Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức siêu âm

Cảm biến đo mức siêu âm hiện nay đang là thiết bị được sử dụng rộng rãi. Những ứng dụng của nó ngày càng phổ biến và đóng một vai trò quan trọng. Vậy cảm biến đo mức siêu âm là gì? Theo dõi bài viết dưới đây để được thietbikythuat bật mí nhé!

Cảm biến đo mức siêu âm là gì?

Cảm biến đo mức siêu âm hay còn được gọi là cảm biến đo mức dạng sóng siêu âm. Nó là một thiết bị công nghiệp chuyên được dùng để đo mức các dạng chất lỏng, nước, axit… ở trong các nhà máy, xí nghiệp đòi hỏi phải có độ chính xác cao và thời gian sử dụng lâu dài. Vì đây là dòng cảm biến cao cấp nên giá thành sẽ tương đối cao.

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

• Dùng để đo mức nước của các bể chứa nước ngầm và bể chứa nước ở trên cao.
• Dùng trong các bể chứa nước ở trong các trạm cung cấp nước ví dụ như nhà máy nước.
• Dùng để đo mức chất lỏng trong bồn chứa dầu và xăng.
• Dùng để đo mức ở trong các bể chứa hóa chất ví dụ như axit, bazơ, nước muối…
• Dùng để đo các loại thực phẩm ở dạng lỏng như sữa, nước chấm, nước giải khát, dầu ăn…

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

Cảm biến siêu âm hoạt động theo phương pháp chính là thu và phát sóng điện từ. Trong quá trình hoạt động, cảm biến sẽ phát ra sóng liên tục với từng số mặc định khác nhau tùy vào từng hãng. Cụ thể đối với hãng Hawk thì tần số phát sẽ là 50Khz. Sau đó sóng sẽ lan truyền ra và gặp bề mặt chất lỏng. Tiếp đến sẽ có một sóng phản xạ đi ngược lại với cảm biến. Cảm biến sau đó sẽ thu nhận sóng phản xạ. Bộ phận transmitter của cảm biến có thể tính được quãng sóng đã đi được dựa trên 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 có dạng 4-20mA và 0-10V.

Cảm biến đo mức siêu âm của Dinel – Czech

Các thông số kỹ thuật

• Model: ULM-70N
• Xuất xứ: Được sản xuất tại Australia bởi hãng Dinel – Czech
• Dãy đo: c0-1m, 0-2m, 0-3m, 0-4m, 0-5m, 0-6m, 0-7m, 0-8m, 0-9m, 0-10m, 0-12m…20m.
• Đo được các chất lỏng khác nhau như: Nước, nước thải, dầu, nhớt…
• Vị trí lắp: Có thể lắp ở trên đỉnh của tank, silo hoặc tại điểm cao nhất của nơi cần đo.
• Ngõ ra (Output): Có thể tùy chọn ngõ ra là 4-20mA / 20-4mA hoặc 4-20mA Hart.
• Sai số: Chỉ 0.25%.
• Độ phân giải: 1mm.
• Tần số phát: 50Khz.
• Nhiệt độ làm việc: -40 – 60°C.
• Áp suất làm việc: -0.5 – 3bar.
• Có màn hình hiển thị ngay trên cảm biến với hai dòng led, từ đó giúp dễ dàng trong việc cài đặt và hiệu chuẩn dãy đo.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: Có khả năng chống nước và chống bụi IP67.
• Nguồn cấp: 7÷28 VDC.
• Độ phân giải của tín hiệu analog là: 14 bit.

Các ưu điểm của cảm biến đo mức siêu âm hãng Dinel

• Có nhiều dãy đo để quý khách hàng dễ dàng lựa chọn.
• Hoạt động tốt trong nhiều loại chất lỏng khác nhau.
• Dễ dàng trong việc lắp đặt và bảo trì.
• Cảm biến đo độ chính xác cao, có sai số khá thấp.
• Tín hiệu ngõ ra (Output) ở dạng analog 4-20mA và 0-10v. Từ đó mà chúng có thể dễ dàng kết nối đến thiết bị điều khiển như PLC hay biến tần.
• Có tích hợp thêm phím nhấn và màn hình để hiệu chuẩn dãy đo theo yêu cầu.

Nhược điểm của cảm biến đo mức siêu âm hãng Dinel

• Vì đây là một thiết bị cao cấp nên giá thành sẽ hơi cao.
• Cần phải tuân thủ cách lắp đặt để tránh lắp sai dẫn đến sai số và hoạt động không được hiệu quả.
• Đối với các chất lỏng thường xuyên chuyển động thì cảm biến có thể không hoạt động tốt được.

Cảm biến đo mức siêu âm ULM-53N

Dòng cảm biến siêu âm ULM-53N được sản xuất bởi nel – Czech. So với cảm biến siêu âm hãng Hawk thì dòng này có ưu điểm hơn là về giá cả sẽ hợp lý hơn rất nhiều. Bên cạnh đó, dòng này còn có nhiều những tính năng tốt hơn mà cảm biến của các hãng khác không có. Cụ thể thì chúng ta có thể tùy chọn dãy đo từ 6m trở lên để có thể đo lường thể tích, tín hiệu ngõ ra có dạng 4-20ma – 0-10V hoặc modbus RS485.

Cảm biến siêu âm ULM-53N

Cảm biến siêu âm ULM-53N

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

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

• Model: ULM-53N
• Thương hiệu: Hãng Dinel – Czech
• Sản xuất tại CH Czech
• Dãy đo: Cảm biến có dãy đo lớn nhất là 3m và cũng có thể đo bất kỳ dãy đo từ 3m trở xuống.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: Khả năng kháng bụi và nước đạt tiêu chuẩn IP68.
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm.
• Mức sai số: 0,15% trên toàn dãy đo của cảm biến.
• Tần số phát: 75Khz.
• Nhiệt độ làm việc: -20-90°C.
• Nguồn cấp: Cảm biến dùng nguồn cấp 24VDC.
• Ngõ ra (Output): Dạng analog 4-20mA và có thể truyền đi xa lên đến 400m.
• Hệ số cách ly chống nhiễu: Cảm biến có khả năng chống nhiễu tín hiệu là 4-20mA đạt 2000 VAC. Giúp cách ly tín hiệu tốt trong các môi trường có những 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.
• Kiểu ren của cảm biến là R2″.

Cảm biến siêu âm ULM-54N-06

Cảm biến siêu âm ULM-54N-06

Với dòng cảm biến này thì có thể đo lường các loại chất lỏng công nghiệp trong dãy đo khoảng từ 0-6m. Đối với dòng cảm biến này trở lên thì chúng ta đã có những nâng cấp đáng chú ý và hiện đại hơn như có màn hình tích hợp vào cảm biến để chúng ta có thể dễ dàng quan sát và dễ dàng cài đặt thông số. Bên cạnh đó thì còn có các ngõ ra như 4-20ma, relay on/off và có cả tín hiệu truyền thông Modbus RS485.

Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm ULM-54N-06

• Model: ULM-54N-06
• Thương hiệu: Hãng Dinel – Czech
• Cảm biến được sản xuất tại CH Czech
• Ngõ ra (Output): Cảm biến có 3 ngõ ra là:
  • Ngõ ra có dạng analog 4-20mA có thể truyền đi xa lên đến 400m.
  • Ngõ ra tín hiệu dạng Modbus RTU RS485.
  • Ngõ ra relay 0-10V
• Dãy đo: Cảm biến có dãy đo lớn nhất là 6m và có thể đo bất kỳ dãy đo từ 6m trở xuống.
• Nguồn cấp: 24VDC.
• Mức sai số: 0,2% trên toàn dãy đo của cảm biến.
• Tần số phát: 75Khz.
• Nhiệt độ làm việc: -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: Có thể chống chịu được áp suất lên đến 3 Bar.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: Có khả năng kháng bụi và nước đạt IP68.
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm.
• Cảm biến có màn hình hiển thị và có cài đặt thông số.
• Kiểu ren của cảm biến: R2″.

Cảm biến siêu âm ULM-53N-10

So với dòng cảm biến ECH306 thì dòng cảm biến siêu âm ULM-53N-10 thì cũng không quá khác biệt nhiều. Điểm khác nhau duy nhất giữa chúng là khoảng đo của dòng cảm biến này có thể lên đến 10m chất lỏng đấy. Với các silo hay tank chứa có chiều cao này thì bạn nên dùng các dạng cảm biến siêu âm để đo lường là phù hợp và tối ưu nhất. Và dĩ nhiên thì khi dãy đo cao hơn thì cũng đồng nghĩa với việc giá thành cũng cao lên. Chính vì vậy bạn cũng nên cân nhắc nhé!

Thông số của cảm biến siêu âm ULM-53N-10

• Model: ULM-53N-10
• Thương hiệu: Dinel
• Cảm biến được sản xuất tại CH Czech
• Ngõ ra (Output): Cảm biến có 3 ngõ ra là:
  • Ngõ ra dạng analog 4-20mA.
  • Ngõ ra tín hiệu dạng Modbus RTU RS485.
  • Ngõ ra  0-10V
• Dãy đo: Cảm biến có dãy đo lớn nhất là 12m và có thể đo bất kỳ dãy đo từ 10m trở xuống.
• Nguồn cấp: 24VDC.
• Hệ số cách ly chống nhiễu: Cảm biến có khả năng chống nhiễu tín hiệu là 4-20mA đạt 2000 VAC.
• Khả năng chịu áp: Có khả năng chống chịu được áp suất lên đến 3 Bar.
• Tiêu chuẩn bảo vệ: Có khả năng kháng bụi và nước đạt tiêu chuẩn IP68.
• Độ phân giải tín hiệu: 1mm.
• Mức sai số: 0,2%.
• Tần số phát: 75Khz.
• Nhiệt độ làm việc: -20 – 90°C.
• Cảm biến có màn hình hiển thị và có cài đặt thông số.
• Kiểu ren của cảm biến là R2″.

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

• Vị trí lắp cảm biến phải được đặt ở trên đỉnh của các tank hay Silo cần đo. Thông thường vị trí lắp đặt tối thiểu là 1/3 đường kính của silo.
• Khi lắp bạn nên tránh dòng chảy của chất lỏng vào silo.
• Nếu bồn chứa có cánh khuấy thì khi lắp cần phải tránh đường đi của sóng. Nếu trong trường hợp sóng phát ra chạm vào cánh khuấy thì sẽ đo không chính xác.
• Phần phát sóng của cảm biến phải nằm ở dưới nắp của bồn chứa hay Silo.
• Nên lắp đặt cảm biến vuông góc so với bề mặt chất lỏng để thu và phát sóng một cách chính xác nhất.

Dưới đây là hình ảnh mô tả cách lắp đặt cảm biến sai và đúng để bạn đọc có thể tham khảo:

Ứng dụng thực tế của cảm biến đo mức siêu âm

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

Trong quá trình hoạt động cảm biến sẽ truyền tín hiệu analog 4-20mA về cho PLC để xử lý. Sau đó sẽ truyền tín hiệu ON/OFF để chúng ta có thể tự động đóng ngắt motor bơm một cách dễ dàng nhất nhằm tránh gây tràn chất lỏng trong quá trình nạp liệu.

Bộ hiển thị mực nước

Trong quá trình sử dụng cảm biến siêu âm, nếu bạn muốn quan sát giá trị đo được từ xa thì sẽ rất khó khăn. Ví dụ như có khá nhiều cảm biến nằm rãi rác ở trong nhiều hệ thống hay bể chứa trong các nhà máy, kho chứa thì nó sẽ gây ra nhiều khó khăn trong việc giám sát. Vì màn hình tích hợp ở trên cảm biến siêu âm chỉ có thể được quan sát ở gần. Vậy giải pháp lúc này là gì? Sử dụng bộ hiển thị mực nước là phương án phù hợp và hiệu quả nhất. Dưới đây thietbikythuat xin chia sẻ tới bạn đọc dòng hiển thị mực nước với model OBM402UNI:

Các thông số của bộ hiển thị mực nước

• Model: S311A
• Xuất xứ: Seneca
• Ngõ vào (Input): Có các tín hiệu pt100, 4-20mA, 0-20mA, 0-10v, 0-5v, 2-10v… 
• Ngõ ra (Output): Có các tín hiệu như Analog 4-20mA, 0-20mA, 0-10v, 0-5v, 2-10v… Ngoài ra bạn cũng có thể tùy chọn dạng REPLAY ON/OFF để điều khiển đóng/ngắt thiết bị nạp liệu.
• Nguồn cấp: 80÷250VAC, ngoài ra bạn có thể tùy chỉnh cấu hình là 10÷30VDC.
• Sai số: 0,1%.
  Kích thước bộ hiển thị: 48 x 96 x 120 (mm).
• Màn hình hiển thị dưới dạng số và phần trăm. từ đó giúp cho việc quan sát mực nước được trở nên dễ dàng hơn.
• Hệ số cách ly, chống nhiễu là: 4000VAC.

Cách đấu dây của bộ hiển thị mực nước

Cách đấu dây của bộ hiển thị mực nước vô cùng đơn giản. Bạn có thể tham khảo sơ đồ ở dưới đây:

Chi tiết cách đấu dây

• Đối với guồn cấp 80÷250VAC thì bạn có thể nối dây vào chân số 1 và 2B
• Các tín hiệu vào thì bạn nối dây vào chân 7-8 và 9.
• Các tín hiệu ngõ ra nếu dùng Analog 4-20mA thì bạn nối vào chân 3 và 4. Còn nếu dùng dạng REPLAY  thì tương ứng 11 ( com ) – 12 – 13 Relay 2 tương ứng 14 ( com ) – 15 – 16.

Trên đây là toàn bộ thông tin về cảm biến đo mức siêu âm mà chúng tôi muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng bài viết mang đến cho bạn nhiều thông tin cũng như nhiều kiến thức bổ ích!