Cảm biến vị trí là gì? Có những loại nào?

Để xác định một cách chính xác các khoảng cách trong hệ thống lắp đặt công nghiệp, các chi tiết lắp ráp trong oto, tàu thủy,…ở những vị trí khó quan sát, người ta thường sử dụng một thiết bị chuyên dụng là cảm biến vị trí. 

Vậy cảm biến vị trí này là gì? Có những loại nào và nguyên lý hoạt động ra sao? Cùng tìm hiểu với CNSG trong bài viết này nhé!

Cảm biến vị trí là gì?

Cảm biến vị trí là loại thiết bị cảm biến quan trọng được sử dụng trong các thiết bị nhằm đo khoảng cách di chuyển của vật thể tới vị trí cần được tham chiếu. 

Bằng cách đo vị trí tuyến tính hoặc góc trong tham chiếu đến một điểm cố định hoặc tham chiếu tùy ý, cảm biến vị trí này sẽ có khả năng xác định vị trí một cách chính xác nhất, rất ít sai số xảy ra.

Cảm biến cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hay vắng mặt của một vật thể. 

Xem thêm:

• Cảm biến quang là gì? Ứng dụng nổi bật
• Cảm biến nhiệt là gì? Lưu ý khi lắp đặt cảm biến nhiệt

Các loại cảm biến vị trí

Cảm biến vị trí sử dụng các nguyên tắc cảm biến khác nhau để cảm nhận sự dịch chuyển của cơ thể. Tùy thuộc vào các nguyên tắc cảm biến khác nhau được sử dụng cho cảm biến vị trí, chúng có thể được phân loại như sau:

Cảm biến vị trí điện dung

Cảm biến vị trí điện dung là loại cảm biến vị trí được vận hành theo hai cấu hình sau:

• Bằng cách thay đổi vùng chồng lấp: trong cấu hình dạng này, một thân sẽ được kết nối với một trong các tấm và tấm kia vẫn được cố định. Vùng chồng lấp giữa các bản thay đổi theo chuyển động của cơ thể và khu vực chồng chéo thay đổi dẫn đến thay đổi điện dung giữa các bản.
• Bằng cách thay đổi hằng số điện môi: Trong cấu hình này, một vật thể có độ dịch chuyển cần đo được kết nối với vật liệu điện môi giữa các bản. Hằng số điện môi hiệu dụng giữa các bản trong quá trình chuyển động của cơ thể là kết quả của hằng số điện môi do không khí và vật liệu điện môi.

Cảm biến vị trí đo điện thế

• Cảm biến vị trí đo điện thế là loại cảm biến được vận hành dựa trên nguyên tắc hiệu ứng của điện trở. 
• Một rãnh điện trở trong cấu tạo của cảm biến vị trí đo điện thế có khả năng hoạt động như một yếu tố cảm biến, bên cạnh đó còn có một chi tiết là cái gạt nước được gắn vào cơ thể hoặc một phần của cơ thể có độ dịch chuyển cần đo. Cần gạt nước cũng tiếp xúc với đường đua.
• Chuyển động của cần gạt nước này sẽ có khả  năng làm thay đổi lực cản giữa một đầu của rãnh và gạt nước. Do đó, điện trở này cũng trở thành một chức năng của vị trí gạt nước và sự thay đổi điện trở trên mỗi đơn vị thay đổi ở vị trí cần gạt là tuyến tính.
• Theo dõi dẫn điện có thể được thực hiện tuyến tính hoặc góc tùy theo yêu cầu. Ưu điểm chính của cảm biến này là dễ sử dụng.

Cảm biến vị trí dựa trên hiện tại

Với loại cảm biến vị trí này, khi một dòng điện xoay chiều được đặt vào cuộn dây, một từ trường chính sẽ được tạo ra dẫn đến sự hình thành dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện. 

Ngược lại, dòng điện xoáy tạo ra trường thứ cấp có hiệu ứng trở kháng cuộn dây.

Sự có mặt hay vắng mặt của các vật liệu dẫn điện khác cũng sẽ làm thay đổi trường thứ cấp và trở kháng cuộn dây. Những thay đổi trong trở kháng cuộn dây có thể được sử dụng để đo khoảng cách của thân dẫn điện.

Cảm biến vị trí từ tính

Cảm biến vị trí từ tính chủ yếu bao gồm các thành phần như nam châm vị trí, nam châm vị trí, mô-đun điện tử và ống dẫn sóng, cảm biến vị trí từ tính đo khoảng cách giữa đầu đầu của thanh cảm biến.

Một xung hiện tại được truyền xuống ống dẫn sóng từ mô-đun điện tử. Từ trường được tạo ra bởi xung hiện tại tương tác với từ trường từ nam châm vị trí do đó tạo ra sóng âm hoặc sóng biến dạng xoắn trong ống dẫn sóng.

Sóng căng sẽ truyền đến đầu cuối nơi thiết bị đón nhận cảm nhận được sự xuất hiện của nó. 

Sự khác biệt về thời gian giữa việc tạo ra xung thẩm vấn và sự xuất hiện của sóng biến dạng cho biết vị trí của nam châm vị trí.

Cảm biến vị trí từ dựa trên hiệu ứng Hall

Trong các cảm biến vị trí thuộc dạng hiệu ứng Hall, một bộ phận chuyển động sẽ được lắp đặt để liên kết với một nam châm được đặt với trục cảm biến, do đó khung trục này sẽ hình thành nên một yếu tố Hall. 

Với sự chuyển động của cơ thể hoặc bộ phận của nó, nam châm cũng chuyển động dẫn đến sự hình thành từ trường và do đó điện áp Hall. Do đó điện áp Hall trở thành một chức năng của vị trí của bộ phận chuyển động.

Cảm biến vị trí quang

Cảm biến vị trí quang được vận hành dựa trên một trong hai cơ chế:

• Trong loại thứ nhất, ánh sáng được truyền từ một đầu và nhận ở đầu kia để theo dõi sự thay đổi của một trong các đặc tính như cường độ, bước sóng, pha hoặc phân cực. 
• Trong loại thứ hai, ánh sáng truyền đi được phản xạ từ vật thể và ánh sáng được trả về phía nguồn được theo dõi.

Các ứng dụng nổi bật của cảm biến vị trí

Cảm biến vị trí hiện nay được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và đời sống, tiêu biểu những ứng dụng của thiết bị này bao gồm:

• Máy ép phun
• Tàu cao tốc lấy những đường cong tròn
• Xe ô tô
• Thiết bị y tế
• Máy đóng gói
• Hệ thống máy bay fly-by-wire
• Là thiết bị ngày càng được ứng dụng trong sản xuất, lắp ráp thiết bị,…
• Những hệ thống của xe ô tô, xe máy, máy bay, tàu cao tốc…