Những Điều Cần Biết Về Cảm Biến Siêu Âm ULM-53

Cảm biến siêu âm ULM-53 đến từ hãng Dinel của Cộng Hòa Séc là một trong những cảm biến có độ chính xác cao và giá tốt trên thị trường hiện nay. Bạn đang dự định mua hay đã mua cảm biến siêu âm ULM-53 rồi và đang muốn tìm hiểu về nó. Thì mời bạn đọc bài viết này, mình sẽ trình bày “tất tần tật” về loại cảm biến siêu âm chất lượng này đến với các bạn.

Giới thiệu về cảm biến siêu âm ULM-53

Cảm biến siêu âm ULM-53 là một thiết bị đo lường có kích thước nhỏ gọn. Bên trong cảm biến sẽ có một máy phát siêu âm và một Module điện tử. Máy phát có nhiệm vụ truyền những sóng siêu âm về phía trước. Khi gặp vật cản, sóng siêu âm sẽ phản hồi trở lại và được cảm biến thu nhận.

Khi đó Module điện tử sẽ thực hiện tính toán khoảng thời gian kể từ khi sóng được phát ra và trở về và chuyển thành tín hiệu analog 4-20 mA hay 0-10 V để có thể đọc được từ các thiết bị điều khiển.

Vì sử dụng sóng siêu âm nên việc đo được xem là không tiếp xúc đến nguyên vật liệu. Do đó, cảm biến siêu âm ULM-53 trở nên phù hợp để đo sự thay đổi liên tục của các loại chất lỏng, nước thải, bùn, chất kết dính,…trong các bồn chứa hoặc kênh hở, cống rãnh. Sẽ có chút hạn chế khi đo các vật liệu rắn.

Các loại cảm biến siêu âm ULM-53

Bao gồm 5 loại với các khoảng đo khác nhau, bạn nên xem xét để có thể chọn được loại phù hợp

• ULM-53_-01-_: Khoảng đo từ 0,1 m đến 1 m
• ULM-53_-02-_: Khoảng đo từ 0,2 m đến 2 m
• ULM-53_-06-_: Khoảng đo từ 0,2 m đến 6 m
• ULM-53_-10-_: Khoảng đo từ 0,4 m đến 10 m
• ULM-53_-20-_: Khoảng đo từ 0,5 m đến 20 m

Kích thước của các loại mình để bên dưới để các bạn tham khảo

Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm ULM-53

• Nguồn cấp: 18-36 Vdc
• Khoảng đo: từ 0,2 m đến 20 m (tùy loại)
• Tín hiệu đầu ra: 4-20 mA, 0-10 V
• Giao tiếp truyền thông: Modbus RTU
• Độ phân giải: < 1 mm
• Độ chính xác: 0,15 % đến 0,3 % (tùy loại)
• Thời gian đo: 0,5 đến 5 giây (tùy loại)
• Khối lượng: 0,2 kg đến 2,8 kg (tùy loại)

Lắp đặt cảm biến ULM-53

Khi lắp đặt cảm biến siêu âm ULM-53, các bạn cần lưu ý những điều sau:

• Cảm biến đo mức siêu âm nên được lắp đặt theo phương thẳng đứng, sao cho trục của cảm biến vuông góc 90 độ với bề mặt của vật cần đo.

• Khoảng cách tối thiểu từ thành bể đến cảm biến ULM-53N có thể xác định bằng công thức bên dưới đối với từng loại khác nhau. Đối với khi lắp đặt ở một hệ thống mở như: kênh, rãnh,…cảm biến nên được lắp đặt càng gần vị trí có mức đo tối đa cao nhất.

• Cảm biến nên được lắp đặt sao cho khoảng đo mong muốn nằm trong phạm vi đo của cảm biến. Các vùng ngoài phạm vi đo sẽ gọi là vùng chết (dead zone).
• Trong trường hợp, muốn nguyên vật liệu lắp đầy thể tích bình chứa, thì nên lắp cảm biến vào phần cổ được nối dài. Bề mặt trong của cổ nên nhẵn và không chắn sóng siêu âm. Xác định bằng công thức bên dưới với mỗi loại.

• Không lắp đặt cảm biến tại những nơi có vật chắn sóng siêu âm, gây nhiễu sóng như: vòi bơm nhiên liệu, có bọt trên bề mặt, có tay khuấy,…Những điều này có thể giảm phạm vi và tính chính xác của cảm biến siêu âm. Đồng thời, tránh ánh nắng trực tiếp, mưa và độ ẩm tác dụng lên thiết bị.

Đấu nối dây cho cảm biến ULM-53

Sẽ có 3 cách để kết nối đấu dây với cảm biến. Tùy theo nhu cầu bạn có thể chọn cách đấu nối phù hợp. Sau đây, là các cách đấu nối dây cho ULM-53

Đấu dây loại có đầu nối ISO

Đây là loại khá phổ biến và dễ đấu nối. Để có thể đấu nối, các bạn nên chuẩn bị dây điện loại đường kính 6-8 mm là phù hợp dành cho loại này.

Các bước đấu nối như sau

Bước 1:

Tháo đầu nối ISO trên đầu cảm biến ULM53 bằng cách dùng tua vít vặn ốc ở chính giữa đầu nối ISO. Sau đó tách cảm biến làm 2 phần.

Bước 2:

Ở phần đầu nối ISO, dùng tua vít dẹt để cậy phần nắp ra. Bạn sẽ thấy các chân để đấu nối với dây điện.

Bước 3:

Bạn thực hiện đấu dây theo bên dưới

• Nếu cảm biến của bạn đầu ra cảm biến là tín hiệu 4-20 mA. Bạn sẽ thấy có 3 chân đấu nối, bao gồm chân 1 đóng vai trò chân (+) và chân 2 vừa là chân (-) vừa là chân tín hiệu của cảm biến. Chân còn lại là chân NC dùng để nối đất có thể đấu hoặc không.

Do đây là tín hiệu mA dạng Passive. Vì vậy, nếu bạn nào muốn kết nối cảm biến với PLC cần phải thông qua một bộ chuyển đổi để đưa về tín hiệu mA dạng Active. Mình cũng xin giới thiệu đến các bạn bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng Z109REG2-1 có thể giúp các bạn giải quyết vấn đề đó.

Về cách đấu dây, các bạn cần đấu như sau để có thể đưa tín hiệu vào PLC. Chân số 2 sẽ vào chân (-) của Input bộ chuyển đổi. Chân 1 sẽ vào dây (+) của nguồn 24 Vdc và chân (-) của nguồn sẽ vào chân (+) của Input bộ chuyển đổi. Từ bộ chuyển đổi, sẽ đưa ra 2 dây tín hiệu 4-20 mA Active vào PLC. Để dễ hiểu hơn các bạn có thể xem sơ đồ sau.

• Nếu cảm biến của bạn đầu ra là tín hiệu 0-10 V. Cảm biến sẽ có 4 chân, chân 1 và 2 sẽ là chân cấp nguồn (+) và (-) cho cảm biến. Chúng ta sẽ có thêm chân số 3 đóng vai trò là chân tín hiệu. Và chân NC nối đất.

Bước 4:

Sau khi hoàn thành đấu nối. Các bạn luồn dây qua đầu nối ISO và thực hiện ghép các bộ phận lại như ban đầu.

Đấu nối bằng đầu nối M12

Đây là cách đấu nối nhanh chóng và gọn gàng hơn. Các bạn có thể dùng dây điện có đường kính 4-6 mm được đúc sẵn trong đầu cáp M12 (dài 2-5 m) hoặc qua đầu cắm có thể tháo rời không cần cáp.

Tương tự, cũng sẽ có 2 cách đấu nối dây với tín hiệu 4-20 mA và 0-10 V. Các bạn nên lưu ý về các quy ước dây để đấu chính xác.

Đấu nối với loại có đầu nối PG 11 và ống bảo vệ

Ở loại này một cáp PVC dài 5 m đã được nối sẵn từ cảm biến vì thế bạn không cần phải đấu nối nữa. Đầu nối PG 11 hoặc ống lót bảo vệ cũng được coi như một phần của cáp nối này.

Để thực hiện kết nối bạn chỉ cần sử dụng dây có sẵn để nối vào thiết bị. Nhớ chú ý các quy định màu dây để thực hiện chính xác.

Đấu nối dành cho tín hiệu 4-20 mA và 0-10 V

Ngoài ra, loại này còn có thể đấu nối cho phương thức RS485 như hình bên dưới

Cài đặt khoảng cách đo cho cảm biến siêu âm ULM-53

Giả sử bạn muốn đo mực nước của một bồn chứa cao 5 m. Vì thế, bạn quyết định mua cảm biến siêu âm ULM-53_-06-_ để thực hiện đo. Nhưng làm thế nào để cài đặt khoảng đo cho cảm biến chỉ 5 m thôi so với khoảng đo max là 6 m.

Để thực hiện việc cài đặt đó, hãng Dinel đã tích hợp 2 vị trí trên thân cảm biến để cài đặt mức đo gần nhất và xa nhất cho ULM-53. Đến đây, cũng có 2 loại được đưa ra, chúng chỉ khác nhau về hình thức còn cách thực hiện thì như nhau.

Các loại hình cài đặt

Loại dùng nút nhấn

Sẽ có 2 nút nhấn hình tròn nằm ở 2 bên thân cảm biến

• Nút DOWN dùng để cài đặt tín hiệu cho giá trị 4 mA (hay 0 V)
• Nút UP dùng để cài đặt tín hiệu cho giá trị 20 mA (hay 10 V)

Loại dùng bút từ

Để tránh các tác động va vào nút nhấn gây sai giá trị cài đặt, nên loại bút từ được ra đời cũng với 2 vị trí được đánh dấu chữ M ở 2 bên thân cảm biến. Loại này sẽ được kèm theo 1 bút từ để phục vụ quá trình cài đặt.

• Ký hiệu EMPTY dùng để cài đặt tín hiệu cho giá trị 4 mA (hay 0 V)
• Ký hiệu FULL dùng để cài đặt tín hiệu cho giá trị 20 mA (hay 10 V)

Trạng thái Led trên cảm biến

Trước khi đi vào phần cài đặt, mình sẽ giới thiệu các trạng thái đèn Led trên thiết bị để biết liệu đã cài đặt thành công hay chưa. Sẽ có 2 đèn Led, màu cam là đèn chỉ trạng thái và màu xanh là đen chỉ hoạt động.

Một vài trạng thái của đèn để mọi người dễ nhận biết như sau:

Nguyên lý cài đặt

Một điều nữa mình muốn nói với các bạn, đó là nguyên lý của việc cài đặt khoảng cách này.

Do khoảng đo được của cảm biến sẽ được quy về tín hiệu analog. Có nghĩa là bạn cần đặt giá trị đo xa nhất và gần nhất ứng với tín hiệu cao nhất 20 mA (10 V) và thấp nhất 4 mA (0 V) của cảm biến. Để từ đó cảm biến đưa ra được tín hiệu đo trong khoảng mong muốn của bạn.

Ví dụ:

Nếu bạn muốn đo khoảng cách xa nhất là 5 m thì bạn cần cài đặt để khoảng cách đó ứng với tín hiệu 20 mA (10 V). ngược lại khoảng gần nhất là 0 m cần ứng với 4 mA (0 V).

Chúng ta sẽ chia ra làm 2 trường hợp: trường hợp đo thuận và trường hợp đo nghịch.

• Đo thuật là sao? Là điểm bắt đầu đo hay điểm tín hiệu thấp nhất 4 mA (hay 0 V) sẽ là điểm gần nhất và điểm xa nhất là tín hiệu 20 mA (hay 10 V).
• Đo nghịch thì ngược lại. Điểm gần nhất là tín hiệu 20 mA (hay 10 V) và điểm xa nhất là tín hiệu 4 mA (hay 0 V). Để dễ hiểu các bạn có thể xem bên dưới.

Các bước cài đặt cho cảm biến siêu âm ULM-53

Mình sẽ ví dụ thực hiện cài đặt theo trường hợp đo thuận với khoảng cách từ 0 m đến 5 m và dùng loại ULM-53_-06-_. Các bạn nên lưu ý rằng khoảng 0 m là tính từ khoảng đo giới hạn gần của cảm biến, đối với loại này là 0,2 m tính từ bề mặt cảm biến.

Và nếu muốn đo theo trường hợp nghịch thì làm ngược lại nhé. Cũng có thể thực hiện tương tự đối với những khoảng cách và loại cảm biến ULM-53 khác.

Bước 1:

Cấp nguồn cho cảm biến, để mức trong bồn xuống vị trí cần đo xa nhất là 5 m. Quan sát xem có vật gì cản trở sóng siêu âm trong khoảng cách cần đo không.

Bước 2:

Sau đó, dùng bút từ đặt lên vị trí FULL (hoặc bấm nút UP) trong khoảng 2 giây để kích hoặc chế độ cài đặt, khi này đèn trạng thái nhấp nháy chậm. Tiếp tục giữ bút từ ở vị trí FULL (hoặc nhấn nút UP) trong 3 giây để cài đặt giá trị cho tín hiện 20 mA, đèn trạng thái sẽ nháy nhanh.

Đối với loại bút từ, chỉ cần đợi và không cần tác động. Đối với loại nút nhấn, cần nhấn đồng thời 2 nút UP và DOWN trong 2 giây để xác nhận cài đặt. Khi đèn trạng thái nhấp nháy 3 lần có nghĩa cài đặt thành công.

Bước 3:

Đợi đến khi đèn trạng thái tắt. Để mực nước trong bồn dâng lên đến vị trí 0 m, tức là cách bề mặt cảm biến 0,2 m. Dùng bút từ đặt lên vị trí EMPTY (hoặc nhấn nút DOWN) trong 2 giây để kích hoạt chế độ cài đặt, khi này đèn trạng thái nháy chậm. Vẫn giữ bút từ ở vị trí EMPTY (hoặc nhấn nút DOWN) trong vòng 3 giây để cài đặt cho tín hiệu 4 mA, đèn trạng thái sẽ nháy chậm. Để xác nhận cài đặt làm giống bước 2.

Bước 4:

Đợi đến khi đèn chỉ hoạt động sáng. Vậy chúng ta đã hoàn thành cài đặt khoảng cách cho cảm biến.

Do cảm biến siêu âm ULM-53 không có màn hình hiển thị. Vì thế, để có thể xác định được việc cài đặt của chúng ta đã đúng chưa. Các bạn nên sử dụng bộ hiển thị để có thể quan sát được giá trị đo được của cảm biến. Bộ hiển thị S311A là một bộ hiển thị đa năng sẽ giúp các bạn hiển thị được giá trị của ULM-53. Để tìm hiểu và cách sử dụng các bạn có thể bấm vào đây bộ hiển thị S311A.

Lời kết

Trên đây là toàn bộ những gì mình biết về cảm biến siêu âm ULM-53. Từ cách lắp đặt, đấu nối, cách sử dụng mình đã chia sẻ cho các bạn. Hy vọng bài viết này giúp cho bạn hiểu hơn về loại cảm biến này và có thể sử dụng dễ dàng hơn. Xin cảm ơn!