Cảm Biến Hành Trình Xi Lanh – Thủy Lực

Cảm biến hành trình được sử dụng để đo hành trình di chuyển của các trục khủy, cánh tay đòn, trục cam, xi lanh khí nén, xi lanh thủy lực, piston, ổ trục … với độ chính xác cao nhằm theo dõi quá trình di chuyển hành trình của các máy móc một cách hoàn hảo.

Nói cách khác đây chính là cảm biến đo khoảng cách di chuyển của các xi lanh dùng cho khí nén, thủy lực. Thông qua tín hiệu ngõ ra dạng biến trở và analog 4-20mA trực tiếp chúng ta dễ dàng kiểm soát được hành trình di chuyển của trục khủy thông qua PLC hay các bộ điều khiển.

Cảm biến hành trình là gì?

Cảm biến hành trình được biết đến với tên gọi khác cảm biến vị trí với tên tiếng anh đầy đủ là Linear Variable Differential Transformer (LVDT).

Đây là một thiết bị được sinh ra để đo hành trình di chuyển của các thiết bị di chuyển liên tục. Mục đích để đo hành trình di chuyển của các ống si lanh, piston, trục khủy.

Nhờ có cảm biến hành trình mà việc theo dõi các quá trình hoạt động của các máy móc trở nên đơn giản và chính xác hơn rất nhiều so với trước đây.

Nguyên lý hoạt động cảm biến hành trình

Cảm biến hành trình có nguyên lý hoạt động khá đơn giản với thiết kế toàn toàn giống như một xi lanh thông thường nhưng lại có tín hiệu ra. Mình sẽ không nói sâu về  cấu tạo mà chỉ nói về cách thức hoạt động để cho các bạn dễ hiểu.

Cảm biến sẽ được cố định một đầu và đầu còn lại di chuyển sẽ được kết nối vào hành trình di chuyển của thiết bị cần theo dõi. Khi hành trình đi lên hoặc xuống sẽ kéo theo thanh xi lanh đi kèm theo. Bên trong cảm biến hành trình sẽ có một nam châm, nam châm này sẽ làm thay đổi giá trị điện điện trở tương ứng với độ dài của hành trình cảm biến.

Dể hiểu hơn tôi sẽ minh họa thực tế hơn. Nếu tôi có xi lanh dài 200m có điện trở thay đổi max là  5 Ohm thì khi tại điểm Zero tức là chưa di chuyển thì giá trị điện trở sẽ xuất ra là 0 Ohm, khi hành trình xi lanh thay đổi giá trị biến trở sẽ tăng dần tới max 5 kOhm tương ứng 200mm.

Biến trở sẽ thay đổi liên tục, tuyến tính trên hành trình di chuyển của mình. Chính vì điều này mà cảm biến hành trình còn được gọi là xi lanh tuyến tính hay xi lanh vị trí.

Tín hiệu ngõ ra cảm biến xi lanh

Điều mà anh em kỹ thuật quan tâm nhất khi dùng các cảm biến đo lường là độ chính xác và tín hiệu ngõ ra. Hai loại tín hiệu ngõ ra phổ biến nhất là tín hiệu analog 0-10V và 4-20mA. Tuy nhiên với cảm biến hành trình thì có tới 3 loại tín hiệu ngõ ra : biến trở, 0-10V và 4-20mA.

Các loại cảm biến có ngõ ra biến trở thường được sử dụng nhiều hơn với sự thay đổi giá trị điện trở ngõ ra khi hành trình xi lanh cảm biến thay đổi. Các bộ đọc tín hiệu, bộ điều khiển, PLC cần phải đọc được các giá trị biến trở này để xử lý hoặc dùng phương pháp chiết áp bằng cách cấp nguồn vào cảm biến và lấy tín hiệu ngõ ra 0-10V.

Với cách làm này chúng ta vẫn lấy ra được tín hiệu analog 0-10V vào PLC nhưng giá trị thay đổi không chính xác, ổn định. Đối với các mô hình demo hay để test thiết bị các bạn có thể dùng cách này cho tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, khi làm thực tế để ứng dụng các máy móc thì đây là điều sai lầm & làm tốn nhiều thời gian mà không biết tại sao nó truyền tín hiệu ra không chính xác. Cách xử lý triệt để vấn đề này chính là dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu biến trở sang 4-20mA hoặc 0-10V.

Tín hiệu analog 0-10V hay 4-20mA tích hợp sẽ thuận tiện hơn rất nhiều so với tín hiệu ngõ ra biến trở bởi nó phổ biến cho các modul giao tiếp của các hãng PLC cũng như các bộ điều khiển. Việc tích hợp tín hiệu ngõ ra 4-20mA hay 0-10V cho chúng ta sự thuận tiện khi giao tiếp nhưng lại làm tăng giá thành thiết bị. Chúng ta cần cân đối chi phí cũng như thuận tiện để có sự tối ưu nhất về giải pháp và lợi nhuận.

Giải pháp truyền tín hiệu trực tiếp 4-20mA về PLC để giám sát và điều khiển khá đơn giản trong việc lắp đặt & không cần cài đặt gì. Tuy nhiên, phương pháp này lại có chi phí khá đắc đỏ so với việc cảm biến hành trình cho ra tín hiệu biến trở. Tất nhiên, cái gì tiện lợi thì sẽ có giá thành mắc hơn so với loại tiêu chuẩn.

Theo mình thì mình sẽ tự chọn phương án nào tối ưu nhất theo chi phí tài chính và khả năng kết hợp các thiết bị của mình lại với nhau. Khi chọn sản phẩm mọi người nên cân đối để có lựa chọn hợp lý nhất.

Cảm biến hành trình xi lanh

Cảm biến xi lanh được thiết kế với đúng tên gọi của nó về ngoại hình. Nhìn bên ngoài nó hoàn toàn giống với một xi lanh nhưng lại có thêm tín hiệu ngõ ra dạng dạng analog 4-20mA. Nó được gọi là một cảm biến xi lanh vì chỉ chịu lực tại đầu cảm biến khi bị tác động vào. Các cảm biến loại nàỳ không chịu được các rung động mạnh tác động từ bên ngoài như rung động mạnh, lắc ngang, lực xoắn … vì thế nó chỉ phù hợp cho các hành trình tịnh tiến dọc hoặc ngang.

Loại cảm biến hành trình xi lanh này được lắp dọc hoặc ngang theo các trục của xi lanh khí nén, thủy lực hoặc các cánh tay đòn nâng hạ xếp dỡ hàng hóa. Các chuyển động không quá nhanh cũng như không có rung động mạnh phù hợp cho các loại cảm biến hành trình xi lanh hoạt động.

Trường hợp các máy chấn, máy dập có độ rung động mạnh thì chúng ta cần dùng tới một loại cảm biến khác đó chính là cảm biến hành trình xi lanh thủy lực.

Cảm biến thủy lực

Cảm biến thủy lực được lắp đặt bên trong các ống thủy lực nên mọi người sẽ rất khó nhận biết trên các xe cẩu, máy xúc hoặc máy chấn của mình có sử dụng loại cảm biến này hay không. Cảm biến thủy lực được lắp đặt khi chế tạo máy nhằm đo hành trình di chuyển của các cánh tay thủy lực & hiển thị trên màn hình điều khiển để người vận hành biết được giới hạn của từng bộ phận.

Cảm biến thủy lực có hai loại : cảnh báo hết hành trình hoặc đo nguyên hành trình của piston thủy lực. Nguyên lý hoạt động của cảm biến thủy lực cũng khá đơn giản với một thanh dài nằm bên trong piston thủy lực và một nam châm được bắt cố định vào vị trí di chuyển của piston.

Khi piston di chuyển thì cục nam châm này di chuyển theo từ đó xác định được vị trí của piston thủy lực di chuyển được bao nhiêu milimet.

Dù là một thiết bị ít người biết tới nhưng cảm biến thủy lực được sử dụng rất phổ biến trong các máy chấn, máy ép thủy lực, máy ép nhựa, máy CNC và các loại xe cơ giới trong ngành công nghiệp nặng.

Trong bài viết này mình khái quát các loại cảm biến xi lanh, cảm biến thủy lực được dùng trong công nghiệp. Mặc dù không nói chi tiết nguyên lý, cấu tạo, cách hoạt động của từng thiết bị nhưng với chia sẻ đơn giản, dễ hiểu. Tôi mong rằng sẽ giúp ích cho các bạn chưa có một ấn tượng hay hiểu biết về loại cảm biến này.

Tất nhiên bài viết sẽ có nhiều sai sót, rất mong nhận được phản hồi của các bạn để có các bài chia sẻ khác có nhiều thông tin hữu ích hơn.

Chúc các bạn thành công !

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Mobi : 0978.79.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn