Giải pháp cho ngành công nghiệp thông minh nằm ở việc thu thập thông tin và dữ liệu, biến các cảm biến công nghiệp trở thành đầu cuối thần kinh của ngành công nghiệp 4.0. Ngày nay, các nhà máy sử dụng nhiều loại cảm biến công nghiệp, mỗi loại có thiết kế và ứng dụng riêng để thu thập dữ liệu có giá trị và cung cấp cho bạn sự hỗ trợ dữ liệu cơ bản cho việc xây dựng ngành công nghiệp thông minh.

Đồng thời, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ sản xuất, Công nghiệp 4.0 và Internet vạn vật (IoT), các yêu cầu ứng dụng tiếp tục tăng lên. Các cảm biến thông minh thu thập dữ liệu ban đầu đang nhanh chóng lặp lại và nâng cấp, dẫn dắt cuộc cách mạng thông minh của các thiết bị đầu cuối internet công nghiệp.

Thời đại mới của cảm biến công nghiệp hay cảm biến công nghiệp 4.0, đang phát triển mạnh, thay đổi từ tự động hóa nhà máy và cảm biến quy trình công nghiệp, từ kết nối có dây hoặc không dây và bộ vi điều khiển đến máy chủ đám mây. Bây giờ, hãy cùng tìm hiểu các loại cảm biến công nghiệp hàng đầu, ứng dụng tự động hóa của chúng và cách chúng hỗ trợ các nhà máy hiện đại tiết kiệm tiền và hoạt động hiệu quả.

Tổng quan về cảm biến công nghiệp

Cảm biến/Máy dò/Đầu dò đều là thiết bị điện tử hoặc điện. Những vật liệu điện tử nhạy cảm riêng biệt này phát hiện, đo lường và cảm nhận những thay đổi về vị trí, nhiệt độ, độ dịch chuyển, dòng điện và nhiều yếu tố khác nhau của thiết bị công nghiệp.

Về cơ bản, một cảm biến đo một đại lượng vật lý và nó sẽ tạo ra tín hiệu điện tương ứng trên đại lượng vật lý đó.

Cảm biến được coi là thành phần cơ bản nhất để thu thập dữ liệu và dụng cụ đo lường trong tình trạng vận hành nhà máy hiện nay. Một số cảm biến, đầu dò và máy dò có sẵn để phát hiện sự hiện diện vật lý của hóa chất, kim loại, mức độ, ngọn lửa, khí hoặc rò rỉ.

Một số được thiết kế để nhìn thấy chuyển động, khoảng cách hoặc cảm nhận các đặc tính hữu hình. Ngoài ra, một số công nghệ được sử dụng để đạt được các mục tiêu này, bao gồm cảm ứng, điện dung, điện trở từ, siêu âm và áp suất quang.

Cảm biến công nghiệp là thiết bị phản ứng với bất kỳ đại lượng vật lý nào như từ tính, chuyển động, âm thanh, nhiệt, ánh sáng, áp suất, v.v. Sau đó, nó được chuyển đổi thành tín hiệu điện, với tín hiệu đầu ra của cảm biến là từ tính, điện, cơ, v.v.

Điều độc đáo nhất về cảm biến công nghiệp là loại ứng dụng và môi trường mà chúng được sử dụng. Những cảm biến này phải hoạt động trong điều kiện khó khăn, bao gồm môi trường khắc nghiệt (không thể tiếp cận) chẳng hạn như độ rung, độ ẩm cao, nhiệt độ cao, v.v.

Cảm biến công nghiệp thông minh được sử dụng cho lĩnh vực công nghiệp

Cảm biến đóng vai trò then chốt trong tự động hóa công nghiệp nhằm giúp quá trình sản xuất trở nên thông minh và tự động hơn. Máy móc có thể xử lý, đo lường, phát hiện và phân tích các vị trí, chiều cao, hình dáng, chiều dài và chuyển vị khác nhau trong khu vực sản xuất.

Hầu hết mọi quy trình hoặc tuỳ thuộc môi trường khác nhau sẽ yêu cầu một số hoặc loại cảm biến công nghiệp khác. Những cảm biến này cho phép mọi người xử lý, giám sát và kiểm tra một loạt các thay đổi xảy ra trên cơ sở sản xuất công nghiệp, như an ninh, áp suất, độ cao, chuyển động, nhiệt độ, v.v.

Những cảm biến thông minh này tích hợp chương trình cơ sở, điều hòa tín hiệu và công nghệ MEMS để đáp ứng nhu cầu chi phí thấp và dễ tiếp cận của các kỹ sư thiết kế công nghiệp, đồng thời giảm đáng kể gánh nặng phát triển của họ.

Cách chọn cảm biến công nghiệp

Có nhiều yếu tố khác nhau đáng để cân nhắc trước khi bạn đưa ra quyết định chọn loại cảm biến công nghiệp:

• Thời gian đáp ứng
• Kích cỡ
• Trị giá
• Độ chắc chắn
• Phạm vi
• Độ lặp lại
• Sự ổn định
• Dễ dàng tích hợp
• Phạm vi nhiệt độ
• Sự tiêu thụ năng lượng
• Hiệu ứng độ ẩm

Các loại cảm biến công nghiệp và ứng dụng của chúng

Các nhà máy luôn tìm cách tận dụng tối đa sản lượng và hiệu suất của mình. Hiện nay, họ cũng đã được chỉ đạo để giảm tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh. Cách tốt nhất để thực hiện điều này là thông qua các hệ thống và cảm biến được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp. Như đã nói, đây là các loại cảm biến công nghiệp và ứng dụng cảm biến hàng đầu trong ngành:

Cảm biến nhiệt độ – Temperature Sensors

Nhiệt độ là thông số vật lý được đo phổ biến trong sản xuất công nghiệp và có thể sử dụng nhiều cảm biến để đo. Cảm biến nhiệt độ thu thập dữ liệu về nhiệt độ từ môi trường và thay đổi nó thành các giá trị cụ thể.

Chúng đo lường các khía cạnh nhiệt của chất rắn, chất lỏng và khí trong nhiều ngành công nghiệp chế biến và tạo thành các mục đích sử dụng cụ thể và mục đích chung.

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ và cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số là những cảm biến công nghiệp được sử dụng thường xuyên nhất trong tự động hóa công nghiệp. Thẻ lấy mẫu sau có giao diện truyền thông RS-232 hoặc 485 tiêu chuẩn và bộ chuyển đổi A/D xấp xỉ liên tiếp hai kênh gồm 10 chữ số.

Nó triển khai kỹ thuật lọc kết hợp lọc phần mềm trung bình đệ quy và lọc mạch phần cứng để giảm nhiễu bên ngoài đến việc lấy mẫu, với tính nhất quán tốt, độ ổn định cao, độ chính xác toàn thang cao và phản hồi nhanh.

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ tích hợp cảm biến độ ẩm và nhiệt độ. Đầu dò độ ẩm và nhiệt độ được sử dụng làm bộ phận đo nhiệt độ để thu thập tín hiệu độ ẩm và nhiệt độ.

Sau khi xử lý mạch, chúng được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp hoặc dòng điện liên quan tuyến tính với độ ẩm và nhiệt độ. Nó cũng có thể được truyền thẳng qua chip điều khiển chính.

Có một số loại cảm biến nhiệt độ khác mà bạn sẽ gặp, chẳng hạn như Nhiệt điện trở, Cặp nhiệt điện, Nhiệt kế bức xạ, Nhiệt kế quang học, Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại và Đầu dò nhiệt độ điện trở (RTD). Cảm biến nhiệt độ còn được sử dụng trong tủ lạnh, máy tính, thiết bị y tế, ô tô, động cơ điện, dụng cụ nấu ăn, v.v.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Công nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp y tế, công nghiệp dược phẩm và nhuộm, công nghiệp hóa dầu, nhà máy thủy điện, in ấn và nhiều ngành công nghiệp khác với các ứng dụng khác nhau sử dụng cảm biến nhiệt độ.

Cảm biến mức – Level sensors

Một loại cảm biến công nghiệp phổ biến khác là cảm biến mức, một thiết bị dùng để đo, giám sát và duy trì mức chất lỏng và đôi khi là chất rắn trong bình, bể hoặc thùng chứa được sử dụng như một phần của hệ thống hoặc quy trình. Thiết bị này giúp xác định mức chất lỏng chảy trong hệ thống mở hoặc hệ thống kín.

Sau khi được xác định, các cảm biến mức bắt đầu chuyển đổi dữ liệu được cảm nhận này dưới dạng tín hiệu điện. Việc đo mức chất lỏng có thể được chia thành đo liên tục hoặc đo

mức điểm. Mức đo chất lỏng liên tục đo chính xác mức chất lỏng. Tuy nhiên, kết quả đo là chính xác.

Mặt khác, cảm biến mức điểm sẽ xác định mức chất lỏng cao hay thấp. Cảm biến mức có thể được phân loại thành thủy tĩnh, laser, phao, quang học, siêu âm, điện dung, điện trở và điện từ.

Bạn có thể tìm thấy nhiều loại cảm biến mức trong các hệ thống và cài đặt điều khiển quy trình công nghiệp. Lựa chọn này phụ thuộc vào loại chất rắn hoặc chất lỏng được theo dõi, mức độ tiếp cận chất rắn hoặc chất lỏng và các đặc tính của nó. Chúng xuất hiện trong các sản phẩm được người tiêu dùng nhận biết và được sử dụng trong một số ứng dụng khác ngoài các cơ sở công nghiệp.

Ứng dụng cảm biến mức

Hai lĩnh vực mà cảm biến mức (level sensor) được sử dụng chủ yếu là sản xuất và ô tô. Tuy nhiên, nó vẫn được tìm thấy trong nhiều thiết bị gia dụng khác nhau như máy làm đá trong tủ lạnh, máy giặt hoặc bất cứ nơi nào cần thiết để giữ cho mức chất lỏng không bị tràn quá mức hoặc quá cao.

Máy nước nóng giúp bổ sung nước khi mức chất lỏng của ngăn chứa nước bên trong đạt đến một điểm nhất định và quá thấp. Ngoài ra, bồn cầu cần dự trữ một ít nước trong bồn để rò rỉ hoặc xác định mức chất lỏng.

Cảm biến áp suất – Pressure Sensors

Cảm biến áp suất bao gồm bộ xử lý tín hiệu và bộ phận nhạy áp suất. Nó cho phép bạn cảm nhận các tín hiệu áp suất và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện đầu ra có thể sử dụng được theo một quy tắc cụ thể. Chúng chủ yếu được sử dụng khi cần có dữ liệu về áp suất chất lỏng hoặc khí để đo lường hoặc kiểm soát.

Bạn có thể giám sát đường ống bằng cảm biến áp suất và gửi cảnh báo hoặc rò rỉ bất thường đến hệ thống máy tính trung tâm để nhắc nhở chính quyền rằng cần phải bảo trì và sửa chữa.

Một số phân loại của cảm biến áp suất bao gồm cảm biến đo, vi sai, kín, chân không và áp suất tuyệt đối. Ngoài ra, cảm biến áp suất cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống thủy lực, chân không và khí nén.

Ứng dụng của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất khá phổ biến trong bất kỳ hoạt động công nghiệp nào. Chúng được sử dụng trong nhiều môi trường tự động hóa công nghiệp như bảo tồn nước và thủy điện, hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt, tự động hóa sản xuất, tòa nhà thông minh, giếng dầu, đường ống, máy công cụ, hóa dầu, đóng tàu điện, quân sự và nhiều ngành công nghiệp khác.

Xem tiếp phần 2