CẢM BIẾN SIÊU ÂM

Cảm Biến Siêu Âm Và Ứng Dụng

Siêu âm là âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà tai người nghe thấy được. Tần số tối đa này tùy vào từng người, nhưng thông thường nó vào cỡ 20000 Hz. Ngược lại với siêu âm, các âm thanh có tần số thấp hơn ngưỡng nghe được bởi tai người (thường vào khoảng 20 Hz) là hạ âm.

Siêu âm có thể được tạo ra từ một số loại loa, từ dao động của tinh thể áp điện. Trong tự nhiên, nhiều loài động vật có thể tạo ra hoặc cảm nhận được siêu âm, ví dụ như dơi là loài có thị giác kém phát triển nhưng tạo ra và cảm nhận siêu âm để xác định các vật thể trong không gian xung quanh. Cá voi, cá heo dùng siêu âm để liên lạc và định vị đối tượng xung quanh.

Trong công nghiệp có những nhu cầu cần thiết và chính xác để xác để đo khoảng cách cự ly, đo khoảng cách mực nước, mực hóa chất lỏng nên Cảm biến siêu âm dùng trong đo mức là một phát hiện lý tưởng gần đây. Chúng là một công nghệ cao. Dùng sóng siêu âm để đo mức. Như vậy cảm biến siêu âm có nguyên lý hoạt động, cấu tạo, vai trò như thế nào? Hãy cùng tham khảo bài viết dưới đây.

Cảm biến siêu âm là gì

Cảm biến siêu âm là một thiết bị điện tử đo khoảng cách của đối tượng mục tiêu bằng cách phát ra sóng âm thanh siêu âm và chuyển đổi âm thanh phản xạ thành tín hiệu điện.

Sóng siêu âm truyền nhanh hơn tốc độ của âm thanh nghe được (tức là âm thanh mà con người có thể nghe thấy). Cảm biến siêu âm có hai thành phần chính: bộ phát (phát ra âm thanh bằng cách sử dụng các tinh thể áp điện) và bộ thu (bắt gặp âm thanh sau khi nó di chuyển đến và đi từ mục tiêu).

Để tính toán khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng, cảm biến sẽ đo khoảng thời gian cần thiết từ khi máy phát phát ra âm thanh đến khi tiếp xúc với máy thu. Công thức tính toán này là: D = ½ T x C

(trong đó D là khoảng cách, T là thời gian và C là tốc độ âm thanh ~ 343 mét/giây).

Ví dụ: nếu ta thiết lập một cảm biến siêu âm nhắm vào một chiếc hộp và phải mất 0,0025 giây để âm thanh dội lại, thì khoảng cách giữa cảm biến siêu âm và chiếc hộp sẽ là:

D = 0,5 x 0,0025 x 343 = 4,2875 mét

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Từ cảm biến sẽ phát ra những chùm sóng siêu âm đến bề mặt vật cản như chất rắn hoặc chất lỏng. Những chùm sóng này khi chạm vào bề mặt vật cản thì chúng sẽ phản xạ lại và quay về cảm biến. Ở cảm biến sẽ có một mạch cảm nhận những chùm sóng phản xạ về. Sau đó chúng tính toán thời gian nhận được chùm sóng phản xạ. Và gửi tín hiệu này về bộ điều khiển để quy đổi ra khoảng cách hay mức chất lỏng đến đâu trong bồn chứa.

Cấu tạo của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm bao gồm bộ phận có thể phát ra sóng siêu âm bởi một đầu dò có khả năng phát ra tín hiệu. Đầu dò siêu âm có nhiều dạng khác nhau được chia thành đầu dò thẳng (sóng dọc) và đầu dò ngang (sóng ngang), đầu dò sóng bề mặt, đầu dò kép (1 cái phát tín hiệu – 1 cái nhận tín hiệu) …Tuỳ vào mục đích sử dụng người ta chọn đầu dò cảm biến siêu âm phù hợp nhất. Tất cả đều có chung cấu tạo cảm biến siêu âm như sau:

- Bộ phận phát: Rung bằng máy rung (thường được làm từ chất liệu gốm có đường kính khoảng 15 mm) để tạo sóng siêu âm và lan truyền vào không khí.

- Bộ phận thu: Khi máy rung nhận sóng siêu âm, nó tạo ra rung động cơ học tương ứng theo sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của máy thu.

- Bộ điều khiển: Điều khiển truyền siêu âm của máy phát bằng cách sử dụng mạch tích hợp và đánh giá xem máy thu có nhận được tín hiệu (sóng siêu âm) và kích thước của tín hiệu thu được hay không.

- Nguồn điện: Cảm biến siêu âm thường được cung cấp bởi nguồn điện DC bên ngoài với điện áp là PCB ± 10% hoặc 24 V ± 10% và được cung cấp cho cảm biến thông qua mạch ổn áp bên trong.

Vai trò ứng dụng trong công nghiệp: với sự đa dạng trong công nghiệp với muôn vàn yêu cầu về giám sát, đo lường, điều khiển cần tới công nghệ đo mức bằng sóng siêu âm. Có hai ứng dụng lớn đối với cảm biến siêu âm.

1. Cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo

Việc cảnh báo một hệ thống hay một dây chuyền đang có nguy cơ hoặc đang bị sự cố góp phần quan trọng vào việc giảm thiểu thiệt hại cho các nhà máy. Việc cảnh báo chính xác hay không tuỳ thuộc vào công nghệ và con người.

Tất cả các dạng cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo đều cho ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Ở trạng thái bình thường thì cảm biến luôn OFF, khi có sự thay đổi của vật cản thì tín hiệu có trạng thái ON để cảnh báo. Chúng ta cũng có thể điều chỉnh ngược lại nếu muốn trên bản thân thiết bị.

Khoảng cách phát hiện của cảm biến siêu âm dùng để cảnh báo từ vài milimet cho tới vài mét tuỳ theo chức năng & yêu cầu kỹ thuật của từng ứng dụng khác nhau. Chúng ta có thể linh động lựa chọn nhiều loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu giám sát của nhà máy.

- Cảm biến siêu âm phát hiện kích thước hộp

- Cảm biến siêu âm phát hiện hai mặt giấy

- Cảm biến siêu âm phát hiện người

- Cảm biến siêu âm phát hiện đứt hoặc hết label

2. Cảm biến siêu âm dùng để giám sát liên tục

Cảm biến siêu âm đo liên tục cho ra tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V được đưa về PLC để đóng ngắt bơm hoặc điều khiển biến tần để ổn định mức nước trong các tank chứa. Độ chính xác của cảm biến siêu âm phụ thuộc rất nhiều vào người lắp đặt và cài đặt bởi khoảng cách càng lớn thì sai số càng lớn. Chính vì điều này mà chúng ta phải biết rõ được khoảng cách cần đo để điều chỉnh trên cảm biến chính xác nhất. Độ chính xác của cảm biến siêu âm tới từng milimet nó phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và cách cài đặt của người lắp đặt.

- Cảm biến siêu âm đo mức nước trong bể chứa
- Cảm biến siêu âm giám sát mực nước nhiên liệu trong bồn hóa chất thực phẩm
- Cảm biến siêu âm giám sát mức trong ống nghiệm

Lưu ý khi mua cảm biến siêu âm

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến siêu âm, người dùng nên chú ý một số đặc điểm sau để lựa chọn cảm biến:
- Khoảng cách và kiểm tra là bao xa
Tùy vào từng ứng dụng đo khoảng cách khác nhau mà người dùng có thể chọn mua loại cảm biến siêu âm sao cho phù hợp. Ví dụ với những ứng dụng đo khoảng cách gần, bạn sẽ chọn mua những loại cảm biến siêu âm chuyên dụng tương ứng.
- Vùng mù của cảm biến có phù hợp
Vùng cảm biến là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng hoạt động của thiết bị. Đây là khoảng cách từ bộ phát của cảm biến tính xuống phía dưới. Bạn nên chú ý lựa chọn cảm biến sao cho phù hợp với vị trí sử dụng.
- Nhiệt độ và môi trường tại nơi cần đo
Do cảm biến siêu âm cũng chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, do vậy khi chọn mua bạn nên lưu tâm điều này. Với những ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, hãy chọn những thiết bị có khả năng chịu nhiệt, chịu lực cao. Những thương hiệu cảm biến Siêu âm nổi tiếng hiện nay có xuất xứ từ nhiều quốc gia và chất lượng, thiết kế khác nhau.

Cảm biến siêu âm PiL

PiL là thương hiệu đến từ Germany với hơn 25 năm kinh nghiệm, chuyên cung cấp về các dòng cảm biến chất lượng. Cảm biến siêu âm của PiL được sử dụng trong môi trường công nghiệp, khắc nghiệt vì chúng không phụ thuộc vào vật liệu, màu sắc của vật thể cần đo, không bị nhiễu bởi ánh sáng, bụi và sương mù, hoạt động rất chính xác và tuyến tính với khả năng khử nền. PiL có nhiều Model nổi trội ứng với nhiều thông số kỹ thuật phù với với nhu cầu công nghiệp như:

- Nhiều Dải đo 30 - 6000mm
- Ngõ ra đáp ứng với nhiều tiêu chuẩn kết nối như: 4-20mA, 0-10V, 2xPNP–NO/NC, 2xNPN–NO/NC, 1xPNP-NO, 1xNPN-NO
- Với nhiều loại cổng kết nối Connection: CM12, Cable 0.3-2m, dòng P42 có Interface Connection RS232, RS485
- Với nhiều loại kích thước khác nhau như M12, M18, M30
- Nguồn cấp 24 VDC

Đặc biệt với dòng cảm biến siêu âm Serie P53 STEEL HEAD, PIL đã mở rộng danh mục sản phẩm của mình để bao gồm cảm biến siêu âm đầu tiên trong vỏ bọc hoàn toàn bằng thép không gỉ. Do cấu trúc vỏ đặc biệt làm bằng thép không gỉ (1.4404), rất phù hợp để sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như bụi, ẩm và hơi nước.
Mức độ bảo vệ cao IP68/ IP69K cho phép làm sạch hoàn toàn cảm biến. Với phạm vi lên tới 2500 mm và phạm vi nhiệt độ cao lên tới +80° C, cảm biến phù hợp với nhiều ứng dụng. Các phiên bản được chứng nhận EHEDG với vỏ không có khe hở được định sẵn để sử dụng trong ngành công nghiệp đóng gói và thực phẩm.

Cảm biến siêu âm MICROSONIC

Là dòng cảm biến siêu âm chất lượng cao từ Germany với nhiều dải đo, kích thước và ngõ ra phù hợp với ứng dụng của khách hàng. Thường sử dụng cho các ứng dụng trong công nghiệp như: cảm biến siêu âm đo mức nước, cảm biến siêu âm đo khoảng cách, cảm biến siêu âm đo mức hóa chất. Dòng cảm biến tiêu biểu của Microsonic có thiết kế vỏ với đường kính M18, M30 bao gồm dải đo từ 30mm đến 8m với năm phạm vi phát hiện.
Tùy thuộc vào phạm vi phát hiện, độ phân giải bên trong để đo khoảng cách là 0,025 hoặc 2,4 mm. Tất cả các cảm biến đều được trang bị bù nhiệt độ tích hợp.

Sensors Việt Nam chuyên phân phối cảm biến siêu âm chất lượng cao có xuất xứ từ Đức, thiết kế nhỏ gọn, đẹp mắt và theo chuẩn công nghiệp. Cảm biến siêu âm sẽ đáp ứng mọi nhu cầu đo mức, khoảng cách hoặc cảnh báo trong nhà máy, công nghiệp.

Với mỗi dòng cảm biến siêu âm không tiếp xúc chỉ sử dụng cho mỗi mục đích khác nhau, do đó việc lựa chọn đúng loại cảm biến siêu âm đúng thông số kỹ thuật là điều rất quan trọng vì nếu chọn sai phép đo sẽ không chính xác và sẽ bị nhiễu bởi vật liệu khác nhau thì sử dụng model cảm biến khác nhau để đáp ứng được nhu cầu.

Quý khách hàng có thể tham khảo thêm hoặc cần tư vấn vui lòng gọi 0822 404 888. Chúng tôi sẽ hỗ trợ và báo giá một cách chính xác và nhanh nhất.