.

Autonics PR

PR là dòng cảm biến điện cảm dạng trụ của Autonics. Hãng cung cấp nhiều kích thước như M8, M12, M18, M30, cùng các lựa chọn cáp, đầu nối và phiên bản chống tia hàn.

Pepperl+Fuchs NBB

NBB là tên xuất hiện trên nhiều cảm biến điện cảm flush của Pepperl+Fuchs. Dòng sản phẩm có cả cấu hình 3 dây, 4 dây, dạng trụ và dạng hộp. Thông số phải được kiểm tra theo toàn bộ mã phía sau NBB.

ifm IG

ifm cung cấp nhiều cảm biến điện cảm có mã bắt đầu bằng IG, với các thiết kế và chức năng khác nhau. Không thể xác định khoảng cách hoặc ngõ ra chỉ từ hai ký tự IG; cần sử dụng đầy đủ mã sản phẩm.

Turck BI

Turck có nhiều cảm biến điện cảm mang tiền tố BI. Chẳng hạn, các model BI có thể khác nhau về kích thước, kiểu lắp, nhiệt độ và khả năng chống môi trường. Một model BI2-EM12D được hãng công bố là loại M12 flush dùng cho môi trường nhiệt độ cao, nhưng thông số này không đại diện cho toàn bộ dòng BI.

Keyence EV

EV là dòng cảm biến tiệm cận điện cảm hai dây của Keyence, bao gồm các phiên bản shielded và unshielded với nhiều kích thước. Do là cảm biến hai dây, cần đặc biệt kiểm tra điện áp, tải, dòng rò và sơ đồ đấu của từng mã.

Các dòng trên không được xem là thay thế trực tiếp cho nhau. Khi thay cảm biến, cần so sánh ít nhất điện áp, ngõ ra, số dây, NO/NC, khoảng cách, kích thước thân, kiểu lắp, chân connector và điều kiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

Cảm biến tiệm cận cảm ứng có phát hiện được nhôm không?

Có thể. Nhôm là vật dẫn điện nên nhiều cảm biến điện cảm có thể phát hiện. Tuy nhiên, khoảng cách của cảm biến tiêu chuẩn thường thấp hơn khi phát hiện thép. Cần kiểm tra hệ số hiệu chỉnh của đúng model hoặc chọn cảm biến factor 1 nếu cần khoảng cách tương đương giữa nhiều kim loại.

Cảm biến điện cảm có phát hiện được inox không?

Có, nhưng kết quả phụ thuộc loại thép không gỉ, kích thước mục tiêu và công nghệ cảm biến. Không nên sử dụng khoảng cách thử với thép thường để kết luận cho mọi loại inox.

Cảm biến điện cảm có phát hiện được nhựa không?

Thông thường không. Nếu cần phát hiện nhựa, có thể xem xét cảm biến điện dung, cảm biến quang hoặc một công nghệ khác phù hợp với hình dạng và môi trường.

NPN và PNP loại nào tốt hơn?

Không có loại nào tốt hơn trong mọi trường hợp. Điều quan trọng là cảm biến phải tương thích với đầu vào PLC, cách bố trí điểm chung và tiêu chuẩn điện của hệ thống.

Cảm biến NO và NC khác nhau như thế nào?

NO thường tắt khi chưa có vật và bật khi phát hiện vật. NC hoạt động ngược lại. Một số cảm biến 4 dây cung cấp cả hai ngõ ra.

Tại sao cảm biến có đèn nhưng PLC không nhận?

Các nguyên nhân thường gặp gồm chọn sai NPN/PNP, đấu sai điểm chung PLC, nhầm dây ngõ ra, điện áp không phù hợp, đầu vào PLC bị cấu hình sai hoặc ngõ ra cảm biến đã hỏng.

Tại sao khoảng cách thực tế ngắn hơn catalogue?

Catalogue có thể công bố khoảng cách theo mục tiêu tiêu chuẩn. Mục tiêu thực tế nhỏ hơn, mỏng hơn, làm từ kim loại màu hoặc lắp gần kim loại xung quanh sẽ làm khoảng cách giảm. Nhiệt độ và điện áp cũng có thể ảnh hưởng đến điểm chuyển mạch.

Có thể nối cảm biến trực tiếp với van điện từ không?

Chỉ thực hiện khi điện áp, dòng tải và đặc tính tải nằm trong giới hạn ngõ ra của cảm biến. Trong nhiều trường hợp nên sử dụng relay trung gian, module bảo vệ hoặc đầu ra PLC. Cần kiểm tra khả năng chống xung ngược đối với tải cảm.

Kết luận

Cảm biến tiệm cận cảm ứng là thiết bị phát hiện kim loại không tiếp xúc dựa trên trường điện từ và dòng điện xoáy. Thiết bị có tốc độ phản hồi cao, độ bền tốt và phù hợp với nhiều nhiệm vụ xác định vị trí, đếm sản phẩm hoặc giám sát cơ cấu trong máy công nghiệp.

Để chọn đúng cảm biến, không nên chỉ dựa vào khoảng cách phát hiện hoặc hình dáng bên ngoài. Cần xác định đồng thời vật liệu mục tiêu, khoảng cách vận hành, kiểu lắp flush/non-flush, nguồn điện, NPN/PNP, NO/NC, số dây, tốc độ và môi trường làm việc.

Hải Phòng Tech cung cấp các nhóm thiết bị điện công nghiệp và tự động hóa như cảm biến tiệm cận, cảm biến quang, cảm biến từ, encoder, relay, bộ nguồn, biến tần và thiết bị điều khiển. Khi cần hỗ trợ lựa chọn, người dùng nên cung cấp vật liệu cần phát hiện, khoảng cách, điện áp nguồn, kiểu ngõ ra, kích thước lắp đặt, hình ảnh vị trí lắp và điều kiện môi trường. Mã sản phẩm và khả năng đáp ứng cần được kiểm tra theo catalogue cũng như tình trạng thực tế tại thời điểm tư vấn.