1. Giới thiệu về cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận (proximity sensor) là thiết bị dùng để phát hiện sự xuất hiện của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Đây là công nghệ quan trọng trong tự động hóa, giúp máy móc vận hành an toàn, ổn định và chính xác.

Cảm biến tiệm cận hoạt động dựa trên sự thay đổi của trường điện từ hoặc điện dung khi vật thể tiến lại gần. Nhờ khả năng hoạt động bền bỉ, tốc độ phản hồi nhanh và không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hoặc bụi bẩn, cảm biến tiệm cận được ứng dụng rộng rãi trong:

• Dây chuyền sản xuất, băng tải
• Máy cơ khí – thủy lực – khí nén
• Robot, tay gắp tự động
• Máy đóng gói, máy dán nhãn
• Cửa tự động, khóa từ, hệ thống an toàn
• Thiết bị dân dụng và IoT

Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, cấu tạo và từng loại cảm biến sẽ giúp bạn lựa chọn đúng model, tăng hiệu quả và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.

2. Nguyên lý hoạt động và phân loại cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận phát hiện vật thể dựa trên sự thay đổi điện trường, từ trường hoặc từ tính khi vật đến gần đầu cảm biến. Hiện nay chúng được chia thành ba dòng theo nguyên lý hoạt động:

🔧 2.1. Cảm biến tiệm cận từ (Inductive)

• Bên trong có cuộn dây tạo từ trường xoay chiều.
• Khi kim loại vào vùng cảm ứng → xuất hiện dòng điện xoáy (eddy current).
• Mạch xử lý nhận biết sự suy giảm dao động và kích hoạt đầu ra.
• Chỉ phát hiện kim loại (sắt, inox, nhôm…).

💧 2.2. Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive)

• Hoạt động như một tụ điện với hai bản cực nằm trong đầu cảm biến.
• Khi vật thể có hằng số điện môi khác môi trường tiến đến gần → điện dung thay đổi.
• Phát hiện được kim loại và phi kim: nhựa, gỗ, nước, bột, bao bì…

🧲 2.3. Cảm biến từ trường (Magnetic Field Sensor – Hall)

• Sử dụng nam châm vĩnh cửu và cảm biến Hall để phát hiện từ trường.
• Hoạt động ổn định trong môi trường bụi, dầu, độ ẩm cao.
• Ứng dụng: xi lanh khí nén, cửa tự động, công tắc từ an toàn.

3. Cấu tạo cảm biến tiệm cận

Mặc dù mỗi loại có nguyên lý khác nhau, cấu tạo chung của cảm biến tiệm cận bao gồm:

3.1. Vỏ cảm biến (Housing)

• Bảo vệ linh kiện bên trong.
• Dạng trụ ren M8, M12, M18, M30 hoặc dạng vuông.

3.2. Cuộn dây / Bộ dao động

• Tạo từ trường hoặc hoạt động như bản cực tụ điện.

3.3. Mạch khuếch đại – xử lý tín hiệu

• Xử lý tín hiệu thay đổi và chuyển thành ON/OFF.

3.4. Mạch đầu ra

• Hỗ trợ NPN, PNP, NO, NC hoặc Analog.

3.5. Đèn báo trạng thái

• Cho biết cảm biến đang kích hoạt.

3.6. Dây cáp hoặc đầu nối

• Dây liền hoặc jack M8/M12.

4. Ứng dụng trong công nghiệp

Cảm biến tiệm cận được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tự động hóa nhờ độ bền, tốc độ cao và hoạt động không tiếp xúc.

4.1. Giới hạn hành trình máy móc

• Giới hạn đầu – giữa – cuối hành trình xi lanh.
• Thay thế công tắc hành trình cơ khí truyền thống.

4.2. Đếm và phân loại sản phẩm

• Đếm phôi, chi tiết kim loại nhỏ.
• Kết hợp với cơ cấu gạt để phân loại.

4.3. Phát hiện vật thể trong dây chuyền

• Kiểm tra có/không của chi tiết.
• Kiểm soát vị trí linh kiện trong máy tự động.

4.4. Kiểm tra mức vật liệu

• Kiểm tra mức nước, dầu, hóa chất.
• Giám sát bột, hạt nhựa, nguyên liệu.

4.5. Cửa tự động & công tắc từ

4.6. Robot & cơ cấu gắp linh kiện

• Xác định vị trí vật để robot gắp chính xác.
• Kiểm soát hành trình tay gắp.

5. Cách lựa chọn cảm biến tiệm cận

Để chọn cảm biến phù hợp, cần xác định vật cần phát hiện, môi trường hoạt động, khoảng cách, loại đầu ra và hình dạng cảm biến.

5.1. Theo loại cảm biến

• Inductive: phát hiện kim loại.
• Capacitive: phát hiện kim + phi kim.
• Magnetic: phát hiện nam châm.

5.2. Theo hình dạng

• Trụ tròn (M4–M30)
• Hộp chữ nhật
• Dạng lỗ (Ring type)

5.3. Theo thương hiệu

• Omron
• Autonics
• Hanyoung
• Keyence
• IFM
• Pepperl+Fuchs

5.4. Theo kích thước

• M4, M5 – siêu nhỏ
• M8 – tốc độ cao
• M12 – thông dụng
• M18 – khoảng cách lớn
• M30 – công nghiệp nặng

5.5. Theo chất liệu vỏ

• Vỏ kim loại
• Vỏ nhựa

5.6. Theo loại đầu ra

• NPN / PNP
• NO / NC
• Analog 0–10V, 4–20mA
• AC

5.8. Theo kiểu kết nối

• 2 dây / 3 dây / 4 dây
• M8 / M12 / E-CON

5.9. Theo khoảng cách phát hiện

1–18 mm tùy loại cảm biến.

Các bạn có thể sử dụng bộ lọc trong DANH MỤC CẢM BIẾN TIỆM CẬN để lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu.

6. Các lỗi thường gặp & cách kiểm tra

6.1. Phát hiện sai hoặc lúc có lúc không

• Khoảng cách quá xa.
• Nhiễu từ motor hoặc biến tần.
• Bụi bẩn bám đầu cảm biến (capacitive).

6.2. LED sáng nhưng PLC không nhận tín hiệu

• Sai NPN/PNP.
• Đấu dây sai.

6.3. Cảm biến không sáng

• Sai nguồn cấp.
• Dây đứt hoặc jack hỏng.

6.4. Cảm biến bị kẹt ON

• Bám bụi kim loại.
• Độ ẩm cao.

6.5. Hoạt động sai khi lắp trên kim loại

• Dùng loại unshielded nhưng lắp chìm.

6.6. Nhanh hỏng trong môi trường nặng

• Nhiệt cao, dầu, hóa chất.
• Va đập cơ khí mạnh.