Cảm biến siêu âm AIRMAR – Giải pháp AIRDUCER cho đo mức và khoảng cách

Cảm biến siêu âm AIRMAR là nhóm thiết bị sử dụng công nghệ sóng siêu âm để phục vụ các hệ thống đo mức, đo khoảng cách, kiểm soát lưu lượng, phát hiện vật thể và xác định khoảng cách gần. Trong danh mục công nghiệp, AIRMAR sử dụng cho các đầu dò siêu âm được tích hợp vào thiết bị đo hoặc hệ thống điều khiển. Đây là điểm cần phân biệt khi lựa chọn sản phẩm: nhiều model AIRMAR là đầu dò siêu âm, không phải cảm biến hoàn chỉnh có sẵn ngõ ra 4–20 mA hoặc relay.

AIRMAR phát triển các dòng AIRDUCER với nhiều tần số và khoảng đo khác nhau, từ những ứng dụng phát hiện vật thể ở vài centimet đến đo mức silo hoặc bồn có khoảng cách hàng chục mét. Thiết kế này giúp cảm biến siêu âm AIRMAR có thể xuất hiện trong máy công nghiệp, thiết bị xử lý nước, máy nông nghiệp, hệ thống quản lý vật liệu và các sản phẩm OEM.

 

Cảm biến siêu âm AIRMAR được thiết kế theo từng khoảng đo

Thay vì sử dụng một loại đầu dò cho mọi vị trí, AIRMAR phát triển nhiều cấu hình dựa trên tần số làm việc. Tần số thấp thường phù hợp với khoảng cách đo lớn, trong khi tần số cao được sử dụng cho các phép đo ở khoảng cách gần và cần vùng phát hiện nhỏ hơn.

Ví dụ, ART15 AIRMAR làm việc ở khoảng 15 kHz và được hãng công bố cho các ứng dụng đo khoảng cách và mức với phạm vi tới khoảng 60 m. Trong khi đó, AT300 hoạt động ở 300 kHz và hướng đến phép đo khoảng cách rất ngắn, phát hiện vật thể hoặc proximity.

Cách xây dựng danh mục này giúp người thiết kế hệ thống lựa chọn cảm biến dựa trên khoảng đo thực tế thay vì chỉ căn cứ vào kích thước thiết bị.

AIRDUCER AIRMAR hoạt động như thế nào?

Phần tử áp điện bên trong cảm biến siêu âm AIRMAR nhận xung điện từ mạch phát và biến đổi thành sóng âm có tần số cao. Sóng siêu âm truyền qua không khí, gặp bề mặt chất lỏng, vật liệu hoặc vật thể rồi phản xạ trở lại đầu dò.

Đầu dò tiếp nhận tín hiệu phản hồi và chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện. Bộ xử lý của hệ thống sẽ tính khoảng thời gian từ lúc phát đến lúc nhận echo để xác định khoảng cách. Trong các hệ thống đo mức, khoảng cách này tiếp tục được chuyển đổi thành chiều cao hoặc thể tích vật liệu.

Vì vậy AIRDUCER cần được kết hợp đúng với mạch transceiver và xử lý tín hiệu. Một số dòng AR được AIRMAR thiết kế để có thể bố trí thêm mạch điện tử xử lý ngay trong cấu trúc đầu dò.

Cảm biến siêu âm AIRMAR cho đo mức

Đo mức là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của dòng AIRDUCER. Thiết bị có thể được lắp phía trên bồn hoặc silo và thực hiện phép đo mà không cần để đầu dò tiếp xúc trực tiếp với vật liệu bên dưới.

Danh mục Level Transducers của hãng có nhiều model như AR20, AR30, AR41, AR50, AR50CH, ARK30, ARK41, ARK50-THD, ARK75-THD, ART15, AT120 và ARK120-THD. Khoảng đo thay đổi đáng kể giữa từng dòng, cho phép lựa chọn từ bồn nhỏ đến silo có chiều cao lớn.

Phương pháp đo không tiếp xúc đặc biệt hữu ích tại bể nước, nước thải, nguyên liệu dạng hạt, bột và nhiều hệ thống công nghiệp mà việc lắp phao hoặc cảm biến cơ khí không thuận tiện.

Cảm biến AIRMAR cho đo khoảng cách

Đối với máy tự động, cảm biến khoảng cách AIRMAR có thể được sử dụng để xác định vị trí bề mặt, phát hiện vật thể hoặc duy trì khoảng cách của bộ phận máy với đối tượng cần kiểm soát. Danh mục Distance Transducers của hãng trải rộng từ AR20 có khoảng đo lớn đến AT120 và các dòng tần số cao cho khoảng cách gần.

AR30 là ví dụ cho một đầu dò tầm trung. Model này hoạt động ở khoảng 30 kHz, có góc chùm tia khoảng 12° và hãng công bố phạm vi đo tốt nhất có thể đạt tới khoảng 30 m; phạm vi danh định trong bảng lựa chọn là khoảng 0,8–25 m. AIRMAR lưu ý khoảng đo thực tế còn phụ thuộc mạch kích, xử lý tín hiệu và điều kiện bề mặt mục tiêu.

AR50 AIRMAR cho đo mức và khoảng cách công nghiệp

AR50 Airducer là model đáng chú ý trong nhóm cảm biến tần số 50 kHz. Model 39-027-0-01 được thiết kế cho ba nhóm ứng dụng gồm đo khoảng cách, lưu lượng và mức. Đầu dò có góc tia khoảng 12° ±2° tại -3 dB và cấp bảo vệ IP68.

Theo thông số hãng, phạm vi được khuyến nghị của AR50 khoảng 30 cm đến 10 m, trong khi điều kiện tối ưu có thể cho phạm vi lớn hơn. Model có cấu hình lắp với các lựa chọn BSP, NPT hoặc M32 và có tùy chọn thermistor 10 kΩ để hỗ trợ bù ảnh hưởng nhiệt độ.

AT120 AIRMAR cho phát hiện vật thể và khoảng cách gần

AT120 AIRMAR hoạt động ở 125 kHz và phù hợp với đo mức, khoảng cách, lưu lượng, proximity và phát hiện vật thể. Khoảng đo danh định mà hãng công bố là khoảng 20 cm đến 3 m, góc tia khoảng 12° ±2° và thiết kế đạt IP68.

Model này phù hợp với máy móc yêu cầu khoảng đo ngắn hơn và vùng phát hiện tương đối tập trung. Ngoài phiên bản tiêu chuẩn, AIRMAR còn phát triển ATK120 với vỏ PVDF Kynar® nhằm đáp ứng các môi trường có hóa chất ăn mòn mạnh hơn.

Dòng AIRMAR dành cho môi trường hóa chất

Không phải mọi ứng dụng đo mức đều sử dụng nước hoặc vật liệu trung tính. Bồn hóa chất, hệ thống xử lý nước hoặc một số quy trình sản xuất có thể tạo hơi và môi trường ăn mòn ảnh hưởng đến đầu dò.

Các dòng mang ký hiệu ARK hoặc ATK có những phiên bản sử dụng PVDF. Ví dụ ARK75-THD có kết cấu PVDF nguyên khối, đạt IP68 và được AIRMAR định hướng cho môi trường hóa chất khắc nghiệt. Model hoạt động ở 75 kHz và dùng cho đo mức, khoảng cách và lưu lượng.

Khả năng tương thích hóa chất vẫn phải được kiểm tra theo chính xác môi chất, nồng độ và nhiệt độ trước khi chọn thiết bị. Không nên chỉ căn cứ vào việc sản phẩm có vỏ PVDF để mặc định phù hợp với mọi hóa chất.

Một số model cảm biến siêu âm AIRMAR

Các dải trong bảng là thông số lựa chọn do AIRMAR công bố và có thể khác với khoảng đo cực đại trong điều kiện thử tối ưu. Khi báo giá thiết bị thay thế nên sử dụng đúng datasheet của từng part number.

Ưu điểm của cảm biến siêu âm AIRMAR

Thiết kế đo không tiếp xúc giúp AIRDUCER hạn chế các chi tiết cơ khí tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cần đo. Nhiều model có kết cấu kín đạt IP68, thích hợp tích hợp vào máy móc hoạt động ngoài trời hoặc môi trường công nghiệp. AIRMAR cũng cung cấp nhiều mức tần số và phạm vi đo, giúp nhà chế tạo thiết bị lựa chọn đầu dò theo đúng hình học của bồn hoặc máy.

Một lợi thế khác là khả năng tùy biến cơ khí. Tùy dòng, hãng cung cấp lựa chọn chiều dài dây, kiểu ren lắp, thermistor bù nhiệt và vật liệu PVDF cho môi trường hóa chất. Điều này khiến AIRDUCER phù hợp với các nhà sản xuất máy và nhà tích hợp hệ thống hơn là cách sử dụng kiểu “cắm vào là chạy” của một cảm biến hoàn chỉnh.

Ứng dụng cảm biến siêu âm AIRMAR tại Việt Nam

Cảm biến siêu âm AIRMAR có thể được sử dụng trong hệ thống xử lý nước và nước thải, bồn chứa hóa chất, silo nguyên liệu, máy nông nghiệp, máy trải nhựa, thiết bị sản xuất, máy OEM, hệ thống quản lý tồn kho và thiết bị phát hiện khoảng cách.

Đối với khách hàng nhà máy tại Việt Nam, những thông tin cần kiểm tra khi thay đầu dò gồm model, part number, khoảng đo, tần số, góc tia, vật liệu vỏ, kiểu ren, dây cáp và mạch xử lý đang sử dụng. Việc này đặc biệt quan trọng vì cùng là AIRDUCER nhưng hai model có hình thức gần giống nhau chưa chắc tương thích về đặc tính điện và âm học.