Cảm biến đo mức siêu âm là gì ? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến siêu âm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó như thế nào? Khi nào nên sử dụng cảm biến siêu âm? Bạn đang tìm hiểu về cảm biến siêu âm và các ứng dụng của nó thì bài viết này tôi xin chia sẻ chi tiết nhất về cảm biến siêu âm. Cùng theo dõi nhé!

Bạn đang xem: Cảm biến đo mức siêu âm là gì ? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến đo mức siêu âm là gì?

Cảm biến đo mức siêu âm (hay cảm biến đo mức dạng sóng siêu âm) là thiết bị công nghiệp dùng để đo mức các dạng chất lỏng, nước, axit, hổn hợp nước khác, v.v. trong các nhà máy, xí nghiệp đòi hỏi có độ chính xác cao và thời gian sử dụng lâu dài. Vì đây là dòng cảm biến cao cấp nên giá thành sẽ khá cao, nhưng bên cạnh đó đó chúng ta sở hữu một thiết bị khá hiện đại là hữu ích vì nó có thể hoạt động tốt trong các môi trường đo mức khác nhau.

Ứng dụng thực tế của cảm biến đo mức dạng siêu âm

• Các ứng dụng phổ biến của loại cảm biến này trên thị trường hiện nay phải kể đến như:
• Dùng để đo mức các bể chứa nước ngầm và bể chứa nước trên cao.
• Dùng trong các bể chứa nước trong các trạm cung cấp nước như nhà máy nước.
• Dùng để đo mức trong bồn chứa dầu và xăng.
• Dùng để đo mức trong các bể chứa hóa chất như axit, bazơ, nước muối….
• Dùng để đo các loại thực phẩm dạng lỏng như nước chấm, nước giải khát, sữa, dầu ăn,…

Ngoài ra còn khá nhiều ứng dụng khác nữa, các bạn có thể liên hệ mình trước để được tư vấn xem loại thiết bị này có thể phục vụ được cho môi trường các bạn cần đo hay không trước khi chọn mua.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức dạng siêu âm

Cảm biến siêu âm sẽ hoạt động theo phương pháp thu và phát sóng điện từ. Trong quá trình làm việc cảm biến sẽ phát ra sóng liên tục với từng số mặc định khác nhau ở mỗi hãng (đối với hãng Hawk là tần số phát là 50Khz). Sau đó sóng sẽ lan truyền và gặp bề mặt chất lỏng, cụ thể ở đây là nước hay axit chẳng hạn. Tiếp đến sẽ có một sóng phản xạ đi ngược lại cảm biến. Cảm biến thu nhận sóng phản xạ, bộ phận transmitter của cảm biến có thể tính được quãng sóng đã đi được thông qua thời gian phát và thu sóng và vận tốc truyền của sóng điện từ là 3.10ˆ8m/s . Cuối cùng cảm biến quy đổi khoảng cách sang tín hiệu điện dạng 4-20mA và 0-10v. Tuyến tính với khoảng cách đã đo được.

Cảm biến đo mức siêu âm của Hawk

Các bạn có thể tham khảo một số thông số cơ bản của cảm biến siêu âm như sau:

• Model: sản phẩm có mã là MWB1A
• Xuất xứ: được sản xuất bởi hãng Hawk – USA (được sản xuất tại Australia)
• Dãy đo: có thể tùy chọn 0-1m, 0-2m, 0-3m, 0-4m, 0-5m, 0-6m, 0-7m, 0-8m, 0-9m, 0-10m, 0-12m…40m
• Đo được các chất lỏng như: nước, nước thải, dầu, nhớt,…
• Vị trí lắp: trên đỉnh của tank, silo, hoặc điểm cao nhất của nơi cần đo.
• Ngõ ra (Output): Có thể tùy chọn ngõ ra 4-20mA / 20-4mA / 4-20mA Hart.
• Sai số: chỉ 0.25%
• Độ phân giải: 1mm
• Tần số phát: cảm biến hoạt động với tần số phát là 50Khz
• Nhiệt độ làm việc: cảm biến có khả năng chịu nhiệt trong khoảng-40÷60°C
• Áp suất làm việc: mức áp suất mà cảm biến áp suất có thể chịu được là -0.5÷3bar
• Có màn hình hiển thị ngay trên cảm biến với hai dòng led, giúp dễ dàng cài đặt và hiệu chuẩn dãy đo.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: chống nước và chống bụi IP67.
• Nguồn cấp: 7÷28 VDC
• Độ phân giải của tín hiệu analog: 14 bit
• Thời gian bảo hành: 12 tháng 1 đổi 1 nếu có lỗi từ nhà sản xuất

Các ưu điểm của cảm biến dạng siêu âm:

• Có nhiều dãy đo để chúng ta lựa chọn.
• Có thể hoạt động tốt trong nhiều loại chất lỏng khác nhau.
• Dễ dàng lắp đặt và bảo trì
• Cảm biến đo độ chính xác cao, sai số khá thấp
• Tín hiệu ngõ ra (Output) dạng analog 4-20mA và 0-10v dễ dàng kết nối đến thiết bị điều khiển như PLC hay biến tần.
• Có tích hợp phím nhấn và màn hình để hiệu chuẩn dãy đo theo yêu cầu.
• Cảm biến đo mức siêu âm
• Màn hình hiển thị của cảm biến

Các nhược điểm của cảm biến siêu âm:

Bên cạnh những ưu điểm thì thiết nay cũng có một số nhược điểm sau:

• Giá thành sẽ hơi cao vì đây là thiết bị cao cấp, ứng dụng trong nhiều loại chất lỏng khác nhau
• Cần phải tuân thủ các cách thức lắp đặt để tránh lắp sai dẫn đến sai số và hoạt động không hiệu quả.
• Không hoạt động tốt đối với các chất lỏng thường xuyên chuyển động.

Cảm biến đo mức siêu âm của Orion

Dòng cảm biến siêu âm đến từ hãng Orion cũng thuộc USA và được sản xuất bởi Thổ nhĩ Kì. Đây là dòng cảm biến được bên mình nhập khẩu về trong thời gian gần đây để có thể cung cấp cho thị trường nước mình. Dòng này có ưu điểm hơn cảm biến siêu âm của Hawk là về giá cả sẽ hợp lý hơn rất nhiều, hơn nữa thì dòng này còn có nhiều tính năng tốt hơn mà cảm biến của Hawk không có. Cụ thể thì chúng ta có tùy chọn dãy đo từ 6m trở lên ta có thể đo lường thể tích, tín hiệu ngõ ra có dạng 4-20ma – relay on/off – modbus RS485. Cụ thể như thế nào thì các bạn tham khảo một vài thông số dưới đây nhé.

Cảm biến siêu âm Orion ECH203

Đây là model cảm biến siêu âm cơ bản nhất của hãng Orion, với dòng này chúng ta có thể đo lường các loại chất lỏng với khoảng cách từ 0-3m. Tín hiệu ngõ ra là dạng analog 4-20ma để có thể đấu nối với các loại màn hình hiển thị hay PLC và biến tần. Dòng này chỉ thích hợp với các nhu cầu đo mức mà thôi các bạn nhé, bởi vì chúng không được tích hợp màn hình cài đặt thông số. Bên cạnh đó thì cũng không có tính năng đo lường thể tích cũng như không có tín hiệu relay on/off và modbus RS485. Các bạn tham khảo một vài thông số kỹ thuật dưới đây nhé.

Thông số của cảm biến siêu âm ECH203:

• Model: sản phẩm có mã là ECH203
• Thương hiệu: đến từ hãng Orion – USA
• Sản xuất: được sản xuất tại Turkey (Thổ Nhĩ Kì).
• Dãy đo: cảm biến có dãy đo lớn nhất là 3m có thể đo bất kỳ dãy đo từ 3m trở xuống.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: khả năng kháng bụi và nước đạt IP68
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm
• Mức sai số: sai số tín hiệu là 0,2% trên toàn dãy đo của cảm biến
• Tần số phát: tần số phát của cảm biến là 75Khz
• Nhiệt độ làm việc: thiết bị hoạt động tốt trong khoảng từ -20÷90°C.
• Nguồn cấp: cảm biến dùng nguồn 24VDC
• Ngõ ra (Output): ngõ ra dạng analog 4-20mA có thể truyền đi xa lên đến 400m
• Hệ số cách ly chống nhiễu: cảm biến có khả năng chống nhiễu tín hiệu 4-20mA đạt 2000 VAC. Giúp cách ly tín hiệu tốt trong các môi trường có tác nhân gây nhiễu như motor bơm, biến tần hay động cơ điện
• Khả năng chịu áp: chống chịu được áp suất lên đến 3 Bar.
• Thời gian bảo hành: 12 tháng 1 đổi 1 nếu xảy ra lỗi từ nhà sản xuất
• Kiểu ren của cảm biến là R2″

Cảm biến siêu âm Orion ECH306

Tiếp theo là dòng cảm biến đo mức siêu âm có model là ECH306 đến từ Orion. Với dòng cảm biến này thì chúng ta có thể đo lường các loại chất lỏng công nghiệp trong dãy đo từ 0-6m. Kế từ dòng cảm biến này trở lên thì chúng ta đã có những nâng cấp đáng chú ý như có màn hình tích hợp vào cảm biến để chúng ta có thể dễ dàng quan sát và cài đặt thông số. Bên cạnh đó thì chúng ta còn có các ngõ ra như 4-20ma, relay on/off và còn có cả tín hiệu truyền thông Modbus RS485. Các bạn có thể tham khảo một vài thông số dưới đây nhé.

Thông số của cảm biến siêu âm ECH306

• Model: sản phẩm có mã là ECH306
• Thương hiệu: đến từ hãng Orion – USA
• Sản xuất: được sản xuất tại Turkey (Thổ Nhĩ Kì).
• Ngõ ra (Output): cảm biến có 3 ngõ ra:
• Ngõ ra dạng analog 4-20mA có thể truyền đi xa lên đến 400m
• Ngõ ra tín hiệu Modbus RTU RS485
• Ngõ ra relay ON/OFF.
• Dãy đo: cảm biến có dãy đo lớn nhất là 6m có thể đo bất kỳ dãy đo từ 6m trở xuống.
• Nguồn cấp: cảm biến dùng nguồn 24VDC
• Mức sai số: sai số tín hiệu là 0,2% trên toàn dãy đo của cảm biến
• Tần số phát: tần số phát của cảm biến là 75Khz
• Nhiệt độ làm việc: thiết bị hoạt động tốt trong khoảng từ -20÷90°C.
• Hệ số cách ly chống nhiễu: cảm biến có khả năng chống nhiễu tín hiệu 4-20mA đạt 2000 VAC. Giúp cách ly tín hiệu tốt trong các môi trường có tác nhân gây nhiễu như motor bơm, biến tần hay động cơ điện
• Khả năng chịu áp: chống chịu được áp suất lên đến 3 Bar.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: khả năng kháng bụi và nước đạt IP68
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm
• Thời gian bảo hành: 12 tháng 1 đổi 1 nếu xảy ra lỗi từ nhà sản xuất
• Cảm biến có màn hình hiển thị và cài đặt thông số.
• Kiểu ren của cảm biến là R2″

Cảm biến siêu âm Orion ECH312

Với dòng cảm biến siêu âm ECH312 thì cũng không quá khác biệt so với dòng cảm biến ECH306 đâu các bạn. Điểm khác nhau duy nhất đó là khoảng đo của dòng cảm biến này có thể lên đến 12m chất lỏng đấy. Với các silo hay tank chứa có chiều cao này thì nên dùng các dạng cảm biến siêu âm để đo lường là tối ưu nhất. Và dĩ nhiên thì khi dãy đo cao hơn đồng nghĩa với việc giá thành cũng cao lên chút ít đấy, các bạn có thể chú ý tới điểm này giúp mình nhé. Các bạn tham khảo một vài thông số kỹ thuật cần quan tâm bên dưới.

Thông số của cảm biến siêu âm ECH312:

• Model: sản phẩm có mã là ECH312
• Thương hiệu: đến từ hãng Orion – USA
• Sản xuất: được sản xuất tại Turkey (Thổ Nhĩ Kì).
• Ngõ ra (Output): cảm biến có 3 ngõ ra:
• Ngõ ra dạng analog 4-20mA
• Ngõ ra tín hiệu Modbus RTU RS485
• Ngõ ra relay ON/OFF.
• Dãy đo: cảm biến có dãy đo lớn nhất là 12m có thể đo bất kỳ dãy đo từ 12m trở xuống.
• Nguồn cấp: cảm biến dùng nguồn 24VDC.
• Hệ số cách ly chống nhiễu: cảm biến có khả năng chống nhiễu tín hiệu 4-20mA đạt 2000 VAC.
• Khả năng chịu áp: chống chịu được áp suất lên đến 3 Bar.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: khả năng kháng bụi và nước đạt IP68
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm
• Mức sai số: sai số tín hiệu là 0,2%.
• Tần số phát: tần số phát của cảm biến là 75Khz
• Nhiệt độ làm việc: thiết bị hoạt động tốt trong khoảng từ -20÷90°C.
• Thời gian bảo hành: 12 tháng 1 đổi 1 nếu có phát sinh lỗi từ nhà sản xuất
• Cảm biến có màn hình hiển thị và cài đặt thông số.
• Kiểu ren của cảm biến là R2″

Các lưu ý khi lắp đặt cảm biến đo mức dạng siêu âm

Do cảm biến siêu âm hoạt động theo nguyên lý phản xạ sóng điện từ. Vì vậy, khi lắp đặt chúng ta cần chú ý đến các vấn đề sau.

• Vị trí lắp cảm biến phải ở trên đỉnh của các tank hay Silo cần đo. Thông thường vị trí lắp tối thiểu là 1/3 đường kính của silo.
• Khi lắp nên tránh dòng chảy của chất lỏng vào silo.
• Nếu bồn chứa có cánh khuấy thì khi lắp phải tránh đường đi của sóng, nếu sóng phát ra chạm vào cánh khuấy sẽ đo không chính xác.
• Phần phát sóng của cảm biến phải nằm dưới nắp của bồn chứa hay Silo.
• Nên lắp đặt cảm biến vuông góc với bề mặt chất lỏng để thu và phát sóng chính xác nhất.
• Để cụ thể và dễ hiểu hơn mình sẽ đưa ra một số hình ảnh mô phỏng để các bạn có thể tránh khi lắp đặt.

Và đây là các kiểu lắp đúng giúp cho cảm biến hoạt động tốt và không gây sai số nhiều.

Ứng dụng thực tế của cảm biến đo mức siêu âm

Cảm biến đo mức siêu âm là gì ? Sau đây mình sẽ đưa ra một ví dụ và nó cũng chính là ứng dụng thường thấy trong các nhà máy hiện nay, cụ thể là:

Thông thường trong các nhà máy hay xí nghiệp nếu có một bể chứa nước cở lớn, người ta thường dùng cảm biến siêu âm để đo mức và sau đó truyền tín hiệu từ cảm biến đến PLC hay biến tần thông qua cách đấu dây trực tiếp. Cuối cùng từ PLC sẽ truyền tín hiệu đến công tắc motor bơm để đóng/ngắt khi nước trong bể quá cao hoặc quá thấp. Để dễ hình dung các bạn có thể xem hình minh họa dưới đây

Trong quá trình hoạt động cảm biến sẽ truyền tín hiệu analog 4-20mA về PLC để xử lý, sau đó truyền tín hiệu ON/OFF để chúng ta có thể tự động đóng ngắt motor bơm một cách dễ dàng nhằm tránh gây tràn chất lỏng trong quá trình nạp liệu. Rất tiện lợi và hiệu quả đúng không nào.

Bộ hiển thị mực nước

Khi nào cần dùng đến bộ hiển thị mực nước ? Trong quá trình sử dụng cảm biến siêu âm, nếu các bạn muốn quan sát giá trị đo được từ xa. Ví dụ như chúng ta có khá nhiều cảm biến nằm rãi rác trong nhiều hệ thống hay bể chứa trong nhà máy, kho chứa thì sẽ rất khó khăn trong việc giám sát. Vì màn hình tích hợp trên cảm biến siêu âm chỉ có thể được quan sát ở gần. Chính vì thế lúc này ta cần các bộ hiển thị được kết nối với các cảm biến và được tập hợp lại một khu vực để tiện cho việc quan sát.

Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng hiển thị mực nước với model OBM402UNI được bên mình nhập khẩu chính hãng từ Cộng Hòa Séc, đây là một trong những thị trường sản xuất thiết bị công nghiệp hàng đầu hiện nay. Các bạn có thể tham khảo sơ lược về loại thiết bị này phía bên dưới.

Các thông số của bộ hiển thị mực nước

Cảm biến đo mức siêu âm là gì ? Các bạn có thể tham khảo một số thông số kỹ thuật của bộ hiển thị mực nước như sau:

• Model: thiết bị có mã sản phẩm là OM402UNI
• Xuất xứ: được sản xuất từ Cộng Hòa Séc.
• Ngõ vào (Input): các tín hiệu pt100, 4-20mA, 0-20mA, 0-10v, 0-5v, 2-10v,… tùy theo nhu cầu mà các bạn có thể cài đặt.
• Ngõ ra (Output): các tín hiệu Analog 4-20mA, 0-20mA, 0-10v, 0-5v, 2-10v,… Ngoài ra có thể tùy chọn dạng REPLAY ON/OFF để điều khiển đóng/ngắt thiết bị nạp liệu
• Nguồn cấp: 80÷250VAC, ngoài ra có thể tùy chỉnh cấu hình là 10÷30VDC.
• Sai số: 0,1% trong quá trình hiển thị
• Kích thước bộ hiển thị: 48 x 96 x 120 (mm).
• Màn hình hiển thị dưới dạng số và phần trăm. Giúp cho việc quan sát mực nước trở nên dễ dàng hơn.
• Hệ số cách ly, chống nhiễu: 4000VAC.
• Thời gian bảo hành: 18 tháng, 1 đổi 1 nếu có lỗi phát sinh từ nhà sản xuất.

Cách đấu dây của bộ hiển thị mực nước

Mình sẽ hướng dẫn cách đấu dây bộ hiển thị mực nước, các bạn có thể tham khảo sơ đồ mình cung cấp bên dưới kèm theo chi tiết cách đấu dây.

Chi tiết cách đấu dây như sau

• Nguồn cấp 80÷250VAC, các bạn có thể nối dây vào chân số 1 và 2.
• Các tín hiệu vào các bạn nối  dây vào chân 21 và 20.
• Các tín hiệu ngõ ra nếu các bạn dùng Analog 4-20mA thì nối vào chân II và III. Còn nếu các bạn dùng dạng REPLAY thì nối vào chân 4,5 hoặc 5,7.

Khá đơn giản đúng không nào, với cách đấu dây như vậy thì hầu như ai cũng làm được một cách dễ dàng. Đối với bộ hiển thị này các bạn có thể đấu dây tương tự sơ đồ đấu dây về PLC để có thể vừa hiển thị vừa đóng/ngắt motor bơm một cách dễ dàng.

Trên đây là những thông tin liên quan đến cảm biến đo mức siêu âm do Luật Trẻ Em đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin cần thiết nhé!

Đăng bởi: Trường Tiểu học Thủ Lệ

Chuyên mục: Tổng hợp