CẢM BIẾN LÀ GÌ VÀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN?

       Hầu hết các thiết bị tự động hay các đồ điện gia dụng ngày nay đều có rất nhiều cảm biến trong nó. Trong nhật ký sửa nồi cơm điện, sửa bếp từ, sửa lò vi sóng, sửa amply của chúng tôi thì có rất nhiều kiểu cảm biến được tích hợp trong các thiết bị này. Vậy cảm biến là gì và có vai trò như thế nào đối với mỗi thiết bị trên?
       Để minh họa một cách gần gũi nhất thì có thể nói các cảm biến cũng giống như các giác quan của chúng ta như mắt, mũi, lưỡi, da, tai....nhằm nhận biết những thay đổi của các thông số môi trường bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, màu sắc, cường độ âm thanh, mùi. Tuy nhiên chúng ta chỉ có 5 giác quan chính thì cảm biến có đến cả ngàn loại để cảm nhận nhiều thông số vật lý mà giác quan con người không cảm nhận được như từ trường, gia tốc, trọng lực, dòng điện, điện dung....

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THÔNG DỤNG

Tại sao lại phải sử dụng cảm biến trong các thiết bị điện tự động?

      Các thiết bị điện tự động được lập trình một cách thông minh nhờ các bộ vi xử lý hay còn gọi là CPU. Các CPU này sẽ đo lường các thông số vật lý bên ngoài môi trường thông qua các cảm biến để đưa ra tín hiệu điều khiển các thông số vật lý này ổn định theo một yêu cầu đặt ra.  Chẳng hạn tôi lấy một ví dụ về chiếc nồi cơm điện tử. Dưới đáy nồi cơm điện tử có một cảm biến nhiệt độ, nó sẽ nhận biết đến nhiệt độ cạn nước khoảng từ 100-120 độ C (tùy vào hãng thiết kế) . CPU trong mạch điều khiển nồi cơm nhận biết được nhiệt độ này thông qua cảm biến và ra lệnh ngắt điện không cho cấp vào sợi đốt nóng chính mà cho điện cấp vào sợi đốt nóng phụ để chuyển sang chế độ ủ cơm. Đấy, cảm biến nó đóng vai trò quan trọng như vậy đấy. Không có cảm biến thì máy móc sẽ không thể thông minh được. Nếu chiếc cảm biến nhiệt độ bên trong nồi cơm kia mà hỏng thì sẽ ra sao nhỉ? chắc chắn là cơm sẽ không được nấu hoặc sẽ sống hoặc là sẽ cháy khê.
      Nói tóm lại muốn khống chế được các thông số vật lý như nhiệt độ, ánh sáng, dòng điện, từ trường, vận tốc.... thì cần phải dùng đến cảm biến. 

Cảm biến hoạt động như thế nào ?
     Các cảm biến đều bị thay đổi một giá trị nào đó khi được tác động bởi một thông số vật lý phù hợp. Dù là hoạt động trên nguyên tắc nào thì từ đầu ra của cảm biến cũng phải đưa ra một giá trị điện áp(cảm biến Analog) hoặc một chuỗi dữ liệu số (cảm biến Digital)  để đưa vào CPU xử lý. Các cảm biến tương tự (Analog)  thông thường như nhiệt điện trở , quang điện trở, cặp nhiệt điện, photo quang, photo transisto thường thấy trong nhiều thiết bị như bếp từ, nồi cơm điện tử, bếp hồng ngoại, điều khiển từ xa, lò vi sóng...

- Nhiệt điện trở: Còn được gọi là NTC hay PTC. Đây là một cảm biến rất hay gặp trên bếp từ và các hệ thống làm lạnh. Nó có giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường bên ngoài thay đổi. Người thiết kế sẽ mắc nối tiếp nhiệt điện trở này với một điện trở cố định và cấp cho mạch này một điện áp cố định. Khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi bởi nhiệt độ thì điện áp trên hai đầu của điện trở cũng thay đổi theo. Điện áp này được đưa vào CPU tính toán và xử lý để nhận biết nhiệt độ tương ứng. Các nhiệt điện trở của bếp từ thông thường có gí trị từ 60K đến 80KOhm ở nhiệt độ bình thường (20 đến 30 độ C). Đối với loại là NTC thì điện trở giảm khi nhiệt độ tăng và với loại PTC thì điện trở tăng khi nhiệt độ giảm.

Nhiệt điện trở trong bếp từ

- Quang điện trở: Còn được biết đến với ký hiệu LDR. Được gặp nhiều trong các đèn ngủ tự động bật khi trời tối, các bộ điều khiển đèn đường... Nó có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Cách mắc và nguyên tắc hoạt động tương tự như nhiệt điện trở, chỉ khác là thông số vật lý tác động là khác nhau. Ở bên ngoài ánh sáng điện trở của quang điện trở rất nhỏ chỉ vài chục Ohm, còn trong bóng đêm thì điện trở của nó lên tới vài Mega Ohm.

QUANG ĐIỆN TRỞ

- Cặp nhiệt điện: Hay còn gọi là thermocouple Được dùng nhiều trong máy móc công nghiệp như máy nướng bánh, máy đốt rác, máy nấu gang , thép. .. Đây là cảm biến chuyên dụng để đo các nhiệt độ cao. Nguyên tắc hoạt động của nó khác hẳn với nhiệt điện trở. Cặp nhiệt điện có cấu tạo bởi hai thanh kim loại khác nhau, được hàn chung bởi một mối hàn. Khi mối hàn này được cho tác động lên một nhiệt độ nào đó thì trên hai đầu của hai thanh kim loại xuất hiện một hiệu điện thế. Hiệu điện thế này sẽ được đưa vào CPU tính toán và xử lý. Vì nhiệt độ bếp hồng ngoại rất cao lên cảm biến này được dùng trong bếp hồng ngoại. Nếu đo bằng đồng hồ vạn năng trên hai đầu cảm biến này sẽ giống như là thông mạch vì nó không phải là nhiệt điện trở.
 

Một cặp nhiệt điện phổ thông

     Còn rất nhiều các loại cảm biến khác nữa như cảm biến gia tốc, cảm biến dòng điện, cảm biến từ trường, cảm biến trọng lực, cảm biến hồng ngoại, cảm biến lực.... nhưng dù có là loại cảm biến gì thì cũng sẽ phải có một đầu ra là điện áp hoặc một chuỗi dữ liệu số để đưa vào CPU xử lý.  Với những cảm biến có hai đầu thì đó là cảm biến thụ động, thông thường nó sẽ có giá trị điện trở hoặc điện áp thay đổi theo thông số  vật lý tác động lên nó. Với những cảm biến có 3 đầy dây hoặc nhiều hơn thì nó là một tổ hợp các mạch xử lý bên trong. Với những cảm biến này chắc chắn sẽ có 2 đầu dây cấp nguồn nuôi nó, những đầu dây còn lại là những dây để truyền dữ liệu số về CPU.

      Hiểu rõ về cảm biến, cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của nó sẽ giúp bạn rất nhiều trên con đường trở thành một kỹ thuật viên điện tử. Các cảm biến có mặt ở khắp mọi máy móc như bếp từ, lò vi sóng, nồi cơm điện, máy giặt, máy sấy bát, máy sấy tay, máy khử ozon, amply, các thiết bị máy móc tự động.... Mọi điều thắc mắc xin để lại nhận xét dưới bài đăng.
                 

                                                        Kỹ thuật viên : Nguyễn Anh Tú!