Cảm biến siêu âm – Ưu nhược điểm

Trong các ngôi nhà tự động, khi có người thì đèn sáng, không có người đèn sẽ tự tắt. Đó là ứng dụng của các loại cảm biến siêu âm phát hiện chuyển động.

Giờ chúng ta cùng đi tìm hiểu sâu hơn về cảm biến siêu âm nhé!

Định nghĩa cảm biến siêu âm là gì?

1. Định nghĩa tổng quan

Cảm biến siêu âm là một thiết bị cảm biến hoạt động dựa trên sóng siêu âm. Sóng siêu âm được định nghĩa là loại sóng tần số cao vượt ngưỡng nghe thấy của con người.

Ví dụ trong tự nhiên, một số loài động vật như dơi, cá heo sử dụng sóng siêu âm trong việc di chuyên, tìm kiếm thức ăn, liên hệ với đồng loại và lẩn tránh kẻ thù. Nguyên tác chúng sử dụng rất đơn giản. Có thể hiểu theo cách sau:

• Đối tượng phát ra sóng siêu âm (vật chủ)
• Sóng siêu âm chạm vật cản, và phản xạ lại Sóng phản xạ về lại vật chủ
• Khoảng cách giữa vật chủ – vật cản được đo bằng Thời gian phát –  nhận

2. Ứng dụng thực tế

Dựa vào nguyên tắc này, các kỹ sư đã chế tạo và cung cấp ra thị trường thiết bị như: thiết bị định vị, định hướng cho tàu ngầm. Các thiết bị đo khoảng cách như: đo mức chất lỏng ở tank, bồn, đo mức bồn bể chưa acid (điều mà các cảm biến báo mức thông thường không làm được khi phải tiếp xúc trực tiếp với acid, gây nên tình trạng hư hỏng). Sử dụng trong thực phẩm, không cần tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm như sữa, nước chấm,… đảm bảo vệ sinh

Trong bài viết này, mình sẽ đi sâu vào phần Cảm biến báo mức siêu âm Type ULM, Hãng Dinel-Czech Republic

Cấu tạo – Nguyên lí làm việc

Mình sẽ lấy vị dụ ngoài tự nhiên để các bạn dễ dàng hiểu được sơ bộ cách hoạt động là như thế nào.

Ví dụ thực tế ở loài dơi. Chúng là loài chỉ hoạt động về đêm, nên gần như bị tiêu giảm về mặt thị giác. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng dơi có thể phát ra sóng siêu âm tần số trên 30.000 Hz, vượt phạm vi nghe của tai người (16 – 20.000 Hz). Vòm họng của dơi có thể phát sóng siêu âm rất mạnh, liên tục thoát ra ngoài thông qua miệng và mũi. Khi gặp phải vật thể, sóng siêu âm liền phản xạ trở lại, tai dơi hứng được âm thanh phản hồi nên có thể phán đoán được khoảng cách và kích cỡ to, nhỏ của vật thể. Chính nhờ khả năng độc đáo này mà khi bắt côn trùng trong đêm tối, chúng có thể nhanh nhẹn và đạt độ chính xác đến kinh ngạc.

Riêng ở cá heo, chúng có thể phát ra tới 2 chùm siêu âm. Hai chùm tia siêu âm này được phát đi theo nhiều hướng khác nhau và chùm tia sau hơi lệch thời gian một chút so với chùm tia trước. Lý do vì sao như vậy, các bạn tìm hiểu thêm trên mạng internet nhé.

Quay trở lại bài viết, cảm biến siêu âm sẽ hoạt động theo phương pháp thu và phát sóng điện từ. Theo kiến thức catalogue cung cấp, cảm biến siêu âm ULM sẽ truyền một chuỗi các xung siêu âm về bề mặt môi chất. Sóng âm phản xạ được nhận bởi máy đo mức và được xử lý bởi bộ xử lý bên trong. Tiếp theo sau đó, hiện tượng bù nhiệt và tín hiệu điện áp bị thay đổi do giá trị hiện tại hoặc do điện áp.

Phương pháp này hạn chế tối đa khả năng thay đổi và tác động từ môi trường, như hằng số điện môi, độ dẫn điện. Trong trường hợp tồn tại điều kiện khắc nghiệt trong bầu khí quyển cho cảm biến báo mức siêu âm (ví dụ như hiện tượng tụ khí trong không khí, nhiễu, gió mạnh, sự bay thoát hoi nước).  Phương pháp này khuyến khích sử dụng sau khi đã lắp đặt và test duyệt.

Lưu ý.

Trong môi trường chân không, sóng siêu âm không hoạt động. Vì vậy, cảm biến siêu âm không được ứng dụng trong môi trường này.

Các loại cảm biến siêu âm giá tốt trên thị trường

Dưới dây là 2 dòng cảm biến báo mức siêu âm .của hãng Dinel, Cộng Hòa Séc. Dùng đo mức nước, đo mức chất lỏng, đo mức sữa, mứt, nước trái cây, dầu thực vật, bồn chứa nước, kênh, bể, nhựa, dầu diesel, chất lỏng dẫn điện không dẫn điện, nước demi, dầu nóng, dầu thủy lực, chất bôi trơn, làm mát….

Ultrasonic level meters ULM-70

• Thông số kỹ thuật:
• Nguồn cung: 18…36 VDC
• Output: 4…20mA (2 dây) HART
• Tần số hoạt động: 30 kHz…120 kHz
• Độ rộng sóng (-3dB): 10°…12°
• Sai số: 0.15% toàn thang đo, mức sai số gần như không đáng kể
• Áp suất làm việc : 1 Bar
• Thời gian đáp ứng : 1-4s
• Thời gian lấy mẫu tuỳ chọn từ 0-99s
• Nhiệt độ môi trường xung quanh: -30…70^oC
• Cấp bảo vệ: IP67
• Phạm vi đo từ 0.15…20 mét, Cảm biến được làm bằng nhựa tổng hợp, thân bằng nhôm nguyên khối
• Kết nối ren G1”, G1 1/2”, 2 4/1”. kết nối mặt bích nhôm
• Đạt tiêu chuẩn phòng nổ Ex-ia khi dùng trong môi trường yêu cầu chống nổ ATEX

Ultrasonic level meters ULM-53

Thông số kỹ thuật

• Nguồn cung: 18…36 VDC
• Output: 4…20mA (2 dây); 0…10V (3 dây)
• Tần số hoạt động: 30 kHz…120 kHz
• Độ rộng sóng (-3dB): 10°…12°
• Sai số: 0.15%-0.2%
• Áp suất làm việc : 1 Bar
• Thời gian đáp ứng : 1-4s
• Thời gian lấy mẫu tuỳ chọn từ 0-99s
• Nhiệt độ môi trường xung quanh: -30…70^oC
• Cấp bảo vệ: IP67, IP68
• Phạm vi đo từ 0.1…20 mét, Bộ điều khiển và thân bằng nhựa
• Kết nối ren G3/4”, G1”, G1 1/2”, 2 4/1”. Kết nối mặt bích nhôm
• Đạt tiêu chuẩn phòng nổ Ex-ia khi dùng trong môi trường yêu cầu chống nổ ATEX

Ứng dụng thực tế của cảm biến siêu âm

Vì cảm biến sử dụng sóng siêu âm, không cần tiếp xúc trực tiếp với môi chất nên được ưu tiên sử dụng tại một số vị trí:

• Đo mức nước trong bồn chứa: đối với các bồn chứa thực phẩm như nước chấm, đường, sữa, thì việc sử dụng cảm biến ULM sẽ trở nên đơn giản hơn rất nhiều so với loại đo que hay dây thông thường. Vì chẳng cần tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm trong tank, mà kết quả trả về còn chính xác gần như tuyệt đối. Rất nhanh gọn và đơn giản đúng không các bạn
• Đo và giám sát mức nước trong bồn chứa acid, chất ăn mòn. Chính vì ứng dụng tuyệt vời của sóng siêu âm, nên cảm biến ULM còn được ưu tiên sử dụng trong việc đo mức tại các vị trí mà cảm biến báo mức thông thường “bó tay”. Vì ULM không cần tiếp xúc trực tiếp với môi chất mà, thì cũng sẽ không bị ăn mòn, bị phá hoại bởi chất độc, ăn mòn như acid, Bazo, các loại muối kiềm
• Và tuyệt vời hơn, với option ATEX, cảm biến báo mức siêu âm đặc biệt được lựa chọn trong các khu vực chống cháy nổ. Sử dụng cho các vị trí tank bồn chứa xăng, gas, sơn thông dụng,

Lời kết!

Hy vọng với một số thông tin trên, mình có thể hỗ trợ các bạn một phần nào về kiến thức sóng siêu âm, và một số thông tin kỹ thuật về cảm biến báo mức siêu âm ULM hãng Dinel-Czech.

Nếu cần hỗ trợ thêm thông tin hoặc đóng góp ý kiến, các bạn liện hệ qua thông tin sau:

Sales Enginner:

Ms Phương Dung

Mobi: 0937.27.65.66

Mail: dung.tran@huphaco.vn