Sensor là gì? Ứng dụng & Các loại cảm biến phổ biến nhất 2025

I. Sensor là gì?

Sensor, hay cảm biến, là một thiết bị có khả năng cảm nhận, phát hiện và phản hồi lại các tín hiệu đầu vào từ môi trường xung quanh. Những tín hiệu này có thể là các chỉ số về nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động, áp suất, ánh sáng… và tùy thuộc vào mục đích sử dụng, sẽ có các loại cảm biến phù hợp.

Tín hiệu đầu ra của cảm biến sensor là kết quả sau khi đo lường các giá trị đầu vào từ môi trường, được chuyển đổi thành dạng thông tin mà các thiết bị máy tính, bộ điều khiển PLC, PAC… có thể đọc và xử lý. Trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại, sensor đóng vai trò như một thiết bị đầu cuối (RTU) để thu thập dữ liệu, hỗ trợ việc điều khiển và vận hành sản xuất tự động hóa.

Ứng dụng phổ biến của sensor:

• Công nghiệp: Giám sát và điều khiển thiết bị, máy móc phục vụ sản xuất, tự động hóa.
• Nông nghiệp: Giám sát độ ẩm, nhiệt độ không khí, ánh sáng…
• Điện tử tiêu dùng: Sử dụng trong điện thoại thông minh, máy tính, thiết bị điện…
• Y tế: Đo lường các chỉ số sinh tồn như nhịp tim, huyết áp, oxy, mức nhiên liệu…
• Sản xuất ô tô: Đo lường tốc độ, nhiệt độ động cơ, áp suất lốp, vị trí…
• Ứng dụng IoT: Thu thập tín hiệu đầu vào trong lĩnh vực IoT (Internet of Things), robotics.

Các loại cảm biến phổ biến:

• Cảm biến ánh sáng (Light Sensors): Đo cường độ và sự thay đổi của ánh sáng.
  
• Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors): Đo nhiệt độ của môi trường hoặc vật thể.
  
• Cảm biến áp suất (Pressure Sensors): Đo áp suất chất lỏng hoặc khí.
• Cảm biến gia tốc (Accelerometers): Đo và phát hiện sự thay đổi chuyển động của vật thể.
• Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors): Đo chỉ số độ ẩm của môi trường.
  
• Cảm biến khí (Gas Sensors): Đo và phát hiện sự hiện diện của các loại khí khác nhau.

II. Chi tiết về các loại sensor phổ biến hiện nay

1. Cảm biến nhiệt – Temperature Sensors

Cảm biến nhiệt, hay nhiệt kế điện tử, được sử dụng rộng rãi để đo nhiệt độ trong nhiều môi trường khác nhau như không khí, nước, bể dầu, máy móc, mạch điện tử… Cảm biến nhiệt thường có độ chính xác cao hơn so với các loại nhiệt kế truyền thống.

Đây là thiết bị dùng để đo lường sự biến đổi về nhiệt độ. Một loại phổ biến hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại theo nhiệt độ xung quanh, hoặc dựa trên sự thay đổi về sức điện động khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh. Dựa vào những thay đổi này, các phép tính sẽ được thực hiện để thiết bị đưa ra thông số chính xác về nhiệt độ cần cảm ứng.

Ngoài ra, còn có một số loại cảm biến nhiệt khác như cảm biến nhiệt bán dẫn, cặp nhiệt điện…

2. Cảm biến điện dung – Capacitive Sensors

Cảm biến điện dung, còn gọi là cảm biến điện môi, đo hằng số điện môi của môi trường xung quanh và được dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn… Hoặc có thể dùng để đo mức liên tục, cho ra tín hiệu 4 – 20 mA, 0 – 10V. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong.

3. Cảm biến quang, Cảm biến hồng ngoại – Infrared Sensors

Cảm biến quang, hay Photoelectric sensor, kết hợp các linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng, chúng sẽ ghi nhận tín hiệu dựa vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode. Cảm biến quang còn được gọi là “mắt thần”, dùng để phát hiện chuyển động, vật cản. Khi tia sáng phát ra từ cảm biến bị chặn lại, nó sẽ phát tín hiệu về trung tâm điều khiển. Loại cảm biến này được sử dụng nhiều trong các dây chuyền tự động hóa, có vai trò như đôi mắt và thường xuất hiện phổ biến trong công nghiệp chế tạo, sản xuất.

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Vật thể có nhiệt độ trên 35 độ C sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại mà con người không thể nhìn thấy. Dựa vào phát hiện này, thiết bị sẽ đưa ra các tín hiệu xử lý tiếp theo.

4. Cảm biến siêu âm – Ultrasonic Sensors

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách đến một đối tượng bằng cách phát ra sóng siêu âm, sau đó âm thanh phản xạ được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Bộ phát của cảm biến tạo ra âm thanh nhờ sử dụng tinh thể áp điện, còn bộ thu có vai trò tiếp nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí khác nhau. Cảm biến siêu âm thường được dùng để đo khoảng cách hoặc vận tốc của vật thể.

5. Cảm biến tiệm cận – Proximity Sensors

Cảm biến tiệm cận, hay công tắc tiệm cận, là loại cảm biến phát hiện khi có vật ở gần. Nó chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phổ biến được sử dụng ở loại cảm biến này:

• Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
• Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện.
• Hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

6. Cảm biến lực – Force Sensors

Cảm biến lực (Force Sensor hay Loadcell) phát hiện và chuyển đổi các đại lượng cơ học như lực căng, áp suất, trọng lượng, mô-men xoắn, biến dạng… thành tín hiệu điện có cường độ tương ứng với lực tác động. Tín hiệu này được truyền tới bộ xử lý và hiển thị lên đồng hồ đo lực để xác định thông số lực tác động cần đo. Cảm biến lực là thành phần cốt lõi của các thiết bị điện, máy móc kỹ thuật, các loại máy làm việc và hệ thống tự động hóa trong công nghiệp.

III. Các loại cảm biến thường dùng trong phòng sạch | Sensor công nghiệp

Phòng sạch ngày càng phổ biến và các cảm biến công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì các tiêu chuẩn khắt khe. Dưới đây là các loại cảm biến thường được sử dụng trong phòng sạch:

1. Cảm biến áp suất, cảm biến chênh áp – Pressure Sensors

Trong phòng sạch, áp suất là yếu tố quyết định đến sự đảm bảo tiêu chuẩn. Vì thế, cảm biến áp suất hoặc chênh áp là thiết bị theo dõi quan trọng, giúp người điều hành kịp thời phát hiện và khắc phục các vấn đề. Ngoài ra, áp suất cần được theo dõi ở các van tiết lưu, van gió, HVAC để đảm bảo công năng sử dụng.

2. Cảm biến nhiệt độ – Temperature Sensors

Cảm biến nhiệt giúp theo dõi và cảnh báo các vấn đề liên quan đến nhiệt độ. Chúng thường được gắn ở các vị trí khác nhau trong phòng sạch như đầu ống gió cấp, các cao độ khác nhau để theo dõi chênh nhiệt, ống gió hồi… Vấn đề nhiệt độ ảnh hưởng đến môi trường và mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống. Cảm biến nhiệt độ thường dựa trên nguyên lý tính toán mức điện trở của kim loại thay đổi theo nhiệt độ.

3. Cảm biến hồng ngoại, Cảm biến PIR (Infrared Sensors)

Cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, hay “mắt thần,” thường giúp tự động hóa các cánh cửa, cửa khẩu ra vào, hoặc phát hiện chuyển động trong các quá trình tự động khác như bật/tắt đèn, quạt.

Cảm biến PIR (Passive InfraRed Sensor) hoạt động dựa trên nguyên lý mọi nguồn nhiệt đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Thông qua ống kính Fresnel, bộ phận cảm biến nhiệt điện sẽ khuếch đại các tín hiệu trong phạm vi và so sánh liên tục. Khi có một vật nóng đi ngang qua, tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để gửi đi tín hiệu.

4. Cảm biến độ ẩm – Humidity Sensors

Là dòng cảm biến dùng để đo độ ẩm không khí trong môi trường phòng sạch. Cảm biến đo độ ẩm được ứng dụng và có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất điện tử và dược phẩm. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý chung của cảm biến điện dung hoặc điện trở.

Tại các khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam, độ ẩm thường lớn hơn 60% (RH – Độ ẩm tương đối). Trong khi đó, độ ẩm thích hợp cho sản xuất linh kiện điện tử là 30 – 50% (RH). Độ ẩm có vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm trong lĩnh vực điện tử và dược phẩm.

5. Cảm biến báo cháy – Flame Sensor

Cảm biến báo cháy trong công nghiệp thường được tích hợp vào hệ thống phòng cháy chữa cháy tự động. Thông qua cảm biến này, hệ thống có thể kích hoạt còi báo động, hệ thống phun nước, chữa cháy tự động.

Theo quy định, các công trình công nghiệp hiện nay cần phải bố trí các hệ thống và có phương án PCCC. Phòng sạch là một trong số đó, nên việc sử dụng các cảm biến phát hiện/báo cháy là rất cần thiết. Cảm biến báo cháy hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện khói ion hóa hoặc báo khói quang điện.

6. Cảm biến ánh sáng dùng cho hệ thống đèn

Cảm biến ánh sáng là các thiết bị quang điện chuyển đổi năng lượng ánh sáng (Photon – Có thể là ánh sáng nhìn thấy được hoặc tia hồng ngoại) thành tín hiệu điện (electron).

Cảm biến ánh sáng có khả năng nhận biết các biến đổi của môi trường thông qua mắt cảm biến để nhanh chóng điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp. Cảm biến này nhận biết ánh sáng và điều chỉnh thay đổi dựa trên các điốt quang học. Với thiết kế nhỏ gọn, hiện đại và thông minh, việc lắp đặt vô cùng đơn giản. Vì vậy, thiết bị cảm biến ánh sáng được sử dụng nhiều ở nhiều nơi như hành lang, lối vào, cầu thang bộ, trong các nhà máy, nhà xưởng sản xuất.

IV. Các thông số thường gặp khi sử dụng cảm biến

Khi sử dụng thiết bị cảm biến, cần đọc hiểu các thông số thể hiện đặc tính kỹ thuật và khả năng phù hợp. Dưới đây là một số chỉ số quan trọng:

Thông số	Ý nghĩa
Accuracy – Độ chính xác	Mức độ sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực.
Calibration – Hiệu chuẩn	Quá trình điều chỉnh cảm biến để đảm bảo kết quả đo chính xác theo tiêu chuẩn.
Digital Output – Đầu ra số	Tín hiệu đầu ra dạng nhị phân (0 hoặc 1) hoặc dữ liệu số qua giao thức truyền thông (I2C, SPI, UART).
Drift – Độ trôi	Sự thay đổi của đầu ra theo thời gian dù đại lượng đo không thay đổi.
Input – Đầu vào	Đại lượng vật lý hoặc tín hiệu đưa vào cảm biến để đo lường (nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, dòng điện).
Input Range – Dải đầu vào	Khoảng giá trị mà cảm biến có thể đo chính xác.
Noise – Nhiễu	Tín hiệu không mong muốn làm giảm độ chính xác hoặc gây sai lệch kết quả đo.
Operating Range – Dải hoạt động	Khoảng điều kiện môi trường mà cảm biến hoạt động ổn định (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất…).
Output – Đầu ra	Tín hiệu hoặc dữ liệu cung cấp bởi cảm biến (tương tự – analog hoặc số – digital).
Repeatability – Độ lặp lại	Khả năng cho kết quả giống nhau khi đo lặp đi lặp lại trong cùng một điều kiện.
Resolution – Độ phân giải	Khả năng phát hiện và phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của đại lượng đo.
Response Time – Thời gian phản hồi	Thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đến khi cảm biến cung cấp tín hiệu đầu ra.
Sensitivity – Độ nhạy	Tỷ lệ thay đổi của đầu ra cảm biến so với sự thay đổi của đại lượng đo.
Tolerance – Độ dung sai	Giới hạn sai số cho phép giữa giá trị đo và giá trị thực.
4-20 mA Signal – Tín hiệu 4-20 mA	Dạng tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn, thường dùng trong công nghiệp để biểu thị giá trị đo từ 0% đến 100%.

Kết luận

Trên đây là những thông tin cơ bản về sensor là gì và các loại cảm biến thường được sử dụng trong công nghiệp. Đa số các thiết bị này đều được sử dụng để hỗ trợ và kiểm soát môi trường trong phòng sạch. Hy vọng những thông tin trên hữu ích với bạn đọc. Cảm ơn đã theo dõi.

Nguồn: https://mncatlinhdd.edu.vn/ Tác giả: Nguyễn Lân dũng