Cảm biến siêu âm công nghiệp

Cảm biến siêu âm được sử dụng khá nhiều trong các ứng dụng đời sống hàng ngày và cũng như trong các dây chuyền nhà máy công nghiệp. Trong bài viết hôm nay, hãy cùng mình tìm hiểu về các loại cảm biến siêu âm công nghiệp được dùng phổ biến nhất hiện nay.
Khác với các loại cảm biến siêu âm sử dụng trong đời sống như: cảm biến siêu âm phát hiện vật cản thường dùng trên các loại xe ô tô, cảm biến siêu âm dùng trong chuẩn đoán y khoa, cảm biến vân tay siêu âm trong màn hình trên một số điện thoại smartphone…..

Thì dòng cảm biến siêu âm trong công nghiệp chủ yếu là những ứng dụng phát hiện nứt, vỡ, phát hiện xê dịch hàng hóa trên các băng chuyền,…. hoặc thường thấy nhất là loại cảm biến siêu âm đo mức nước chuyên dùng để xác định thể tích chất lỏng trong bồn chứa.
Vậy thì, trước tiên ta cần tìm hiểu về một vài những khái niệm cơ bản như sau:

Cảm biến siêu âm là gì?

Để hiểu đơn giản nhất về loại cảm biến này, ta chỉ cần hình dung như sau:
Đây là 1 loại cảm biến mà bản thân nó có thể phát ra được sóng siêu âm, khi sóng siêu âm này gặp 1 vật cản thì nó sẽ phản xạ lại cho cảm biến. Cảm biến khi đó sẽ tính toán được khoảng cách từ cảm biến đến vật cản.

Chỉ đơn giản là vậy!
Còn về sóng siêu âm, bạn có thể hiểu rằng đây là một loại sóng lan truyền trong không khí mà tai người không thể nghe được. Nhưng thực tế là trong tự nhiên, vẫn có một vài loài vật có thể nghe và sử dụng sóng siêu âm, chẳng hạn như loài dơi hoặc cá heo, cá voi,…. chúng cũng dùng sóng siêu âm để định vị và tránh vật cản.

Cảm biến siêu âm dùng để làm gì?

Chính vì khả năng đo được khoảng cách từ cảm biến đến vị trí vật cản nên nó được sử dụng trong các ứng dụng đo khoảng cách hoặc đo mức chất lỏng.
Ví dụ như trong các xe ô tô ngày nay đều có hệ thống phát hiện vật cản. Đó chính là ứng dụng của cảm biến siêu âm.
Hoặc trong các băng chuyền nhà máy, người ta sử dụng 1 cảm biến siêu âm đặt phía trên băng chuyền để phát hiện ra các sản phẩm bị lỗi hoặc nứt, vỡ…

Còn không, thì bạn có thể thấy trong các phòng họp, người ta có gắn 1 cái cảm biến nhỏ nhỏ. Khi không phát hiện có người trong phòng thì đèn sẽ tự động tắt. Ngược lại khi có người hoạt động trong phòng thì đèn sẽ sáng. Đó cũng chính là ứng dụng của cảm biến siêu âm.
Và còn khá nhiều những ứng dụng khác nữa.
Nhưng tóm chung lại, ứng dụng của cảm biến siêu âm vẫn là đo khoảng cách và phát hiện vật cản.
Sau đây ta sẽ cùng tìm hiểu về những ưu điểm cũng như nhược điểm của loại cảm biến này như sau:

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm:

Đầu tiên là một vài ưu điểm như sau:

• Kích thước nhỏ gọn, đơn giản, dễ lắp đặt
• Có thể thay thế hoàn toàn cho phương pháp đo mức bằng điện dung, đo mức bằng que dò mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
• Đối với ứng dụng đo mức nước; dòng cảm biến này có thể đo được khoảng cách mà không cần tiếp xúc với môi trường đo. Vì thế nên nó rất thích hợp cho các ứng dụng đo nước sạch hoặc hóa chất ăn mòn.
• Độ nhạy cao, bởi vì sóng siêu âm có tốc độ ngang ngửa với vận tốc âm thanh.

Bên cạnh ưu điểm, dòng cảm biến này cũng có một số những nhược điểm sau:

• Không có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Bởi vì khi nhiệt độ lên cao quá sẽ làm lệch đường đi của sóng. Theo công bố của nhà sản xuất thì các loại cảm biến siêu âm đo mức chỉ có thể chịu được nhiệt độ tối đa là 50 đến 60 độ C.
• Khả năng chịu áp suất của dòng cảm biến này cũng khá thấp, chỉ vào khoảng 1 bar trở lại.
• Vì là loại công nghệ mới nên giá thành của nó cũng sẽ hơi cao so với các loại khác.
• Khoảng cách đo được của nó chỉ tối đa khoảng 20m trở lại.

Cảm biến siêu âm công nghiệp dùng để làm gì?

Trong công nghiệp, ta có thể thấy một vài những ứng dụng của cảm biến siêu âm như:

Cảm biến siêu âm đo mức nước:

Lấy ví dụ bạn có 1 bồn chứa nước cao 6m. Bạn muốn xác định rằng hiện tại trong bồn đó có bao nhiêu lít nước hoặc mức nước trong bồn đang ở mức bao nhiêu?
Thì thay vì bạn dùng các loại cảm biến đo mức loại điện dung để đo (ưu điểm của loại này là giá thành khá thấp) thì bạn có thể dùng 1 con cảm biến siêu âm.
Đầu tiên, bạn lắp đặt 1 con cảm biến siêu âm ở phía trên của bồn chứa. Mình lấy ví dụ ở đây như là con cảm biến siêu âm đo mức thang đo 0-6m của hãng Dinel model ULM-53N-06.
Với thang đo có sẵn là 0-6m, bạn có thể đo được mức nước trong bồn tối đa là 6m. Ngoài ra, khi bạn cần đo mức thấp hơn; bạn hoàn toàn có thể tự cài đặt lại theo thang đo mong muốn.
Sau đó thì ta sẽ kéo dây tín hiệu từ cảm biến về tủ điện; và kết nối với 1 bộ hiển thị hoặc PLC để đọc tín hiệu.

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản:

Mình lấy ví dụ như trên 1 băng chuyền sản phẩm; bạn muốn xác định khi nào trên băng chuyền có sản phẩm thì sẽ tự hoạt động. Hoặc khi nào trên băng chuyền không có sản phẩm thì sẽ tự động ngưng.
Thì bạn sẽ cần gắn 1 cảm biến siêu âm phía trên băng chuyền. Giả sử chiều cao từ cảm biến đến băng chuyền là 2m. Thì ta sẽ mua con cảm biến siêu âm có thang đo là 0-2m.
Khi cảm biến phát 1 chùm sóng xuống bề mặt băng chuyền, nếu nó không phát hiện có vật nào cản lại (khoảng cách >= 2m) thì nó sẽ tự động tắt băng chuyền.
Còn nếu như khoảng cách từ cảm biến xuống băng chuyền < 2m thì chứng tỏ là hiện tại trên băng chuyền có sản phẩm.
Nên có thể nói, con cảm biến siêu âm dùng trong trường hợp này nó tương tự như các loại cảm biến tiệm cận thường lắp trên băng chuyền. Chỉ khác nhau đó là nó có khoảng cách nhận diện xa hơn và chính xác hơn.
Ngoài ra thì loại cảm biến này cũng được dùng trong các loại cảm biến trên những con rô bốt. Nó sẽ giúp rô bốt tránh được các vật cản.

Một vài loại cảm biến thường gặp:

Sau đây ta sẽ tìm hiểu qua về một vài loại cảm biến thường gặp nhất hiện nay. Mình sẽ đi từng loại từ đơn giản nhất đến phức tạp nhất nha.
Đầu tiên, ta có loại cảm biến đỉnh nhất hiện nay:

Cảm biến vân tay siêu âm s10:

Đây là loại cảm biến đang được sử dụng trên chiếc điện thoại Samsung Galaxy S10 hiện nay.
Về nguyên lý hoạt động, nó cũng sẽ phát ra 1 chùm sóng từ cảm biến phía sau màn hình đến vân tay của người dùng.

Đối với vân tay của chúng ta, sẽ có các đường vân tay. Cảm biến sẽ dựa vào độ sâu của từng vân tay để vẽ lại dấu vân tay của chúng ta. Từ đó sẽ đối chiếu với vân tay mà ta đưa vào.

Cảm biến siêu âm srf05:

Dòng cảm biến này có phạm vi đo chỉ từ 2cm đến tối đa là 450cm. Tuy nhiên; ở khoảng cách 450cm thì cảm biến sẽ rất dễ bị nhiễu hoặc sai số vì khi hoạt động; nó phát ra 1 chùm sóng dạng nón. Ở càng gần cảm biến, độ chính xác càng cao, khi ở càng xa thì độ chính xác càng giảm.

Ngoài ra, ưu điểm của loại cảm biến này là kích thước khá nhỏ (43mm x 20mm x 17mm) nên có thể dễ dàng tích hợp trong các mạch điện tử.

Cảm biến siêu âm hc-sr04:

Dòng cảm biến này có ưu điểm là giá thành rẻ và chính xác. Nó có khả năng nhận được tín hiệu trong vòng 300 cm trở lại.

Và cũng giống như loại SRF05, khi vật cần đo ở xa cảm biến; độ chính xác sẽ càng giảm đi.

Cảm biến siêu âm omron:

Hiện nay, dòng cảm biến của hãng Omron đang được sử dụng khá nhiều vì ưu điểm giá thành rẻ mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
Khoảng cách đo tối đa của dòng cảm biến này là vào khoảng 6m.

Là một thương hiệu lâu đời của Nhật Bản – 1 trong 7 nước thuộc G7 nên về chất lượng; bạn hoàn toàn có thể yên tâm.
Tuy nhiên, hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm nhái của thương hiệu này. Bạn cần phải tìm đúng nhà phân phối cũng như tìm hiểu kỹ trước khi tìm mua.

Cảm biến siêu âm đo mức nước Dinel:

Hãng Dinel là một thương hiệu lớn của Cộng hòa Séc chuyên cung cấp các loại cảm biến đo mức dạng siêu âm cũng như dạng điện dung, công tắc dòng chảy, đồng hồ đo lưu lượng.
Và cũng ít ai biết, hãng Dinel là hãng chuyên gia công cho các thương hiệu của các nước G7.

Vì thế, về chất lượng sản phẩm, hãng Dinel có chất lượng hoàn toàn không thua kém so với các hãng khác cùng bậc.
Về cảm biến siêu âm của hãng Dinel; nó có khả năng đo được khoảng cách lên đến 20m mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
Ngoài ra thì sóng siêu âm phát ra là dạng hình nón có góc chỉ vào khoảng 10 đến 14 độ tùy vào thang đo. Độ sai số của cảm biến chỉ vào khoảng 0,15% đến 0,3% nên đang được dùng khá nhiều trong các nhà máy, các ứng dụng đo mức chất lỏng.
Có thể tham khảo về các dòng cảm biến siêu âm của hãng Dinel tại địa chỉ:

Cảm biến siêu âm đo mức nước Dinel

Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn được những thông tin bổ ích về cảm biến siêu âm.
Nếu có gì sai sót, hãy giúp mình bằng cách comment bên dưới.
Xin cảm ơn.