Để vận hành hệ thống khí nén, dầu có xi lanh một cách tự động, hiệu quả, chính xác, chúng ta cần có các cảm biến từ xi lanh khí nén và thủy lực. Không phải bất cứ cảm biến nào cũng phù hợp với nhu cầu sử dụng vì thế bạn đừng bỏ qua bài viết của chúng tôi về thiết bị này nhé!

Tìm hiểu cảm biến xi lanh khí nén và thủy lực

Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp các cảm biến xi lanh trong các hệ thống thủy lực, khí nén trong các nhà máy hóa chất, giấy, chế biến gỗ, cơ khí chế tạo, luyện kim, lắp ráp… Nó giúp sức rất nhiều khi tiết kiệm chi phí, nhân công cho người dùng nhưng vẫn đảm bảo năng suất, sản lượng cao.

Cảm biến từ xi lanh là gì?

Cảm biến từ xilanh là một thiết bị có chức năng nhận biết được sự thay đổi, sự có mặt trong môi trường gắn nó. Và sau đó sẽ truyền tín hiệu nhận biết để thông báo cho con người biết về sự thay đổi, có mặt đó.

Trong công nghiệp, người ta chế tạo rất nhiều loại cảm biến dựa trên sự thay đổi về: Nhiệt độ, ánh sáng, vị trí, áp suất, vòng quay, độ ẩm… Tùy theo đặc điểm công việc cũng như nhu cầu mà con người có thể lựa chọn: cảm biến quang, áp suất, tiệm cận, vị trí xi lanh…

Bạn khá mơ hồ về điều này thì có thể hình dung đến điều hòa nhiệt độ. Ta cài đặt mức nhiệt là 26 độ C. Khi nhiệt độ bên ngoài tăng cao thì điều hòa sẽ nhận biết để hạ nhiệt xuống 26 độ C theo cài đặt. Còn khi nhiệt độ đo được thấp hơn 26 độ C, cụ thể 19 độ thì điều hòa sẽ tắt.

Với những hệ thống hoạt động liên tục, trong môi trường độc hại hoặc chế độ làm việc khắc nghiệt, chúng tôi luôn khuyên sử dụng cảm biến từ xi lanh để: Khi cần piston dịch chuyển tịnh tiến, tín hiệu sẽ được cảm biến trả về. Đó là điều cơ bản để thiết lập hoạt động xi lanh auto, chính xác.

Nguyên lý cảm biến từ xi lanh (tiệm cận)

Như chúng ta đã biết, xi lanh là chấp hành trong hệ thống để tạo nên những chuyển động tịnh tiến nhằm tác động lực ra bên ngoài để nén ép. Chính vì thế mà xi lanh dầu, xi lanh khí thích hợp với cảm biến từ xilanh tiệm cận.

Người ta phân cảm biến tiệm cận thành 2 loại:

+ Cảm biến điện dung: Đối với loại này thì 2 bản cực là bộ phận chính. Khi xuất hiện 1 vật ở vùng giữa 2 bản cực, giá trị điện dung thay đổi. Ngay lập tức cảm biến phát hiện ra và xuất tín hiệu.

Khi vật xuất hiện cũng là lúc nó làm cho hằng số điện môi thay đổi, chiều dài của lớp cách điện cũng thay đổi theo. Cuối cùng là điện dung của tụ điện thay đổi khiến cảm biến nhận ra. Loại này dùng khi con người muốn phát hiện các vật là phi kim, sành, sứ, thủy tinh chuyển động vào vùng cần nhận biết.

+ Cảm biến từ trường: Loại này có tính ổn định nhất bởi vì nó sẽ luôn hoạt động khi được cấp điện.

Bố trí cảm biến trong xilanh

Nếu chúng ta tiến hành tháo rời xi lanh khí nén hay xi lanh dầu thì sẽ thấy ngoài các vòng gioăng phớt với nhiệm vụ làm kín thì còn có các vòng nam châm vĩnh cửu. Nó được tích hợp sẵn vào xi lanh.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa, các hãng sản xuất đã tiến hành cải tiến sản phẩm với mong muốn các xi lanh có vòng nam châm này sẽ được kết hợp với các cảm biến từ xilanh gắn ở bên ngoài để thu tín hiệu khi piston của xi lanh di chuyển đến vị trí cài đặt cảm biến. Hệ thống sẽ tự động làm việc mà không cần đến sự điều khiển trực tiếp của con người.

Người ta thường bố trí các cảm biến từ xi lanh tại vị trí đầu hoặc cuối hành trình để nhận biết nhanh khi piston bắt đầu tịnh tiến. Một số hệ thống thì người ta sẽ bố trí các cảm biến hành trình xi lanh thủy lực dọc theo thân xi lanh. Tùy theo yêu cầu mà số lượng cảm biến sử dụng có thể là 1, 2 hoặc nhiều hơn. Với những hệ thống xi lanh cần di chuyển với tốc độ nhanh thì người ta ưu tiên gắn cảm biến tại đầu cuối mà ít gắn ở vị trí giữa.

Đối với những xi lanh không được tích hợp vòng nam châm vĩnh cửu thì người dùng có thể gia công và gắn vào đầu cần xi lanh. Khi đó, các kỹ sư phải tính toán lại vị trí để đặt cảm biến. Đối với các xi lanh làm việc trong môi trường hóa chất, ngoài không khí ra thì nên chú ý nâng cao hơn để tăng sự thích ứng với môi trường, không gian.

Với xi lanh tròn được sản xuất theo tiêu chuẩn ISO 6342, cảm biến xi lanh sẽ được móc vào lá thép có dây thít. Khi nới lỏng, nó sẽ di chuyển dọc theo xi lanh. Khi thít chặt, nó sẽ cố định tại vị trí yêu cầu.

Đối với các xi lanh vuông theo tiêu chuẩn ISO 15552, các cảm biến xi lanh tiệm cận sẽ được gá vào bất kỳ các vị trí nào trên các đường rãnh dọc theo thân.

Các loại cảm biến xi lanh

Để dễ dàng cho các khách hàng khi lựa chọn và xác định loại cảm biến từ xi lanh mình cần thì chúng tôi phân chia chúng thành nhiều loại như:

Cảm biến hiệu ứng Hall

Loại cảm biến tiệm cận đầu tiên mà chúng tôi muốn nhắc đến đó là loại hiệu ứng Hall.

Hiệu ứng Hall là gì? Hiệu ứng này được phát hiện vào năm 1879. Ta có 1 bản làm bằng chất bán dẫn, kim loại hay các vật liệu có khả năng dẫn diện và sẽ tạ 1 từ trường vuông góc lên tấm đó. Khi dòng điện đi qua, từ trường tác dụng lên các hạt mang điện 1 lực ngang. Chúng ta sẽ có các hạt điện tích dương, điện tích âm được đẩy sang 2 bên và hình thành nên 2 cực.

Trong cấu tạo của cảm biến hiệu ứng Hall sẽ có 1 tấm bán dẫn, 1 dòng điện đi qua. Khi nam châm vĩnh cửu của piston tịnh tiến đến tạo ra một từ trường vuông góc với tấm bán dẫn đang có dòng điện qua. Lập tức các hạt mang điện sẽ phân tách về 2 đầu và điện áp chênh lệch. Tín hiệu được tạo ra.

Chúng ta có thể dễ dàng phân biệt cảm biến hiệu ứng Hall với cảm biến tiếp điểm vì nó tạo ra sự chênh lệch hiệu điện thế thay vì sự va đập của các tiếp điểm, khả năng biến đổi vật lý dựa trên vị trí duy chuyển có lực quán tính cản trở. Đó cũng chính là ưu điểm nổi bật của thiết bị này. Nó thích hợp sử dụng hơn loại tiếp điểm cho những hệ thống chu kỳ nhỏ, tần suất lớn.

Với loại cảm biến hiệu ứng Hall, nhược điểm lớn nhất của nó chính là độ nhạy. Việc tạo ra các tín hiệu nhờ vào từ trường tạo nên sự chênh lệch hiệu điện thế nên khi từ trường yếu đi thì sẽ kéo theo khả năng phát tín hiệu của cảm biến cũng yếu. Để tránh được hiện tượng này thì người dùng nên chọn xi lanh có đường kính ống cũng như độ dày của ống xi lanh phù hợp. Những xi lanh có độ dày lớn thì nên sử dụng loại khác.

Cảm biến tiếp điểm

Trong các loại cảm biến dùng trong xi lanh khí, thủy lực thì cảm biến tiếp điểm là phổ biến nhất. Bên trong tiếp điểm sẽ có 1 nam châm vĩnh cửu, có hình dạng không khác phớt thủy lực là mấy. Nó có 2 mép mà tiến dần đến vị trí giữa nam châm gọi là 2 cực. Từ trường giảm về 0 ở vị trí chính giữa và mạnh lên dần khi tiến về 2 mép. Tuy chúng thẳng hàng nhau nhưng lại phân cực rất mạnh ở 2 đầu.

Đơn giản, cảm biến tiếp điểm là 2 tiếp điểm tương ứng với 2 tiếp điểm đóng – mở có trong aptomat, công tắc hay trong các công tắc tơ. Tuy nó khá đơn giản về mặt cấu tạo nhưng hiệu quả đem lại khi sử dụng rất tốt.

Nguyên lý làm việc: Ở trạng thái chưa kích thích, 2 tiếp điểm thường mở đặt tách nhau trong 1 ống thủy tinh kín và điều này làm hở mạch. Các tín hiệu điện không thể xuất ra ngoài.

Khi nam châm vĩnh cửu trong xi lanh có từ trường thì do nam châm có 2 cực đặt trên 1 mặt phẳng nên sẽ sinh ra lực từ trường. Đầu piston sẽ chuyển động tịnh tiến đến gần tiếp điểm hơn thì lực từ sẽ hút 2 tiếp điểm lại với nhau để tạo nên sự kết nối liên mạch. Cảm biến sẽ luôn ở trạng thái off nếu chưa xuất hiện piston mang nam châm vĩnh cửu. Khi nó xuất hiện thì dưới tác động của lực từ trường, mạch được nối liền. Trạng thái on được kích hoạt và mạch xuất tín hiệu truyền ra bên ngoài.

Ưu điểm của cảm biến tiếp điểm đó là: Tiêu tốn rất ít điện năng mang đến hiệu quả về chi phí cho khách hàng, giá thành phải chăng, có thể làm việc trong hệ thống điện xoay chiều AC và điện 1 chiều DC.

Tuy vậy nhưng thiết bị này vẫn không tránh khỏi những nhược điểm: Với hệ thống có tần suất hoạt động lớn thì các tiếp điểm sẽ liên tục va đập với nhau nên bề mặt tiếp xúc rất nhanh hỏng. Đối với tiếp điểm thì bề mặt bền và nhạy rất quan trọng.

Khi lựa chọn cảm biến tiếp điểm, khách hàng cần quan tâm tới:

+ Khả năng dẫn điện: Cảm biến tiếp điểm chuẩn khi nó dẫn điện tốt. Tức nghĩa là nó sẽ nối mạch liền lại để xuất tín hiệu điều khiển ra bên ngoài. Nếu như sử dụng cảm biến tiếp điểm cho hệ thống xi lanh khí phục vụ trong các hệ thống mở khẩn thì yếu tố cần chú trọng. Vì lúc này, mạch không được đóng, tín hiệu không được xuất ra dẫn đến trạng thái xi lanh không thể chuyển đổi kịp theo yêu cầu.

+ Khả năng đàn hồi: Điều này có nghĩa là bề mặt tiếp điểm có đàn hồi, mềm dẻo hay không? Đây là tính năng liên quan trực tiếp đến độ bền của thiết bị. Trong trường hợp, các tiếp điểm va đập liên tục nhưng khả năng đàn hồi kém sẽ dẫn đến sự cố hỏng hóc.

Chính vì thế mà người ta thường phủ bạc hoặc đồng, nhôm lên tiếp điểm để nhờ vào đặc điểm vật lý mềm, dẫn điện tốt mà có thể đảm bảo yêu cầu trong những hệ thống làm việc với cường độ cao.

Việc thay thế các cảm biến tiếp điểm sẽ phụ thuộc vào: Chất lượng của sản phẩm, tần số hoạt động, môi trường làm việc. Trung bình khoảng 1-2 năm nên thay 1 lần để đảm bảo cho hệ thống xi lanh hoạt động chính xác.

Cảm biến từ khổng lồ

Loại thứ 3 cảm biến hành trình xi lanh thủy lực tiệm cận mà chúng tôi muốn giới thiệu với các bạn đó là cảm biến từ khổng lồ. Cấu trúc của cảm biến này gồm 3 lớp: Lớp dẫn từ, lớp không dẫn từ, lớp dẫn từ được sắp xếp xen kẽ và chồng lên nhau.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến xi lanh: Khi từ trường xuất hiện, điện trở giảm và hiệu điện thế tăng và cảm biến sẽ xuất tín hiệu ON ra bên ngoài.

Ưu điểm của cảm biến từ khổng lồ đó là: So với cảm biến từ tính dị hướng thì loại cảm biến này có độ nhạy hơn.Thiết bị khá nhỏ gọn, có thể phát hiện từ trường ở khoảng cách xa. Đây cũng chính là lợi thế của thiết bị.

Tuy nhiên, khi sử dụng, khách hàng cần cân nhắc bởi khi mà vị trí lắp của xi lanh gần động cơ điện, sự nhạy của cảm biến sẽ làm nó tác động nhầm, không theo yêu cầu của người dùng.

Cảm biến từ tính dị hướng

Nó chính là một cảm biến tiệm cận dùng cho xi lanh dầu, xi lanh khí với các điện trở kết nối với nhau thành hình mạch cầu. Hoạt động của loại này rất đơn giản: Khi từ trường của nam châm trong xi lanh được tạo ra sẽ làm giá trị điện trở của cảm biến giảm đi. Lúc này, điện áp của mạch cầu sẽ lớn hơn so với khi ở trạng thái bình thường. Tín hiệu của cảm biến sẽ chuyển từ off sang on.

Tương tự như với các loại khác thì cảm biến từ tính dị hướng cũng có ưu điểm như: So với cảm biến hiệu ứng Hall, nó có thể phát hiện từ trường nhạy bén dù ở khoảng cách xa và từ trường yếu. So với cảm biến tiếp điểm thì nó có giá thành rẻ hơn, cấu trúc nhỏ gọn hơn. Do nó không có lực quán tính tách nhả nên phù hợp với những hệ thống có xi lanh làm việc công suất lớn, liên tục, ít bị hỏng bề mặt tiếp điểm.

Cung cấp điện năng cho mạch cầu liên tục để cảm biến hoạt động vừa là yêu cầu và vừa là một nhược điểm lớn nên nó không thể tiếp kiệm điện cũng như chi phí tiêu tốn cho người dùng.

Các hãng cảm biến từ xi lanh

Cảm biến từ xilanh là 1 thiết bị phụ kiện rất quan trọng trọng hệ thống được các hãng tập trung nghiên cứu và phát triển với đa dạng model nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng trong hệ thống khí nén, thủy lực.

Festo

Nếu bạn cần các loại cảm biến thân xi lanh thì có thể cân nhắc ngay sản phẩm đến từ Festo nhé. Đây là hãng sản xuất lớn tại Nhật Bản với dòng sản phẩm chủ lực là thiết bị khí nén. Ưu điểm của cảm biến Festo đó là: Bền bỉ, thích hợp với nhiều hệ thống, đa dạng sản phẩm.

Một số model cảm biến xi lanh festo thông dụng như: SME8-K-LED-24, SMEO-4U-K-LED-24, SMTO-8E-PS-M12, SMT-8-PS-K-LED-24-B, SMT-8M-A-PS-24V-E…

Airtac

So với các thiết bị cảm biến Festo thì cảm biến Airtac có xuất xứ từ Đài Loan có giá thành mềm hơn, dễ dàng đặt mua tại các cửa hàng vật tư khí nén trên toàn quốc.

Một số cảm biến từ xi lanh airtac như: CS1-J, CS1-U, CS1-F, CS1-G được sử dụng nhiều tại Việt Nam.

Shopee

SMC

Rất nhiều khách hàng công nhận: Các cảm biến SMC dù có thời gian sử dụng lâu khoảng 2-3 năm nhưng vẫn đảm bảo khả năng chính sác cao. SMC đã quá nổi tiếng với các thiết bị khí nén như: Xi lanh, bộ lọc, van điện từ…Các sản phẩm bao gồm cảm biến của hãng đều được đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật 100%.

Một số model cảm biến của hãng mà bạn nên tham khảo như: cảm Biến Từ Sensor SMC D-Y59B, D-J99, D-R73, D-J79C, D-A53(D-A57), D-A93V…

Cảm biến từ là gì?

Cảm biến từ còn có 1 tên gọi quen thuộc hơn đó là: Sensoir. Nó là chuyên dụng để cảm biến vị trí xi lanh, là thành phần cơ bản để điều khiển xi lanh làm việc hay nhận tín hiệu từ xi lanh để điều khiển các thiết bị khác làm việc.

Các loại cảm biến từ

Nếu nói về nguyên lý hoạt động, thì cảm biến từ khá đơn giản. Nó chính là 1 cuộn dây đồng được quấn quanh 1 lõi sắt. Đặc điểm của lõi sắt này đó là có độ từ thẩm cao. Khi chúng ta cấp nguồn điện tương ứng thì một từ trường sẽ được tạo ra dao động quanh tổ hợp. Người ta gọi đó là nam châm điện.

Khi vòng nam châm vĩnh cửu hoặc các vật liệu có tính từ đi qua, từ trường sẽ thay đổi. Cảm biến từ xilanh nhận diện được điều này và xuất ra tín hiệu. Dễ hiểu hơn đó là: Khi vòng từ vĩnh cửu trên piston gặp cảm biến ở vị trí trên thân, sẽ đóng mạch. Tín hiệu điện sẽ truyền đến tủ điện để thay đổi hoạt động của các thiết bị có liên quan. Điều này rất cần thiết với các máy chấn tôn, máy ép nhựa, máy cắt nhôm…

Cảm biến tiệm cận – Proximity sensor

Nếu trong 3 loại này thì cảm biến tiệm cận là thường dùng trong công nghiệp nhất. Với khả năng nhạy khi phát hiện sự thay đổi từ trường trong vùng khi có vật thể đang tiến đến và xuất tín hiệu ra bên ngoài.

Cảm biến quang – Optical sensor

Loại cảm biến nào có thể dựa trên tín hiệu của ánh sáng thu được để xuất tín hiệu chuyển về bộ xử lý? Đó chính là cảm biến quang.

Thiết bị này sau khi được lắp đặt, đi vào hoạt động sẽ phát hiện các vật di chuyển qua mắt quang của nó. Tín hiệu này chính là sự phản quang phát ra từ vật. Khi đó, cảm biến sẽ xuất ngay tín hiệu thông báo truyền ra bên ngoài.

Cảm biến áp suất – Pressure sensor

Chúng ta hay bắt gặp cảm biến áp suất với 1 cái tên khác đó là công tắc áp suất. Thiết bị được lắp trong các hệ thống khí nén hoặc dầu để khi áp suất của dòng lưu chất tăng cao, vượt quá giá trị đã được cài đặt ban đầu thì nó sẽ chuyển trạng thái mở hoặc đóng theo yêu cầu của người dùng.

Trên đây là một số cảm biến xi lanh khí nén, thủy lực thông dụng nhất hiện nay. Nếu có bất kỳ thắc mắc liên quan đến thiết bị này, bạn có thể liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ nhé.