Cảm biến đo mức chất lỏng

Cảm biến đo mức chất lỏng là phương pháp giám sát mức nước chính xác nhất , dạng tuyến tính analog 4-20ma hoặc 0-10v sau đó đưa tín hiệu về PLC để điều khiển .

Hiện nay việc dùng cảm biến đo mức chất lỏng để thay thế các loại công tắc đo mức nước dạng phao là lựa chọn hàng đầu .

Việc lựa chọn cảm biến báo mức phù hợp sẽ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư , thời gian bảo trì và tuổi thọ của thiết bị .Bài viết này sẽ chia sẻ kiến thức thêm cho các bạn biết cách lựa chọn cảm biến đo mức .

Có bao nhiêu loại cảm biến đo mức chất lỏng ?

Có 5 loại cảm biến đo chất lỏng được dùng nhiều nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp để đo sữa , nước ngọt, đo nước , đo dầu , hóa chất , axit , sút ,…

1 . Cảm biến đo mức chất lỏng dạng bắn sóng siêu âm

Để đo mức liên tục trong khoảng cách từ 20 mét trở xuống trong đó có nhiều phương pháp , trong đó đo mức nước bằng siêu âm là phương pháp đơn giản , dễ sử dụng và có độ chính xác cao .

Cảm biến đo mức nước siêu âm có thiết kế theo chuẩn IP67 , dùng cho môi trường mưa nắng được .

H4: Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức chất lỏng siêu âm :

Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý phát sóng siêu âm và phản xạ sóng siêu âm , dựa trên thời gian sóng phản xạ và vận tốc của sóng siêu âm , tính được khoảng cách giữa cảm biến và bề mặt chất lỏng ( đây cũng là chất lỏng trong bồn ) .

Cụ thể hơn : Cảm biến sẽ phát ra sóng dạng xung với tốc độ bằng với tốc độ của âm thanh, đó là lý do cảm biến được gọi là cảm biến siêu âm. Khi sóng siêu âm chạm mực chất lỏng thì sóng siêu âm sẽ bị phản xạ lại. Lúc này cảm biến siêu âm đóng vai trò là máy nhận sóng. Thời gian phát và nhận sóng sẽ được xử lý qua mạch điện tử đưa về tín hiệu Analog 4-20mA, 0-10V,Modbus.

 Thông số kỹ thuật cảm biến đo chất lỏng :

• Người dùng có thể thay đổi khoảng cách tùy ý , trong đó phạm vi khoảng cách : 50-400mm, 200-2200mm, 350-600mm,… khoảng cách tối đa là 20m .
• Nguồn cấp : thông thường là nguồn 24Vdc .
• Tín hiệu ngõ ra 4-20ma , 0-10v hoặc là Modbus RTU 485
• Có 2 loại , 1 loại có hiển thị Oled, 1 loại không hiển thị
• Thời gian đáp ứng 1…99s
• Cài đặt giá trị OLW – HIGHT tương ứng 4-20ma
• Cài đặt địa chỉ HART cho tín hiệu 4-20ma
• Sai số thấp <0,15%
• Nhiệt độ làm việc -20…70oC
• Góc nghiêng cảm biến chiếu xuống 10o

Loại có hiển thị sẽ chỉnh được thời gian đáp ứng của sensor báo mức để loại bớt sóng lăn tăn của bề mặt nước hay còn gọi là sóng ảo .

Ưu điểm của cảm biến siêu âm :

• Độ chính xác cao
• Lắp đặt cũng như cài đặt đơn giản
• Thời gian đáp ứng nhanh
• Dải đo rộng dùng được 0-20m
• Do không tiếp xúc trực tiếp nên dùng được cho môi trường thực phẩm , công nghiệp .
• Thiết kế nhỏ gọn

Nhược điểm của cảm biến đo mức chất lỏng bằng siêu âm 

• Không dùng được cho môi trường sút hoặc có bọt trên bề mặt chất lỏng
• Không dùng được cho môi trường có nhiệt độ và áp suất cao
• Giá thành cao hơn những loại cảm biến đo mức khác .
• Không dùng cho môi trường có gợn sóng nhiều sẽ làm cảm biến báo ảo , nếu dùng phải dùng nơi ít sóng hoặc làm giảm sóng .

Cảm biến đo mức chất lỏng thủy tĩnh

Hay còn gọi là cảm biến đo mức nước dạng thả chìm ,cảm biến áp suất thả chìm ,cảm biến chênh lệch áp suất , ….Với phảm vi đo mực nước sâu đến 200m . Tín hiệu ngõ ra 4-20ma/ 0-10v được nối với dây chống nước .Phần đầu cảm biến với tiêu chuẩn IP68 có thể ngâm sâu trong nước trong thời gian dài .

Cảm biến đo mức loại thả chìm này được sử dụng nhiều nhất là các nhà máy thủy điện , đo giếng , ao , hồ , sông ngòi ,…không có thiết bị nào có thể đo tốt hơn ở môi trường này bằng cảm biến thủy tĩnh .

Nguyên lý hoạt động cảm biến đo mức nước thả chìm :

Cảm biến được cấp nguồn xong , sẽ được thả xuống đáy hồ hoặc tank chứa nước , dưới áp lựa của nước thì màn cảm biến sẽ bị giãn ra và so sánh với áp suất khí quyển . Dựa vào sự chênh lệch áp suất này sẽ có được vi mạch chuyển đổi thành tín hiệu 4-20ma hoặc 0-10v .

Quy đổi theo chuẩn : 1bar = 10.21mH20 ( mét nước ) .

Ưu điểm của cảm biến thủy tĩnh :

• Không giới hạn bởi không gian lắp đặt
• Giá thành khá rẻ
• Cách sử dụng cũng như lắp đặt đơn giản .
• Dải đo lên đến 100 mét .

Nhược điểm của cảm biến đo mức thủy tĩnh :

• Chỉ dùng cho môi trường nước .
• Sai số cao hơn loại khác : 0.4-0.5%

 Cảm biến đo chất lỏng dạng điện dung :

Cảm biến điện dung mang tới một giải pháp đo lường đáng tin cậy vào sự thay đổi của độ dẫn điện trên cảm biến .Mức nước thay đổi làm biến dạng điện độ dẫn điện , bộ xử lý của cảm biến sẽ nhận biết được sự biến đổi này và chuyển đổi thành tín hiệu 4-20ma hoặc 0-10v .

Sensor điện dung được dùng để đo chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện , chất rắn , đo mức nước trong lò hơi , dầu diesel , xăng ,nước nóng…

Nguyên lý hoạt động :

1.Đối với chất lỏng dẫn điện :

Nước, nước thải ,..Thành tank ( bồn ) chứa lằm bằng inox,sắt…vật liệu dẫn điện thì khi mức nước tang hoặc giảm thì thiết bị cảm biến sẽ đo độ dẫn điện của nước so với thành tank chứa .Mức chênh lệch của nước với thành tank cũng chính là mức nước cần đo . Từ đây cảm biến sẽ đưa về vi mạch cho ra tín hiệu 4-20ma hoặc 0-10v tương ứng .

2.Đối với chất lỏng không dẫn điện :

Gồm dầu nành, diesel ,chất rắn,… hoạt đông tương tự cảm biến radar khác nhau ở điểm sensor cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện áp dọc theo que đo cảm biến .

Ưu điểm :

• Khả năng chịu nhiệt và áp suất cao , nhiệt độ tối đa lên đến 200oC , áp suất lên đến 70bar .
• Giá thành rẻ
• Dùng được cho chất không dẫn điện và kể cả chất dẫn điện .

Nhược điểm :

• Sai số của cảm biến là 1%. Khoảng cách xa số cao nhưng nếu đo khoảng cách gần thì sai số sẽ nhỏ không đáng kể mấy .
• Quan trọng về không gian lắp đặt . Khoảng cách từ cảm biến tới thành bồn chứa và khoảng cách từ đầu cảm biến tới đáy bồn phải lớn hơn yêu cầu của công thức nhà sản xuất ( phần này nhờ kỹ thuật bên bán tính và chọn cảm biến phù hợp cho ta ) .

Cảm biến đo mức chất lỏng bằng radar

Nguyên lý hoạt động :

Cảm biến đo mức bằng radar được xem là giải pháp đo chính xác nhất trong tất cả các loại cảm biến đo mức .

Khi lắp cảm biến vào hệ thống và được cấp nguồn xong , cảm biến sẽ phát ra xung điện từ dọc theo que đo hoặc cáp . Tốc độ của xung bằng tốc độ ánh sang , khi xung điện từ bị ngăn cảng bởi môi chất cần đo , thì xung điện từ sẽ phản xạ ngược lại cảm biến .

Thời gian khi xung được phát đi và truyền về sẽ được xử lý qua vi mạch để truyền tín hiệu 4-20ma/0-10v /Modbus RTU 485 để chúng ta điều khiển và hiển thị giá trị đo .

Khác với cảm biến đo mức điện dung , cảm biến radar có thời gian đáp ứng nhanh hơn rất nhiều , hiển thị được mức nước ngay trên cảm biến màn hình Oled điều chỉnh được dải đo chính xác trong thực tế , sai số cực thấp .

Cảm biến radar dùng đo cho chất lỏng và cả chất rắn , dạng bắn sóng được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt có nhiệt độ và áp suất cao .

Ưu điểm cảm biến đo mức chất lỏng radar :

• Khả năng chịu nhiệt độ và áp suất cao lên đến 200oC, áp suất đến 100bar
• Độ chính xác cao , sai số 1mm trên toàn thang đo mà không phụ thuộc vào độ dài cảm biến .
• Dải đo lên đến 40m
• Đo được chất rắn + chất lỏng
• Truyền thông Modbus RUT , 4-20ma Hart\
• Thời gian đáp ứng nhanh

Nhược điểm :

• Giá thành cao chỉ phù hợp cho dự án lớn hoặc môi trường khắc nghiệt hoặc yêu cầu độ chính xác cao .

Cảm biến đo chất lỏng bằng áp suất

Nguyên lý hoạt động :

Cảm biến được lắp bên ngoài bồn hoặc phía dưới đáy bồn chứa để nhận áp lực tối đa nhất .Số mét nước tương ứng với áp suất cũng được quy đổi và thiết kế giống áp suất thủy tĩnh . Cảm biến áp suất dựa vào sự thay đổi áp suất tác động lên màn cảm biến .Nước có tỉ trọng 1 tương ứng với 1 met nước = 100mbar .

Đối với chất lỏng khác có tỉ trọng lớn hơn 1 thì cần phải điều chỉnh lại cảm biến = màn hình cài đặt .

Đo mức bằng áp suất là giải pháp được dùng khi mà tất cả phương án khác không thể sử dụng được , bởi điều kiện lắp đặt , trong tank chứa có cánh khuấy.

Đo bằng áp suất có 2 loại

Loại thứ 1 đo bằng cảm biến áp suất : dùng được cho bồn hở không có áp suất và nhiệt độ dưới 80oC

Loại 2 đo bằng cảm biến chênh áp : dùng được cho bồn kín và cả bồn hở , dùng được cho nhiệt độ cao .

Ưu điểm của phương pháp đo mức bằng chênh áp :

• Tùy chỉnh được thang đo
• Độ chính xác cao
• Chịu được nhiệt độ cao ( tùy theo loại cái này phải tìm hiểu trước khi mua )
• Dùng được cho bồn chứa có cánh khuấy
• Thời gian đáp ứng nhanh
• Dùng được cho bồn hở + bồn kín

Cảm biến đo chất lỏng dạng điện cực :

Cảm biến đo mức chất lỏng 3 que thiết kế chuyên phát hiện trực tiếp mức chất lỏng dẫn điện. Kết quả đo được từ que đo cảm biến sẽ truyền lên bộ hiển thị để đọc kết quả hoặc kết nối với bộ điều khiển .

Cảm biến đo mức nước dạng điện cực hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh điểm giữa các que với nhau .

Cụ thể : để đo 2 mức báo đầy báo cạn cần phải có 3 cọc dò mức nước , vì vậy còn được gọi là cảm biến 3 que .Mức thấp và mức cao sẽ so sánh với que dài nhất để báo mức nước khi đầy hoặc cạn , và cần kết hợp với modul cảm biến mực nước CDSU-522 để cho ra tín hiệu relay điều khiển bơm nước . Tại relay 1 tương ứng với bơm chạy , còn relay 2 tương ứng với bơm dừng .

Ưu điểm :

• Giá thành tương đối .
• Dùng được cho bồn hở và bồn kín
• Thiết kế nhỏ gọn , dễ lắp đặt .
• Chuyên phát hiện nước chất lỏng dẫn điện .
• Chịu được nhiệt độ cao lên tới 130oC
• Vỏ và que đo điện cực cấu tạo thép không rỉ , ống cách nhiệt = PTFE .
• Cảm biến 3 que hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao bền .

Nhược điểm :

• Bị giới hạn về chiều dài que đo , chiều dài que max 3 met

Ngoài những cảm biến nói trên . Thì hiện nay trên thị trường vừa ra mắt dòng cảm biến điện dung báo cạn báo đầy được kết nối với dụng cụ kéo dài hình ống .

Cảm biến điện dung RFLS-28N :

Nhờ cấu tạo đặc biệt này , cảm biến thích hợp dùng cho môi trường dẫn điện và nhớ ( sữa chua , mứt , sốt , xà phòng lỏng, kem và bột nhão….)

Đặt biệt cảm biến có thể phân biệt được dầu , nước , không khí , nhận biết được bọt .

Cảm biến thiết kế để sử dụng trong công nghiệp để báo mức giới hạn cất lỏng và rắn .

Cách lắp đặt :

Giống như cảm biến siêu âm , cảm biến RFLS-28N thiết kế chỉ dùng cho lắp thẳng đứng trong bể . Đối với rường hợp bể sâu thì dùng phụ kiện hình ống thả sâu cảm biến vào thẳng bên trong bể .

Trong hình cho thấy cảm biến có thể phát hiện ra bọt .

Ưu điểm của cảm biến đo mức chất lỏng RFLS-28N:

• Dùng được cho bồn kim loại , nhựa, bồn chứa bể chứa ,tàu , thùng chứa ,..v…v.
• Dùng tốt cho môi trường chất lỏng , bùn và chất nhão
• Khả năng chống bám dính của nhớt ( tương cà, sữa chua ,bột phết , siro, kem, chất làm sạch , bia, dầu , sơn ,…)
• Thay thế cảm biến báo mức rung .
• Cài đặt dễ dàng bằng bút từ ( đi kèm khi mua cảm biến ).
• Có nắp bảo vệ để ngăn chặn ở nhưng nơi có nguy cơ hư hỏng cơ học.
• Vỏ cảm biến làm bằng thép không gỉ S316L
• Đặc biệt : cảm biến có thể loại bỏ cặn bẩn và bọt trên điện cực .

Nhược điểm :

• Không dùng cho trường hợp lắp cảm biến ngang
• Giá thành tương đối , không rẻ nhưng cũng không quá cao

Bài viết về cam bien do muc chat long kết thúc ở đây nhé các bạn . Mình đã giới thiệu khá chi tiết từng loại cảm biến , nếu bạn cần hiểu chuyên sâu hơn hay liên hệ cho Dung. Dung rất vui khi nhận được tương tác của các bạn .

Còn nhiều kiến thức về cảm biến mình sẽ gới thiệu ở bài viết sau .Chúc thành công !

Liên Hệ

Kỹ Sư Cơ Điện Tử – Mr. Trọng

Zalo/Mobi: 0975 116 329

Mail: trongle@huphaco.vn