Cảm biến siêu âm đo khoảng cách ULM-53N

Một trong những loại cảm biến siêu âm hay dùng trong công nghiệp và được nhiều anh em đánh giá cao về chất lượng của nó. Đó là cảm biến siêu âm đo khoảng ULM-53N. Để tìm hiễu rõ hơn về loại cảm biến siêu âm đo mức này. Bài viết hôm nay, mình sẽ hướng dẫn kỹ thuật từ A đến Z cho những ai sử dụng loại cảm biến này nhé. Đồng thời ngoài ra, không chỉ nói về phần hướng dẫn mà mình sẽ mô tả rõ ứng dụng của loại cảm biến này phù hợp với từng môi trường đo mức nào.

Các bạn hãy đọc thật kỹ về phần hướng dẫn kỹ thuật của cảm biến siêu âm đó khoảng cách ULM-53N này nhé.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách ULM-53N

Cảm biến mức nước siêu âm, cảm biến siêu âm chống nước hay đo mực nước bằng cảm biến siêu âm đều là nhưng tên gọi và đồng thời chỉ rõ chức năng chính của loại cảm biến siêu âm ULM-53N.

ULM-53N là một sản phẩm được thiết kế và chế tạo tại Ý, được công ty DINEL chuyên cung cấp và phân phối tại thị trường Việt Nam mình. Chính vì thế, hiện nay đây cũng là một trong những cảm biến siêu âm đứng “TOP” trong danh sách sản phẩm tin dùng của một số kỹ sư nói chung và những người thợ kỹ thuật nói riêng.

Nguyên lý cảm biến siêu âm đo khoảng cách

Các dạng sóng siêu âm đã là một kiến thức phổ thông, thế nên ắt hẳn ai ai cũng hiểu rõ về cách hoạt động của loại  sóng này rồi. Dẫu vậy, mình cũng xin chia sẽ lại một chút kiến thức cơ bản của loại cảm biến ULM-53N này.

Cảm biến siêu âm ULM-53N, sẽ “bắn” ra những gợn sóng ở dưới tần số siêu âm. Chúng ta có thể nghe thấy được “cảm biến” có hoạt động hay không bằng cách lắng nghe khi nó kêu “tạch-tạch-tạch”.

Đây chính là những đợt sóng siêu âm được “bắn” ra và đồng thời ngay tức thì được nhận tín hiệu phản hồi. Khi sóng siêu âm được bắn đi chúng ta được biết rằng là “sóng tới.” Lúc sóng gặp vặt cản và bị phản ngược trở lại thì chúng ta sẽ hiểu là “sóng phản xạ”.

Vậy, mỗi khi cảm biến đo mức siêu âm hoạt động. Nó sẽ bắn ra các “sóng tới” và đồng thời sẽ nhận lại “sóng phản xạ”.  Mặt khác, những đoạn sóng này sẽ có phương song song với nhau và chiều thì ngược nhau. Nên dẫn đến, khi lắp đặt thì các bạn tuyệt đối phải lắp đặt “vuông góc” với bề mặt vật chất.

Cấu tạo cảm biến siêu âm đo khoảng cách

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách ULM-53N này có cấu tạo bên ngoài khá là đơn giản. Chúng sẽ gồm có 4 bộ phận bên ngoài cơ bản như sau:

• Bộ phận kết nối dây.
• Vị trí cài đặt chức năng đo cho cảm biến
• Bộ phận vi xử lý tín hiệu
• Bộ phận phát và thu sóng siêu âm

Trong phần cấu tạo của cảm biến siêu âm trên, thì các bạn hãy lưu ý phần vị trí cài đặt cho cảm biến nhé. Đấy là phần mình sẽ hướng dẫn kỹ thuật bên dưới.

Ứng dụng cảm biến siêu âm đo mức

Ngày nay, ứng dụng của cảm biến siêu âm chúng ta được tiếp cận nhiều nhất vẫn là dùng cho các trường hợp dưới đây:

• Dùng để đo mức chất lỏng
• Dùng để đo chiều cao hay độ sau.

Đấy là hai ứng dụng phổ biến nhất của loại cảm biến siêu âm đo mức ULM-53N được sử dụng trong cách ngành công nghiệp tại Việt Nam ta hiện nay. Chính vì thế nó được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống giám sát hoặc điều khiển thiết bị như SCADA, DCS, PLC…trong các lĩnh vực dưới đây:

• Trong ngành sản xuất và chế tạo thực phẩm: Sô cô la, các loại mức, các loại nước ngọt, dầu ăn…
• Trong lĩnh vực sản xuất hay tái chế nước: Điển hình như trong các bể chứa nước, nướ thải, đập thủy điện…
• Đối với lĩnh vực hóa chất – Y dược: Hay được dùng đo mức các chất lỏng có độ kết dính: keo… chất lỏng dạng sệt…
• Trong ngành sản xuất và điều chế từ dầu thô: Dùng để đo mức các bình chứa các bể dầu DO, dầu thủy lực, dầu nhiên liệu…

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm đo mức

Về ưu điểm

• Đảm bảo được sự an toàn về vệ sinh thực phẩm hoặc sự ăn mòn điện hóa. Lý do đơn giản là đo mức chất lỏng không tiếp xúc.
• Được dùng để đo mức có chiều cao hay sâu lên đến 20m.
• Dễ dàng cài đặt bằng bút từ.
• Phù hợp lắp đặt cảm biến ngay trực tiếp ngoài trời.
• Có đền LED hiển thị trạng thái.
• Sử dụng để đo mức trong môi trường dễ cháy nổ.
• Có độ chính xác cao.

Về nhược điểm

• Vì là dạng cảm biến đo mức không tiếp xúc nên dẫn đến giá thành của nó khá là cao.
• Không dùng để hiển thị giá trị đo trực tiếp.

Hướng dẫn sử dụng cảm biến siêu âm ULM-53N

Làm thế nào có thể nối dây cho cảm biến siêu âm đo mức? Cách cài đặt mức đo của cảm biến siêu âm như thế nào? Hay cách kiểm tra tín hiệu của cảm biến? Và rất nhiều câu hỏi liên quan khi sử dụng loại cảm ULM-53N này.

Chính vì vậy, để giải đáp những vấn đề trên cùng với một số trường hợp liên quan khác thì các bạn hãy đọc kỹ để hiểu rõ thêm về loại cảm biến này nhé!

Cách lắp đặt cảm biến ULM-53N

Trước khi lắp đặt cảm biến ULM-53N, thì các bạn cần phải lưu ý hai điểm sau:

• Khi lắp đặt, bắt buộc phải để cảm biến có phương và chiều vuông góc với mặt phẳng bề mặt. Như vậy, trong quá trình cảm biến đo lường thì sẽ cho con kết quả hầu như chính xác hơn.
• Hạn chế những dị vật nằm trên đường của “sóng tới” và “sóng phản xạ” của cảm biến. Bởi vì nó chính là “nhân tố” làm sai lệch kết quả đo cho cảm biến. Dẫn đến, làm sai lệch kết quả trên hệ thống màn hình giám sát.

Hai lưu ý trên tuyệt đối bạn nên nhớ trong quá trình lắp đặt để sử dụng cảm biến. Ngoài ra, có một số khu vực bạn cũng nên để ý khi lắp đặt. Đặc biệt trong số đấy là ở một số chỗ gần đầu ống xã nước, trong phần máy trộn dung dịch và đặc biệt nhất là một số dung dịch có nhiều “bọt”.

Để có thể đảm bảo được “độ chính xác” khi đo mức chất lỏng đối với những môi trường trên. Những môi trường mà bề mặt hay bị biến dạng: sóng nước nhấp nhô (gần ống xả nước), bọt trắng…(chủ yếu ở hóa chất). Chúng ta thường hay kèm theo một loại ống dạng phễu.

Ống này có nhiệm vụ thu gom lại những gợn “sóng phản hồi” từ cảm biến. Sẽ làm tăng độ chính xác khi đo đối với một số môi trường đặc biệt trên.

Bên cạnh đó, tuy cảm biến được sử dụng lắp đặt ở ngoài trời. Tuy nhiên bạn cũng nên thiết kế mái che cho cảm biến để tăng độ bền cũng như tuổi thọ cho cảm biến.

Cách nối dây cho cảm biến ULM-53N

Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng ULM-53N có thể dùng để kết nối ở hai dạng sau đây:

• Sử dụng nguồn Loop power cho cảm biến. (Active).
• Sử dụng nguồn phụ 24V ngoài cho cảm biến (Passive).

Đối với cảm biến siêu âm này, nó sẽ có 3 chân nối dây. Chân số (1) dùng để nối nguồn dương (+U), chân số (2) dùng để nối nguồn âm (0V). Chân còn lại NC là Not connected – không dùng để nối dây.

Cách nối dây theo kiểu Active

Để nối dây theo kiểu dạng Active này thì bạn hãy đọc kỹ phần thông số cài đặt của các bộ module nhận tín hiệu ATR244, PLC… Nghĩa là bạn phải để ý rằng, các bộ module này có cấp thêm nguồn phụ ngõ ra hay không. Nếu có thì chúng ta sẽ tiến hành nối dây như sau:

Chân (1) sẽ được nối vô tiếp điểm có chân cung cấp nguồn điện 24V.

Chân (2) sẽ được nối vô tiếp điểm có chân dùng để nhận tín hiệu ngõ vào mA hoặc 0V.

Cách nối dây theo kiểu Passive 

Kiểu đấy nối Passive thường dùng cho những bộ Module không có khả năng tự cung cấp thêm một “nguồn phụ” cho cảm biến. Chính vì thế mà chúng ta phải cần thêm một bộ nguồn tổ ong hoặc Z-Supply cung cấp nguồn. Sơ đồ và cách đấu dây như sau:

+) Nguồn dương của nguồn tổ ông sẽ nối vào chân (1).

+) Chân (2) sẽ nối vào các chân nhận tín hiệu mA.

+) Ngõ ra của cặp chân mA đấy sẽ nối vào nguồn âm của tổ ong.

Cách cài đặt chức năng đo mức cho cảm biến

Về sự đo mức của cảm biến siêu âm nó sẽ có 2 chế độ sau:

• Dùng để đo khoảng cách từ cảm biến cho đến bề mặt của chất lỏng.
• Dùng để đo chiều cao của mực chất lỏng trong bể là bao nhiêu.

Cài đặt chức năng đo mức chiều cao chất lỏng

Bước 1: Làm cạn khu vực chứa nước.

Bước 2: Dùng “Bút từ” chạm nhẹ vào vị trí “EMPTY” của cảm biến khoảng 2 giây. Cho đến khi nào bạn thấy đèn màu cam “STATE” nháy chầm chậm. Tiếp tục giữ tại ví trị này thêm 3s để cài đặt giá trị và lưu trữ nó trong bộ nhớ cảm biến. Lúc này, đèn màu cam “STATE” sẽ nháy nhanh 3 lần.

Bước 3: Làm đầy khu vực chứa nước. Hoặc để cảm biến gần ngoài phía “Deadzone” của cảm biến để báo mức biết mức cao nhất.

Bước 4: Dùng “Bút từ” tại vị trí “Full” của cảm biến khoảng 2 giây. Cho đến khi bạn thấy đèn mà cam “STATE” nháy chầm chậm. Tiếp tục để tại ví trí đấy thêm ít nhất khoảng 3 giây. Để cho cảm biến chấp nhận giá trị và lưu trữ vô bộ nhớ. Lúc này, đèn sẽ nháy nhanh tiên lục khoảng 3 lần.
Bước 5: Quá trình cài đặt đã hoàn tất.

Cài đặt chức năng đo khoảng cách mực chất lỏng

Bước 1: Để chất lỏng trong bể đầy.

Bước 2: Dùng “Bút từ” chạm nhẹ vào vị trí “EMPTY” của cảm biến khoảng 2 giây. Cho đến khi nào bạn thấy đèn màu cam “STATE” nháy chầm chậm. Tiếp tục giữ tại ví trị này thêm 3s để cài đặt giá trị và lưu trữ nó trong bộ nhớ cảm biến. Lúc này, đèn màu cam “STATE” sẽ nháy nhanh 3 lần.

Bước 3: Làm cạn bể chứa chất lỏng. Hoặc để cảm biến đo mức khoảng cách tối đa mà bạn cần.

Bước 4: Dùng “Bút từ” tại vị trí “Full” của cảm biến khoảng 2 giây. Cho đến khi bạn thấy đèn mà cam “STATE” nháy chầm chậm. Tiếp tục để tại ví trí đấy thêm ít nhất khoảng 3 giây. Để cho cảm biến chấp nhận giá trị và lưu trữ vô bộ nhớ. Lúc này, đèn sẽ nháy nhanh tiên lục khoảng 3 lần.
Bước 5: Quá trình cài đặt đã hoàn tất.

Cách Calib-hiệu chỉnh tín hiệu ULM-53N

Khi nào chúng ta cần hiệu chỉnh tín hiệu Analog 4-20mA hay Calib lại tín hiệu? Những trường hợp như thế này hay sảy ra là nguyên nhân bởi xuất phát từ những yếu tố sau:

• Nhiễu tín hiệu đường truyền.
• Dây dẫn dùng quá dài hoặc có tính trở kháng quá cao.
• Cảm biến dùng lâu năm.

Để giải quyết những tình trạng trên, thì giải pháp phù hợp nhất là bạn sẽ phải dùng thêm bộ khuếch đại – Calib tín hiệu. Bộ này phù hợp dùng để lắp đặt trực tiếp bên trong tủ điện. Và phù hợp dùng để truyền tín hiệu đến các bộ PLC, bộ hiển thị…

Cách chia tín hiệu cảm biến siêu âm ULM-53N

Việc chia tín hiệu từ cảm biến siêu âm là một trong những ứng dụng phổ biến của loại cảm biến này. Bởi vì, ngoài việc hiển thị chiều cao hay khoảng cách ra. Thì đôi khi còn phải dùng để điều khiển một số thiết bị khác.

Dẫn đến, việc mua thêm một loại cảm biến siêu âm tương tự và lắp đặt thêm cho nó sẽ khá là tốn thời gian và tiền bạc. Vì vậy, bộ chia tín hiệu analoge 4-20mA là một phương pháp hữu ích được nhiều người hay tin dùng.

Cách kiểm tra tín hiệu cảm biến ULM-53N

Làm thế nào có thể “Kiểm tra” được tín hiệu cảm biến có ổn định hay không? Dưới đây mình sẽ hướng dẫn cho các bạn hai phương pháp có thể dùng để kiểm tra tín hiệu của cảm biến siêu âm ULM-53N.

Chúng ta sẽ sử dụng một trong hai bộ đồng hồ vạn năng hoặc đồng hồ giải lập tín hiệu 4-20mA để kiểm tra tín hiệu.Về cách kiểm tra thì các bạn làm theo sơ đồ nối dây như trên.

Nếu như tín hiệu của cảm biến không nằm trong phạm vi khoảng từ 3,97mA đến ngưỡng 20mA thì cảm biến bị gặp sự cố.

Vùng mù của cảm biến siêu âm

Vùng mù của cảm biến siêu âm hay Deadzone của cảm biến là khu vực khi mà nằm trong phạm vi này. Sẽ thông báo lỗi lên cho toàn bộ hệ thống. Chính vì thế, khi đi mua thiết bị hay tìm hiểu thông tin thông qua Datasheet/Cataloge. Các bạn nên ghi nhớ những điểm này nhé.

Thực tế, lúc xem thông tin về phạm vi đo. Bạn chỉ cần đề ý phần khoảng cách đo của nó như là 0,15 – 2 (m), 0,1- 6(m). Những ký hiệu con số 0,15 hoặc 0,1 mét ở đây chính là phạm vi của vùng mù cảm biến.

Tóm lại, bài viết này của mình đã giúp các bạn rút ngắn thời gian đọc và tìm hiểu thông tin của ULM-53N. Những thông tin trên, mình đã tóm lược cho ngắn lại và viết một cách dễ hiểu cho những bạn nào mới dùng có thể hình dung ra được cách sử dụng cảm biến.

Bài viết về kiến thức siêu âm: Sóng siêu âm là gì? Các loại thiết bị dùng nguyên lý sóng siêu âm
Bài viết về các loại cảm biến đo mức – báo mức: [TOP 6] Cảm biến đo mức chất lỏng – chất hóa học…

Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của tôi. Chúc các bạn một ngày tốt lành!

SALES ENGINEER: Nguyễn Thành Đạt
SĐT: 0342962936