Nguyên Lý Cảm Biến Siêu Âm | Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi để đo mức nước trong công nghiệp. Có bao giờ bạn tự hỏi nguyên lý cảm biến siêu âm đo mức nước hoạt động như thế nào ? Làm thế nào cảm biến siêu âm có thể đo mực nước một cách chính xác. Trong bài viết này tôi sẽ chia sẻ cho bạn cách mà các cảm biến siêu âm công nghiệp đang hoạt động. Cùng tìm hiểu nhé.

Nguyên lý cảm biến siêu âm

Các cảm biến siêu âm đều hoạt động chung cùng một nguyên lý. Quá trình đó xảy ra gồm 3 bước :

Bước 1 : cảm biến siêu âm sẽ phát ra một chùm sóng tần số khác nhau. Các chùm sóng này sẽ bay vào không trung, khi nào gặp vật cản thì các sóng âm này bị phản hồi lại.

Bước 2 : cảm biến siêu âm sẽ nhận lại các sóng âm phản hồi này. Đồng thời sẽ tính thời gian từ lúc phát ra cho tới lúc nhận.

Bước 3 : thông qua các thuật toán xử lý. Cảm biến siêu âm sẽ quy đổi thời gian từ lúc phát ra cho tới lúc nhận để tính được khoảng cách từ cảm biến cho tới vật cản.

Như vậy, khoảng cách đo càng lớn thì thời gian phản hồi càng chậm và ngược lại. Chúng ta đừng lo lắng về tốc độ xử lý của cảm biến bởi các sóng âm này được bắn ra với tốc độ âm thanh. Chính vì thế nó mới có tên gọi là cảm biến siêu âm.

Vùng mù của cảm biến siêu âm

Vùng mù của cảm biến là một điểm gần nhất mà cảm biến không thể đo được tính từ đầu cảm biến. Cảm biến siêu âm có khoảng cách đo càng lớn thì vùng mù càng lớn và ngược lại.

Với cảm biến siêu âm ULM-53N sẽ có các vùng mù như sau :

• Khoảng cách đo là 1m thì vùng mù là 1m
• Khoảng cách đo là 2m thì vùng mù là 2m
• Khoảng cách đo là 6m thì vùng mù là 2m
• Khoảng cách đo là 10m thì vùng mù là 4m
• Khoảng cách đo là 20m thì vùng mù là 5m

Vùng mù của cảm biến siêu âm được xem là điểm cao nhất trong đo mức tương ứng với tín hiệu 4-20mA để báo đầy. Thông thường khi thiết kế người ta luôn chừa một khoảng không lớn hơn chất lỏng trong bình chứa khá nhiều nên điểm mù của cảm biến không ảnh hưởng gì tới quá trình đo mức nước.

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm

Nếu như bạn đã biết nguyên lý cảm biến siêu âm mà lại không biết được ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm là một thiếu sót. Bất kỳ một cảm biến đo mức nước nào cũng có ưu nhược điểm riêng của nó. Tất nhiên cảm biến siêu âm cũng không ngoại lệ. Dựa vào các nhược điểm chúng ta biết được các mặt hạn chế, mức giới hạn của cảm biến để sử dụng cho hiệu quả.

Ưu điểm :

• Đo không tiếp xúc
• Giá thành rẻ
• Dễ cài đặt
• Lắp đặt đơn giản
• Kết hợp dễ dàng với nhiều bộ hiển thị mức 4-20mA nước khác nhau
• Đo được hầu hết các loại chất lỏng, hoá chất
• Thời gian đáp ứng cực nhanh
• Độ chính xác cao với sai số 0.15%

Nhược điểm :

• Không đo được khoảng cách lớn hơn 20m
• Không chịu được nhiệt độ cao quá 80oC
• Không dùng được điều kiện áp suất cao quá 1 bar
• Bồn chứa có cánh khuấy sẽ làm cảm biến bị báo sai hiểu nhầm là mức nước

Các loại cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được dùng trong y tế, đo lường, phát hiện vật cản và nhiều ứng dụng khác. Trong đó, cảm biến siêu âm công nghiệp và cảm biến tiến tiệm cận siêu âm được dùng phổ biến nhất. Chúng ta cùng tìm hiểu các loại các loại cảm biến siêu âm.

Cảm biến tiệm cận siêu âm

Cảm biến tiệm cận siêu âm là cảm biến có thiết kế nhỏ gọn như một cảm biến tiệm cận thường gặp. Các cảm biến tiệm cận thường có khoảng cách đo khá ngắn do giới hạn vật lý của cảm biến tiệm cận. Cảm biến tiệm cận siêu âm ra đời giải quyết các vấn đề về khoảng cách đo nhưng lại có thiết kế nhỏ gọn như cảm biến tiệm cận.

Cảm biến tiệm cận siêu âm sẽ được thiết kế để phát hiện vật cản hoặc đo mức nước trong khoảng cách ngắn. Chùm tia phát ra từ cảm biến tiệm cận rất lớn nên không phù hợp dùng cho đo mức nước trong bồn chứa. Chính vì thế mà cảm biến siêu âm công nghiệp là một sự lựa chọn khi đo mức nước bồn hay đo mức nước sông, ao, hồ.

Cảm biến siêu âm công nghiệp

Cảm biến siêu âm ULM-53N được xem là loại cảm biến siêu âm công nghiệp giá rẻ và có độ chính xác cao nhất được dùng để đo mức nước trong bể, trong hồ, và trong bồn chứa nước.

Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm ULM-53N :

• Khoảng cách đo : 0.1-1m, 0.2-2m, 0.2-6m, 0.4-10m, 0.5-20m
• Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA, 0-10V, modbus RTU RS485
• Nguồn cấp : 18…36vdc
• Sai số : 0.15 … 0.3%
• Góc bắn sóng 10-12 độ
• Nhiệt độ là việc : -30…70oC
• Thời gian phản hồi : 0.5…5s tuy theo model
• Áp suất làm việc : max 1 bar
• Tiêu chuẩn IP67 , option IP68
• Version : Atex II 1/2G Ex is IIB T5 in Zone 0 – 1 – 2
• Kết nối ren hoặc mặt bích ( 0.5-20m )
• Cài đặt bằng nút nhấn hoặc bút cảm ứng từ đi kèm

Ứng dụng cảm biến siêu âm công nghiệp

• Đo lưu lượng kênh hở
• Đo mức nước hồ chứa nước
• Đo thể tích trong bồn chứa

Cảm biến siêu âm ULM-53N sẽ được kết hợp với bộ hiển thị mức nước PCU-100 thông qua giao thức 4-20mA HART. Màn hình hiển thị được các đơn vị : phần trăm ( % ), mét ( m ), milimet ( mm ), centimet ( cm ), decimet ( dm ), lít ( l ), mét khối ( m3 ), …

Việc kết hợp với SIM 4G từ PCU-100 với phần mềm scadar online giúp chúng ta kiểm tra trực tuyến thông số cảm biến siêu âm đo được. Từ phần mềm của Dinel chúng ta dể dàng giám sát mức nước thông qua mạng internet để kiểm tra mức nước thực tế của cảm biến.

Tôi hy vọng rằng, với bài viết chia sẻ nguyên lý cảm biến siêu âm các bạn sẽ biết được cách thức cảm biến siêu âm hoạt động. Không chỉ dừng lại tại hiểu nguyên lý mà chúng ta còn biết được vùng mù của cảm biến quan trọng như thế nào. Ứng dụng các loại cảm biến siêu âm đo mức nước trong công nghiệp.

Nếu như bạn đang phân vân tìm một giải pháp đo lường hiệu quả. Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn các giải pháp đo lường phù hợp nhất với điều kiện đo của bạn. Sự hài lòng của khách hàng chính là thành công của chúng tôi.

Kỹ sư Cơ Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0978.79.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn