Đã được đăng vào 01/06/2019 @ 10:04

Các phương pháp đo mức nước, dầu, chất lỏng…

Các loại cảm biến đo mức nước trong công nghiệp xuất xứ các hãng Dinel | endress hauser | Vega | Omron | Arduino | Carlo Gavazzi | Evikon…

Bao gồm cả các loại cảm biến đo mức nước phân khúc thấp độ chính xác không cao như Trung Quốc; Đài Loan cho đến các dòng thiết bị đo mực nước Châu Âu | EU | G7 .

Xem thêm:

• Đo mức nước, mức nhiên liệu đang có trong bồn, bể chứa sử dụng cảm biến siêu âm SR04 và Arduino
• Đo mức nước bằng cảm biến áp suất thủy tĩnh
• Sơ đồ mạch bơm nước tự động bằng phao và rơ le cảm biến

 

Cảm biến đo mức chất lỏng là phương pháp giám sát; hiệu chỉnh mức nước giúp người dùng biết được lượng chất lỏng trong bể; bồn hay các tank chứa còn nhiều hay ít; đầy hay cạn để có các giải pháp dự trữ thêm chất lỏng ví dụ như xăng dầu…

Hoặc kiểm tra lượng chất lỏng mà các nhà cung cấp bán cho mình đúng hay có gian lận trong đó. Hoặc tránh tình trạng chất lỏng tràn ra ngoài hoặc cạn làm cháy bơm….

Các thiết bị báo mức chất lỏng được ứng dụng rộng rãi trong việc:

• Đo mức nước liên tục xuất tín hiệu analog hoặc Modbus RTU

• Báo đầy báo cạn mức nước; nước thải; axit đặc, axit loãng; hóa chất; muối; nước ngọt; sữa, xăng dầu….

• Đo mức nước trong lò hơi nhiệt độ cao 100 oC; 200 oC….

Trong đó; cảm biến mực nước radar và cảm biến đo mực nước sóng siêu âm là 2 tiêu chí lựa chọn hàng đầu hiện nay bởi tính chính xác cao và chúng ta có thể hiệu chuẩn tùy ý phạm vi khoảng cách đo.

Các thiết bị đo mức chất lỏng trên là những giải pháp quản lý bồn nước bể nước; xăng dầu hoặc các dung chất axit; các dung dịch đặc… một cách tự nhiên theo dây chuyền sản xuất.

Và chúng được phân làm 2 dòng sản phẩm chính đó là:

• Thiết bị báo mức chất lỏng liên tục.
• Thiết bị báo mức chất lỏng on/off .

Nguyên lý cảm biến đo mức nước dạng phao

Các phương pháp đo mức nước bằng phao inox hoặc phao nhựa là phương pháp giám sát mực nước trong bồn đơn giản nhất; rẻ nhất; và cũng là cảm biến báo mức chất lỏng có độ chính xác thấp nhất

Phao cảm biến mực nước hoạt động theo nguyên lý khi nước dâng đến đâu thì phao nhựa hoặc phao inox nổi lên đến đó.

Cho đến khi nước làm chìm phao cho tín hiệu về báo đèn sáng lên đồng thời ngưng bơm.

Khi nước trong bồn rút đi phao lại hạ thấp từ từ theo mức nước rút và tắt đèn khi phao và mức nước có khoảng cách biểu thị cho việc gần cạn nước trong bồn

Trường hợp dùng phao; chúng ta thường thấy trong các nhà dân hoặc chung cư dùng để báo đầy bào tràn hay báo cạn mực nước.

Phương pháp này cũng được áp dụng trong các nhà máy cũ. Tuy nhiên; hiện nay việc sử dụng các dòng siêu âm; thủy tĩnh thay thế hoàn toàn dạng phao đang được triển khai rất nhiều đểm đảm bảo độ tin cậy báo về cao và tín hiệu ra giúp giám sát trên vi tính; điện thoại thông qua mạng internet

Nguyễn lý cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Đo mức bằng áp suất là giải pháp được dùng khi mà tất cả các phương án khác không thể sử dụng được bởi các điều kiện lắp đặt,sử dụng không phù hợp.

Trong các tank chứa có cánh khuấy thì việc dùng cảm biến radar , điện dung , siêu âm là không đáp ứng được điều kiện lắp đặt .

Cảm biến thủy tĩnh hay còn gọi phao đo mực nước dạng áp suất hoạt động theo nguyên lý áp suất nước ép vào đầu cảm biến thông qua bộ phận xử lý đưa về tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V (cảm biến đo mức 0-10V )

Thiết bị đo mực nước trong bể này bao gồm 1 dây cáp bọc nhựa bảo vệ và một bộ phận xử lý tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện với lớp bảo vệ IP68 chống nước xâm nhập.

Chủ yếu dùng để đo mức nước trong các bể nước sạch; nước thải.

Thường phao đo mức nước dạng thả chìm hay kết hợp với một bộ hiển thị mức nước hoặc bộ điều khiển mức nước trong nước hợp nước gần đầy hoặc gần cạn để tránh cháy bơm hoặc tràn nước ra khỏi bể

Tuy nhiên; mặc dù có độ sai số dưới mức 0.5% nhưng thiết bị đo được bền nhất và tốt nhất trong môi trường nước bình thường.

Còn đối với môi trường nước thải; hầu hết các bể nước thải tại các khu công nghiệp đều chứa các tạp chất axit hóa chất ăn mòn nên thiết bị sẽ không được bền trong các môi trường nước thải công nghiệp

Nguyên lý của cảm biến áp suất đo mức nước dựa vào sự thay đổi áp suất tác động lên màng cảm biến.

Nước có tỉ trọng 1 tương ứng 1 mét nước bằng 100mbar.

Đối với các chất lỏng khác có tỉ trọng lớn hơn 1 thì cần phải hiệu chỉnh lại trong cảm biến bằng màn hình cài đặt.

Sự linh động tuỳ chỉnh thang đo chính là điểm mạnh của cảm biến áp suất đo mức nước.

Độ chính xác cao .125% cho loại chuyên dụng Georgin – FKE với độ phân giải hiển thị 5 Digital .

Cảm biến đo mức FKE phù hợp cho các môi trường khắc nghiệt : 

• Nhiệt độ cao 
• Áp suất cao
• Bồn chứa có cánh khuấy
• Cần độ chính xác cao
• Thời gian đáp ứng nhanh 
• Khả năng tuỳ chỉnh cao

Vật liệu màng cảm biến có nhiều lựa chọn từ 316L , PTFE , Hasteloy C … cho từng ứng dụng khác nhau từ nước tinh khiết cho tới các loại hoá chất ăn mòn khác.

Việc chọn đúng loại vật liệu giúp cảm biến hoạt động chính xác & tăng tuổi thọ cảm biến.

Thiết bị báo mức nước dạng que

Thiết bị báo mức nước dạng que hay còn gọi đầu dò mực nước ( Phao ty cực đo mức nước).

Đây là dòng thiết bị có thiết kế gồm 1 que dò đường kính 6-8mm chiều dài tự do theo như cầu khách hàng;

Và một đầu chứa vi mạch chuyển đổi thành các dạng tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V hoặc tín hiệu dạng truyền thông Modbus RTU

Que dò mực nước có 2 dạng chính:

• Đo mức liên tục xuất tín hiệu analog hoặc modbus rtu
• Dạng báo tràn báo cạn mức chất lỏng.

Ưu điểm của dòng này

• Đa dạng chức năng và đo được tất cả các môi trường rắn lỏng như: Nước; nước sạch; khu vực nước nóng lò hơi; nước thải; xi măng; hạt nhựa; axit; hóa chất ăn mòn cao…

• Độ sai số 1 mm….1% tùy loại với mức giá tương đối rẻ so với các dòng siêu âm hoặc radar

• Nhiệt độ chịu được max 300 oC và áp suất chịu được max 100 bar

Nguyên lý cảm biến đo mức chất lỏng dạng điện dung

Cảm biến điện dung mang tới một giải pháp đo lường đáng tin cậy đựa vào sự thay đổi của độ dẩn điện trên cảm biến.

Cảm biến điện dung đo liên tục hoạt động theo nguyên lý cảm nhận mức chất lỏng dâng lên dựa vào que điện cực và chuyển chiều cao mức nước thành tín hiệu mới analog hoặc modbus để đưa về đọc trên bộ hiển thị hoặc PLC

Cảm biến điện dung đo on/off ( Phao báo cạn báo đầy dạng điện cực) hoạt động theo nguyên lý cảm biến gắn ngang.

Mực chất lỏng dâng lên vượt qua que điện cực thì cảm biến output tín hiệu PNP truyền về báo tràn và cần tắt bơm.

Mực chất lỏng trong bồn gần cạn rút qua cảm biến gắn phái dưới sẽ kích bơm để bơm chất lỏng vào

Tuy nhiên; để điều khiển được dạng tín hiệu PNP xuất ra từ cảm biến ta phải kết hợp thêm rơle kiếng hay còn gọi rơ le trung gian

Một ưu điểm khá lớn của cảm biến điện dung chính là khả năng chịu nhiệt độ cao và áp suất cao mà vẫn hoạt động tốt.

Nhiệt độ tối đa cảm biến điện dung có thể chịu được lên tới 200oC và áp suất chịu được tới 70 bar.

Với các ưu điểm của mình, các phương pháp đo mức nước điện dung được dùng đo cho các ứng dụng nước nóng, hơi nước và cả các loại dung dịch kém dẩn điện khác.

Tuy nhiên , thiết bị nào cũng có nhược điểm riêng của nó.

Nhược điểm lớn nhất của cảm biến điện dung chính là sự sai số. Sai số của cảm biến điện dung là 1% .

Một con số khá cao so với các phương pháp đo lường khác.

Một trong những yêu cầu quan trọng dùng cảm biến đo mức nước kiểu điện dung chính là không gian lắp đặt.

Khoảng cách từ cảm biến tới thành bồn chứa & khoảng cách từ đầu cảm biến tới đáy bồn chưa  phải lớn hơn yêu cầu của nhà sản xuất theo công thức .

Yêu cầu

• a > E/200 trong đó E là độ dài của đầu dò cảm biến
• h > 50mm . Khoảng cách tới thiểu từ đầu dò cảm biến tới đáy bồn chứa
• d > 40 + E/20 . Đây là khoảng cách tối thiểu khi lắp kiểu bình thông nhau

Cảm biến đo mức nước dùng sóng siêu âm

Thiết bị đo mức chất lỏng với phương pháp đo bằng sóng siêu âm là một trong các loại cảm biến đo mức nước có độ chính xác rất cao; hầu hết sử dụng đo mức nước; nước thải trong công nghiệp hoặc nước cất trong các nhà máy sản xuất thuốc.

Đây được coi là cảm biến đo mức liên tục ra 4-20mA hay cảm biến đo mức liên tục 0-10V hoặc cảm biến đo mức liên tục truyền thông modbus rtu

Hoặc đo mức Dầu Diezen; dầu Do trong các trạm xăng; Đo mức dầu điều, dầu nành; dầu trong các nhà máy….

Điểm mạnh của dòng này là độ chính xác cao 0.15%. Đây là một trong những mức đạt chuẩn Châu Âu.

Bên cạnh đó; do quá trình đo không ít xúc với chất lỏng nên độ bền cao. Tốc độ truyền tín hiệu nhanh. Cài đặt thay đổi các dãy đo một cách tự do mà không làm thay đổi độ sai số của thiết bị

Đo mức chất lỏng siêu âm dạng sóng cũng có 2 dòng đo liên tục và đo on/off tín hiệu output ra giống phao ty cực điện dung.

Nguyên lý cảm biế n siêu âm là bắn sóng. Sóng chạm vào chất lỏng sẽ phản hồi tín hiệu truyền về qua bộ phận xử lý đưa ra tín hiệu analog | Modbus rtu hay PNP rồi kết nối với bộ hiển thị mức nước liên tục để người dùng quan sát mức nước

Nguyên lý cảm biến đo mức chất lỏng bằng Radar tiếp xúc

Cảm biến báo mức radar hay còn gọi thiết bị đo cảm biến radar; được xem là một dòng thiết bị đo mức chất lỏng hoặc chất rắn có độ tín cậy cao; thời gian phản hồi tín hiệu nhanh.

Đo mức nước bằng cảm biến Radar tiếp xúc được xem là giải pháp đo chính xác nhất trong các loại cảm biến đo mức. 

Sai số 1mm trên toàn thang đo mà không phụ thuộc vào độ dài của cảm biến.

Đặc biệt; dòng cảm biến mức radar đo được tất cả các loại chất lỏng trong công nghiệp với nhiệt độ và áp suất cao; trừ các dòng axit hóa chất ăn mòn.

Bên cạnh đó; thiết bị radar còn đo mức chất rắn như xi măng trong các silo dạng tro bay hoặc đo mức xăng rất chính xác

Các hãng radar có độ chính xác cao hiện nay: Cảm biến mức radar hãng Vega; Cảm biến mức radar hãng Dinel; cảm biến mức radar hãng endress hauser.

Đây là một trong những hãng nổi tiếng xuất xứ Châu Âu

Trong đó, thiết bị đo mức radar của hãng Dinel là dòng cảm biến mức radar có mức giá khá tốt và dòng endress hauser có mức giá gần như là cao nhất trong các hãng thiết bị đo mức thuộc EU/ G7

Khác với cảm biến đo mức nước điện dung thì càm biến Radar có thời gian đáp ứng nhanh hơn rất nhiều dù có thiết kế tương tự.

Khả năng hiển thị được mức nước ngay trên cảm biến cùng chức năng điều chỉnh được dải đo chính xác trong thực tế.

Điểm mạnh vượt trội của cảm biến Radar 

• Khả năng chịu được nhiệt độ cao tới 200oC
• Áp suất lên tới 100 bar 
• Sai số 1mm
• Khoảng cách đo lớn nhất 40m
• Truyền thông Modbus RTU , 4-20mA HART 

Khi nào nên chọn cảm biến Radar

• Độ chính xác cao 
• Chi phí cho cảm biến lớn vì giá cao hơn so với các loại khác
• Cần thời gian đáp ứng nhanh

Sử dụng cảm biến đo mức Radar mang tới sự yên tâm về kết quả đo chính xác .

Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất của việc dùng cảm biến siêu âm chính là giá thành cao nhất so với các loại cảm biến đo mức khác.

Nếu chúng ta có một dự toán đủ cho việc chọn một cảm biến sử dụng dài lâu với độ chính xác cao thì cảm biến Radar là một lựa chọn phù hợp nhất.

Cảm Biến Chênh Áp Suất Đo Mức Nước

Các phương pháp đo mức nước bằng chênh lệch áp suất là giải pháp được dùng khi mà tất cả các phương án khác không thể sử dụng được bởi các điều kiện lắp đặt,sử dụng không phù hợp.

Bình thường báo mức liên tục trong lò hơi người ta thường sử dụng các dòng cảm biến đo mức dạng điện cực.

Tuy nhiên; ở nhiệt độ trên 200 oC bắt buộc phải chuyển sang cảm biến đo mức lò hơi dạng chênh áp.

So sánh giữa 2 điểm A và B; từ đó suy ra mức chất lỏng hiển tại trong lò hơi với độ chính xác cao.