Danh mục: Cảm Biến Siêu Âm

Các loại cảm biến siêu âm công nghiệp được sử dụng để đo mức nước, đo khoảng cách, phát hiện vật cản với thiết kế đơn giản – nhỏ gọn – dể lắp đặt. Cảm biến siêu âm đo mức nước là một trong những ứng dụng được sử dụng phổ biến nhất với các ưu điểm vượt trội so với các phương pháp đo mức nước khác. Chúng ta cùng tìm hiểu về cảm biến siêu âm là gì nhé.

Cảm biến siêu âm là gì ? 

Cảm biến siêu âm đo mức hoạt động dựa vào nguyên tắc phát và thu sóng âm. Cảm biến siêu âm sẽ tính thời gian kể từ phát sóng ra cho tới khi nhận lại sóng phản xạ. Khoảng cách càng xa thì thời gian càng lâu. Cảm biến siêu âm phát ra một tần số lớn 20.000Hz vượt qua ngưỡng nghe của con người.

Dù có thể cảm nhận được nhưng chúng ta không thể nghe được tần số phát ra của cảm biến siêu âm. Khi sóng phát ra và chạm vào chất rắn / chất lỏng đôi khi chúng ta nghe được âm thanh “tách “, “tách “tách , “tách “ của sóng âm.

Cấu tạo cảm biến siêu âm

Bất kỳ một cảm biến siêu âm nào cũng được cấu tạo gồm 3 phần chính : cảm biến thu – phát sóng siêu âm, bo mạch xử lý tín hiệu, thân cảm biến.

Sensor Cảm biến thu – phát sóng siêu

Bộ phận cảm biến phát & thu sóng âm khá nhạy cảm với các tác động bên ngoài & được bảo vệ bởi một lớp PVDF có khả năng chống chịu được các loại hoá chất không tiếp xúc trực tiếp. Đầu cảm biến siêu âm đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của cảm biến.

Thân cảm biến siêu âm ( housing )

Đây là lớp vỏ bên ngoài cũng như lớp áo của con người vậy. Thân cảm biến ngoài chức năng thẩm mỹ cho thiết bị đo siêu âm còn được dùng để bảo vệ bo mạch xử lý tín hiệu bên trong.

Bo mạch cảm biến siêu âm

Bo mạch của cảm biến siêu âm là một thành phần không thể thiếu đóng vai trò đầu não của thiết bị. Việc hiệu chỉnh thiết bị và xuất tín hiệu ngõ ra đều nằm trên boi mạch này. Với thiết kế nguyên khối người sử dụng thường không thấy các thành phần bên trong của cảm biến.

Nguyên lý cảm biến siêu âm

Bất kỳ một cảm biến siêu âm công nghiệp nào cũng hoạt động dựa vào nguyên lý phát sóng và thu sóng. Cảm biến sẽ tính toán thời gian tính từ lúc phát sóng cho tới lúc thu sóng để quy đổi thành khoảng cách từ cảm biến cho tới vật cản.

Đối với cảm biến siêu âm phát hiện vật cản thì cũng hoạt động tương tự như cảm biến siêu âm đo khoảng cách. Nhưng tín hiệu ngõ ra sẽ là tín hiệu dạng Digital thay vì tín hiệu analog 4-20mA / 0-10V.

Vùng mù của cảm biến siêu âm – Dead Zone

Một trong những nhược điểm của cảm biến siêu âm chính là có một vùng mù trong khoảng cách đo của cảm biến. Vùng mù này nằm gần với sensor của cảm biến siêu âm. Khoảng cách đo càng lớn thì vùng mù càng dài.

Vùng mù của cảm biến siêu âm được gọi là Dead Zone. Với cảm biến ULM-70N-02 có khoảng cách đo 0.15-2m. Điểm mù của cảm biến là 0.15m ~150cm. Chính vì thế cảm biến siêu âm sẽ không bao giờ đo khoảng cách từ 0-2m.

Tham khảo điểm mù của cảm biến siêu âm qua các dải đo khác nhau :

• ULM-70-02 : 0.15 … 2 m
• ULM-70-06 : 0.25 … 6 m
• ULM-70-10 : 0.4 … 10 m
• ULM-70-20 : 0.5 … 20 m

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm

Tất cả các loại cảm biến đều có ưu và nhược điểm riêng của nó. Cảm biến siêu âm cũng không ngoại lệ. Chúng ta cùng tìm hiểu cảm biến siêu âm đo mức có ưu nhược điểm gì nhé.

Ưu điểm của cảm biến siêu âm

• Cảm biến siêu âm đo không có bộ phận chuyển động nên không cần tiếp xúc với vật cần đo
• Thiết kế nhỏ gọn nhất so với các loại cảm biến đo mức khác
• Hoạt động đáng tin cậy dù lắp trong hay ngoài trời
• Không bị ảnh hưởng bởi tác động của môi trường hay các loại môi chất khác nhau
• Khả năng tự làm sạch bề mặt sensor vì cảm biến có những rung động nhất định khi phát sóng ra.
• Kết quả đo chính xác với sai số 0.15%
• Tín hiệu truyền về & hiển thị ngay tức khắc

Với một cảm biến siêu âm thay thế hoàn toàn công việc đo mức của một công nhân với độ tin cậy cao hơn rất nhiều. Kết quả đưa về ngay lập tức gần như không có thời gian trể bởi cảm biến hoạt động 24/24h.

Nhược điểm của cảm biến siêu âm

• Giá khá đắt là một rào cản đối với khách hàng. Ngày nay cảm biến siêu âm ULM-53N và ULM-70N của Dinel – Czech có giá khá thấp được sử dụng để đo mức nước – nước thải.
• Trong một số trường hợp môi trường có thể tác động không tốt làm ảnh hưởng tới quá trình đo : áp suất cao, nhiệt độ cao thì cảm biến siêu âm không hoạt động được.
• Khoảng cách đo ngắn so với các phương pháp đo mức khác. Khoảng cách 20m trở lại được xem là phù hợp dùng cảm biến siêu âm.

Ứng dụng của cảm biến siêu âm

Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm được xem là giải pháp tối ưu nhất về giá, công nghệ, độ chính xác, thời gian đáp ứng, độ tin so với các loại cảm biến khác. Ngoài đo khoảng cách ra cảm biến siêu âm còn được dùng để phát hiện vật cản. Chúng ta cùng xem các ứng dụng được sử dụng nhiều nhất đối với cảm biến siêu âm.

Cảm Biến siêu âm đo mức

Đo mức ở đây chính là đo khoảng cách từ vị trí A tới vị trí B một cách liên tục. Các ứng dụng sử dụng cảm biến siêu âm đo mức giúp thay thế con người thực hiện thao tác thủ công.

Dùng cảm biến siêu âm để đo mức chất rắn và các loại chất lỏng được xem là tối ưu nhất nếu sử dụng bồn chứa không có cánh khuấy hoặc ao hồ với khoảng cách ngắn. Đối với chất rắn thì khoảng cách đo của cảm biến siêu âm bị giảm phân nữa so với thang đo của cảm biến.

Ví dụ :

Cảm biến siêu âm có thang đo 0-10m thì để đo cho chất rắn thì chỉ đo được 0-5m thì mới cho ra kết quả chính xác nhất. Cảm biến vẫn có thể đo với khoảng cách lớn hơn 5m nhưng độ tin cậy không cao.

Chúng ta cần lưu ý các thông số kỹ thuật của cảm biến trước khi lắp đặt và sử dụng. Bởi có tới 90% cảm biến hoạt động không chính xác là do lắp đặt, cài đặt, vận hành không đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.

Cảm biến siêu âm đo mức nước

Đo mức nước sạch chúng ta có khá nhiều lựa chọn : đo mức bằng áp suất, đo mức bằng áp suất thuỷ tĩnh, đo mức nước bằng sóng radar. Trong đó, đo mực nước bằng cảm biến siêu âm được ưu tiên sử dụng do không tiếp xúc nên có thể dùng cho cả nước sạch và nước thải.

Các sóng âm sẽ được phát ra và phản xạ trong tank chứa nước. Các sóng âm màu đỏ chinh là sóng phản hồi. Cảm biến phải nhận biết và khử các sóng phản xạ không đúng để đưa ra kết quả chính xác nhất.

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản

Một trong những ứng dụng sử dụng cảm biến siêu âm khá nhiều chính là dùng để phát hiện vật cản. Cách thức hoạt động tương tự như loại đo mức nước liên tục nhưng tín hiệu xuất ra dạng Relay PNP.

Thời gian đáp ứng nhanh chính là ưu điểm của cảm biến siêu âm phát hiện vật cản. Trong một khoảng đo nhất định cảm biến sẽ nhận diện được có vật cản hay không. Ưu điểm không phát ra âm thanh & ánh sáng thuận tiện lắp đặt trong các nhà máy sản xuất.

Các loại cảm biến siêu âm

Có khá nhiều loại cảm biến siêu âm khác cho nhau cho từng ứng dụng cụ thể. Chúng ta cùng xem các loại cảm biến siêu âm được dùng nhiều nhất trên thế giới.

Cảm biến tiệm cận siêu âm

Cảm biến tiệm cận siêu âm được dùng để đo khoảng cách ngắn giúp phát hiện các khuyết tật của sản phẩm. Các máy đóng chai, bao bì sử dụng cảm biến tiệm cận dạng siêu âm thay thế cho các cảm biến tiệm cận truyền thống.

Cảm biến siêu âm công nghiệp không hiển thị

Bạn đang tìm một con cảm biến đo mức nước dạng siêu âm có giá rẻ thì cảm biến siêu âm công nghiệp không hiển thị là một sự lựa chọn cần được tham khảo. Chức năng, độ chính xác, thời gian đáp ứng gần như không thua kém so với các loại cảm biến siêu âm khác.

Tất nhiên, đây là một phiên bản rút gọn nhằm tối ưu giá thành nên việc cài đặt khó khắn hơn so với loại có màn hình hiển thị tích hợp ngay trên cảm biến.

Các dải đo của cảm biến siêu âm công nghiệp không hiển thị khá rộng :

• ULM-53-02 : 0.15 … 2 m
• ULM-53-06 : 0.25 … 6 m
• ULM-53-10 : 0.4 … 10 m
• ULM-53-20 : 0.5 … 20 m

Tín hiệu ngõ ra dạng 4-20mA hoặc 0-10V. Tiêu chuẩn cảm biến siêu âm ULM-53N là dạng Analog 4-20mA. Tại sao dùng tín hiệu 4-20mA ? các bạn tự tìm hiểu thêm nhé tại : tín hiệu 4-20mA.

Thân cảm biến được làm bằng nhựa PVDF có khả năng chống va đập tốt & tất nhiên cũng có khả năng chống nước. Tuy nhiên, Đầu cảm biến lại khá nhạy cảm với các tác động từ bên ngoài vào.

Ưu điểm cảm biến siêu âm ULM-53N

• Giá thành khá là cạnh tranh so với các loại khác
• Thiết kế quá nhỏ gọn so với ULM-70N
• Chống nước
• Chống va đập tốt
• Có tiêu chuẩn chống cháy nổ Ayex cho môi trường Gas / dầu / Dust

Nhược điểm cảm biến siêu âm ULM-53N

• Cài đặt khó hơn so với loại có màn hình
• Chi có duy nhất một nhà phân phối tại Việt Nam

Cảm biến siêu âm công nghiệp có hiển thị

Một trong những thiết bị dể cài đặt nhất trong cảm biến mực nước chính là cảm biến siêu âm có hiển thị. Màn hình hiển thị LCD cho phép tuỳ chọn khoảng cách đo tuỳ ý mà không cần mẫu thử. Tất cả được nhập bằng tay vào màn hình của cảm biến.

Màn hình vừa có chức năng cài đặt, vừa có chức năng hiển thị mức nước hoặc tín hiệu ngõ ra dạng 4-20mA / 0-10V.

Khác với cảm biến siêu âm ULM-53N được thiết kế bằng nhựa thì thân cảm biến siêu âm ULM-70N được thiết kế bằng Nhôm nguyên khối & được phủ lớp sơn chống chịu được thời tiết thay đổi liên tục mưa – nắng của Châu Á.

Cảm biến siêu âm ULM-70N là một sự lựa chọn hoàn hảo nếu :

• Giá thành không phải là vấn về quá lơn
• Bồn chứa không có cánh khuấy
• Nhiệt độ không quá cao hơn 80oC
• Bồn chứa hở – không có áp suất

Ưu điểm cảm biến siêu âm ULM-70N

• Đáp ứng cực nhanh
• Độ chính xác cao
• Cài đặt quá đơn giản
• Hiển thị mức nước, quy đổi khối lượng – thể tích ngay trên thiết bị

Nhược điểm của cảm biến siêu âm ULM-70N

• Giá cao hơn so với các loại không hiển thị
• Chỉ có thể mua được giá tốt nhất & chính hãng tại công ty Hưng Phát

Cảm biến siêu âm đo mức nước gần như đáp ứng hầu hết các yêu cầu về giám sát mức nước và truyền tín hiệu về hiển thị – điều khiển. Ngoài ra còn khá nhiều phương pháp đo mức nước khác.

Hãy liên hệ với chúng tôi nếu bạn cần một giải pháp tối ưu về đo mức nước.

Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hoà