Cảm biến từ là một trong những loại cảm biến được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến từ. Bài viết dưới đây chắc chắn sẽ giúp ích cho bạn.
Cảm biến từ là gì?
Cảm biến từ là thiết bị điện tử có nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Cảm biến từ thuộc nhóm cảm biến tiệm cận. Cảm biến từ có khả năng phát hiện ra vật thể có từ tính ở khoảng cách gần (vài mm đến vài chục mm) mà không cần tiếp xúc với vật thể.
Cảm biến từ sẽ tạo ra từ trường ở môi trường xung quanh. Khi đó xuất hiện bất kỳ một vật thể kim loại nào ở gần khu vực đó sẽ bị từ trường phát hiện. Sau đó tín hiệu sẽ được chuyển về trung tâm xử lý để thực hiện một chức năng nào đó.
Cấu tạo của cảm ứng từ gồm những bộ phận nào?
Một cảm biến từ thường được cấu tạo từ những bộ phận chính sau:
- Cuộn cảm: Là bộ phận được dùng để dẫn truyền dòng điện một chiều. Cuộn cảm sẽ được ghép song song hoặc nối tiếp với tụ để tạo thành mạch cộng hưởng.
- Bộ cảm ứng và xử lý các tín hiệu: Tại bộ phận này, các thông tin được xử lý để tính ra thông số định lượng hoặc định tính để phù hợp với mục đích sử dụng như nghiên cứu khoa học hay dân sự.
- Ngõ ra điều khiển: Giám sát và điều khiển các quá trình diễn ra trong bộ cảm biến từ.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ
Cảm biến từ hoạt động dựa theo nguyên lý cảm biến từ trường. Cụ thể, khi được cấp nguồn, dòng điện sẽ chạy qua mạch chứa cuộn cảm và tạo từ trường biến đổi.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ này thường được dùng với mục đích phát hiện các vật thể có khả năng tương tác với từ trường. Các chất như chất lỏng, nước hoặc bụi bẩn không có phản ứng với từ trường nên sẽ không bị phát hiện.Điều này giúp cho cảm biến từ có thể hoạt động được trong môi trường ẩm ướt hoặc bụi bẩn.
Kích thước và thiết diện của cảm biến từ càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh và phạm vi có thể phát hiện vật thể càng lớn, đem hiệu quả sử dụng càng cao và ngược lại.
Phân loại cảm biến từ
Có nhiều tiêu chí để phân loại cảm biến từ, dưới đây là một số gợi ý cho bạn:
Phân loại cảm biến từ theo cấu tạo
Cảm biến từ có bảo vệ (shield) và cảm biến từ không có bảo vệ (un-shield)
- Loại có bảo vệ: Từ trường chỉ tập trung trước mặt của cảm biến nên sẽ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh. Tuy nhiên, điều này lại làm ảnh hưởng lớn đến khả năng và phạm vi hoạt động của cảm biến, khiến phạm vi phát hiện vật thể bị thu hẹp chỉ còn vài milimet.
- Loại cảm biến từ không có bảo vệ: Vì trước mặt của cảm biến không bị che phủ nên phạm vi phát hiện vật thể xa hơn, tốt hơn. Tuy nhiên, loại cảm biến này dễ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh, nhất là khu vực có những kim loại khác nhau.
Theo sự phát hiện cấp bậc của khả năng cảm biến từ tính
- Cảm biến từ trường thấp: Có khả năng phát hiện các giá trị cực thấp nên thường được ứng dụng trong các ngành cần độ chính xác cực cao, cho phép sai số cực nhỏ như công nghệ hạt nhân, y tế.
- Cảm biến từ trường nam châm: Thường được sử dụng để cảm nhận các loại từ trường cực lớn. Các cảm biến từ này chủ yếu bao gồm các thiết bị hội trường, công tắc sậy và cảm biến GMR
- Cảm biến trường Trái đất: Loại cảm biến này dùng từ trường của Trái đất và thường được ứng dụng trong các phương tiện và phát hiện điều hướng.
Phân loại theo hình dáng của cảm biến từ
Dựa trên hình dáng, cảm biến từ được phân loại theo dạng hình hộp và hình trụ.
Bên cạnh cách phân loại nêu trên, cảm biến từ còn được phân loại theo các thông số khác như: tín hiệu đầu ra, nguồn cấp đầu vào, phạm vi phát hiện vật thể, tần số đáp ứng, kích thước lắp, cảm biến từ 2 dây, 3 dây hoặc 4 dây,…
Ưu điểm của cảm biến từ
Cảm biến từ có các ưu điểm nổi bật sau:
- Cảm biến từ có thể hoạt động trong những điều kiện môi trường khác nhau, thậm chí là trong thời tiết khắc nghiệt nhất với độ ẩm và bụi cao.
- Cảm biến từ có tuổi thọ dài hơn nhiều so với các loại cảm biến khác. Do đó, bạn có thể sử dụng cảm biến trong thời gian dài.
- Cảm biến từ có cấu tạo đơn giản nên dễ lắp đặt và sử dụng.
- Chi phí sử dụng thấp do giá thành rẻ.
Ứng dụng của cảm biến từ
Hiện nay, các thiết bị cảm ứng từ được ứng dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Đặc biệt là trong các thiết bị gia dụng điện tử và công nghiệp.
Ứng dụng trong bếp từ
Bếp từ ngày càng trở nên phổ biến và đem lại nhiều lợi ích cho người dùng. So với bếp gas thì các thiết bị đun nấu dùng cảm biến từ như bếp từ được đánh giá là an toàn và thân thiện với sức khỏe cũng như môi trường hơn rất nhiều.
Bên trong bếp từ có một cuộn dây đồng được đặt ở dưới vật liệu cách nhiệt. Khi có dòng điện xoay chiều sẽ gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt khi có nồi từ đặt trên bếp.
Ứng dụng trong đèn huỳnh quang
Chấn lưu bên trong đèn huỳnh quang được chế tạo dựa trên nguyên lý điện từ. Khi bật đèn, dòng cao áp trên 2 đầu bóng đèn sẽ phóng điện kết hợp với tác động của bột huỳnh quang giúp đèn phát sáng.
Ứng dụng cảm biến từ trong máy phát điện
Máy phát điện năng lượng cơ học để tạo ra dòng điện. Bộ phận quan trọng làm ảnh hưởng đến quá trình chuyển đổi này đó chính là một cuộn dây từ trường. Từ trường bên trong cuộn dây được tạo ra với tốc độ không thay đổi để tạo ra dòng điện xoay chiều.
Ứng dụng trong thiết bị, máy móc y tế
Điện từ trường được ứng dụng nhiều trong các thiết bị y tế tiên tiến hiện đại. Nó được áp dụng trong điều trị tăng thân nhiệt cho các bệnh nhân ung thư, cấy ghép tế bào hay trong máy chụp cộng hưởng từ (MRI).
Ứng dụng trong máy hút bụi công suất lớn
Đa số các loại máy hút bụi hiện nay đều sử dụng 2 loại động cơ là động cơ chổi than và động cơ cảm ứng từ. Trong đó, những model máy hút bụi dùng động cơ cảm ứng từ sẽ có tuổi thọ cao hơn và đem lại hiệu quả làm việc cao hơn.
Cảm biến từ là một loại cảm biến khá phổ biến và được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Mong rằng những thông tin trong bài viết này sẽ giúp bạn có được nhiều kiến thức thú vị.
