Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến được sử dụng trong đời sống và sản xuất. Một trong những loại phổ biến là cảm biến từ, thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, kinh doanh và tiêu dùng. Tuy nhiên, nhiều người vẫn còn thắc mắc về cảm biến từ là gì? Nó hoạt động và mang lại hiệu quả ra sao? Hãy cùng Điện Duy Lộc tìm hiểu sâu hơn về cảm biến từ qua bài viết dưới đây.

Khái niệm về cảm biến từ

Cảm biến từ là thiết bị điện tử thuộc nhóm cảm biến tiệm cận, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Thiết bị có khả năng phát hiện vật thể mang từ tính ở khoảng cách gần (vài mm đến vài chục mm) mà không cần tiếp xúc.

Cảm biến từ sẽ tạo ra từ trường xung quanh nó. Khi có bất kỳ vật thể kim loại nào xuất hiện trong vùng từ trường, cảm biến sẽ phát hiện và gửi tín hiệu về trung tâm.

Cảm biến từ có cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của cảm biến từ thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Cuộn cảm: Là bộ phận cho phép dòng điện chạy qua, được ghép nối tiếp hay song song với tụ để tạo thành mạch cộng hưởng.
• Bộ cảm ứng và xử lý tín hiệu: Các thông tin được thu nhận và xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu trong khoa học kỹ thuật của người dùng.
• Ngõ ra điều khiển: Bộ phận giám sát và điều khiển các quá trình diễn ra.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ

Cảm biến từ có nguyên lý hoạt động như sau:

Khi được cung cấp nguồn, dòng điện sẽ đi qua mạch chứa cuộn cảm, khiến từ trường xuyên qua nó biến thiên. Hiệu ứng này được sử dụng để nhận diện các vật thể kim loại đang tương tác với từ trường. Các chất khác như chất lỏng hoặc bụi bẩn không tương tác với từ trường, do đó cảm biến từ có thể hoạt động tốt trong môi trường nhiều bụi hoặc ẩm ướt.

Cảm biến từ có kích thước và tiết diện càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh. Điều này có nghĩa là diện tích phát hiện vật thể càng lớn, hiệu quả sử dụng càng cao.

Ưu điểm của cảm biến từ

Cảm biến từ có những ưu điểm nổi bật sau:

• Chịu được môi trường khắc nghiệt: Cảm biến từ có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ẩm lớn và môi trường nhiều bụi bẩn. Đặc tính này khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp.
• Tuổi thọ cao và tiết kiệm chi phí: Với độ bền cao, cảm biến từ giúp giảm chi phí lắp đặt, sửa chữa và bảo trì. Chúng có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không cần thay thế thường xuyên.
• Dễ dàng lắp đặt và sử dụng: Thiết kế đơn giản cùng giao diện tiêu chuẩn giúp việc lắp đặt và tích hợp cảm biến từ trở nên thuận tiện, tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình vận hành.
• Giá thành hợp lý: Cảm biến từ có giá thành thấp hơn so với nhiều loại cảm biến khác, phù hợp với các dự án có ngân sách hạn chế.

Với những ưu điểm trên, cảm biến từ là lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và hệ thống điều khiển.

Các loại cảm biến từ

Phân loại cảm biến dựa vào giá trị của từ trường

Gồm 3 loại cảm biến sau:

Cảm biến trường thấp

Là loại cảm biến được sử dụng để phát hiện các giá trị nhỏ của từ trường như 1uG (1 Gauss bằng 10-4 Tesla). Chủ yếu được ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và y tế.

Cảm biến trường trái đất

Cảm biến sử dụng từ trường của trái đất trong các ứng dụng phương tiện và phát hiện điều hướng.

Phạm vi từ tính của loại cảm biến này từ 1uG đến 10 G.

Cảm biến trường nam châm

Là những cảm biến được sử dụng để cảm nhận từ trường cỡ lớn, trên 10 Gauss. Đa số cảm biến trong công nghiệp là loại này, dùng nam châm vĩnh cửu làm nguồn từ trường. Những nam châm này có thể nhận diện từ tính của các vật thể sắt từ ở gần.

Ngoài cách phân loại trên, cảm biến từ còn được phân loại theo hình dáng hoặc cấu trúc.

Phân loại theo hình dáng: Gồm cảm biến từ hình trụ và hình hộp.

Phân loại theo cấu trúc

Loại có bảo vệ

Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh do từ trường tập trung ở mặt trước của cảm biến. Tuy nhiên, điều này làm thu hẹp phạm vi hoạt động, giới hạn phát hiện vật thể chỉ còn vài milimet.

Loại không có bảo vệ

Có phạm vi phát hiện vật thể xa và rộng hơn vì không gian trước cảm biến không bị che phủ. Tuy nhiên, dễ bị nhiễu bởi môi trường xung quanh, đặc biệt khi có nhiều kim loại khác nhau.

Ứng dụng của cảm biến từ

Bếp từ dùng để đun nấu

Hiện nay nhiều gia đình đã chọn sử dụng bếp từ thay vì bếp gas. Cảm biến từ trong bếp từ được đánh giá an toàn và thân thiện với sức khỏe người dùng cũng như môi trường.

Bếp từ tạo nhiệt làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ thay vì dẫn nhiệt từ lửa hoặc các bộ phận làm nóng bằng điện. Dòng điện xoay chiều tạo hiệu ứng tỏa nhiệt, làm nóng đáy nồi và thức ăn bên trong. Do dòng điện cảm ứng chỉ làm nóng trực tiếp dụng cụ nấu bằng vật liệu từ, nhiệt độ tăng nhanh, giúp tiết kiệm năng lượng và thời gian.

Đèn huỳnh quang

Trong các thiết bị chiếu sáng, đèn huỳnh quang khá phổ biến. Chấn lưu trong bóng đèn được chế tạo với cảm biến từ. Khi cấp điện, dòng điện cao áp ở hai đầu bóng đèn sẽ phóng điện và kích hoạt bột huỳnh quang, giúp đèn phát sáng.

Máy phát cung cấp điện

Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên cảm ứng điện từ. Bộ phận quan trọng nhất là cuộn dây từ trường. Máy phát điện tạo ra từ trường biến thiên liên tục trong cuộn dây để sinh ra dòng điện xoay chiều.

Các thiết bị chữa bệnh

Điện từ trường đóng vai trò quan trọng trong vận hành thiết bị y tế hiện đại. Cảm biến từ được tích hợp vào các thiết bị này, ứng dụng trong điều trị như: tăng thân nhiệt cho bệnh nhân ung thư, cấy ghép tế bào hay chụp cộng hưởng từ (MRI).

Máy hút bụi mạnh

Các loại máy hút bụi hiện nay thường sử dụng hai loại động cơ: chổi than và cảm ứng từ. Những máy hút bụi dùng động cơ cảm ứng từ có hiệu quả làm việc cao, chính xác và bền bỉ hơn.

Đo độ dày của tạp chất

Có thể sử dụng cảm biến từ để đo độ dày tạp chất bám vào thành ống sắt từ và các vật liệu từ khác.

Phát hiện vật bằng kim loại

Nhờ khả năng nhận diện vật liệu từ khi tương tác với từ trường, cảm biến từ được sử dụng rộng rãi để phát hiện kim loại, chi tiết máy và xác định vị trí các bộ phận trong nhà máy sản xuất.

Đếm số lượng, phân loại sản phẩm

Cảm biến từ thường được dùng trong dây chuyền sản xuất nước giải khát, thực phẩm đóng hộp, đếm sản phẩm và linh kiện điện tử.

Cảm biến từ trong an ninh

Cảm biến từ có thể lắp đặt ở cửa ra vào và cửa sổ như một giải pháp an ninh gia đình. Khi cửa mở ra, cảm biến phát hiện sự vắng mặt của từ trường và gửi tín hiệu đến hệ thống an ninh.

Bài viết trên đã giới thiệu về cảm biến từ - một công nghệ đầy tiềm năng trong cuộc sống hiện đại. Chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các đặc điểm chính của cảm biến từ, cùng với những ưu điểm và ứng dụng đa dạng của chúng trong công nghiệp, ô tô, y tế và an ninh. Hy vọng thông tin này giúp bạn đọc nhận ra tầm quan trọng của công nghệ này trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống của chúng ta.