Có 5 loại cảm biến đo mức chất lỏng dạng tuyến tính analog 4-20mA, 0-10v đưa tín hiệu về PLC điều khiển tự động. Các phương pháp đo mức chất lỏng trong bể hở, bể kín, sông, ao, hồ,… Hiện nay việc sử dụng cảm biến đo mức chất lỏng để thay thế cho các loại công tắc đo mức dạng phao được sử dụng khá phổ biến.

Trong các nhà máy, xí nghiệp thì việc sử dụng cảm biến đo mức chất lỏng như : nước, hóa chất, axít,… là rất phổ biến. Nhưng để hiểu rõ chức năng và ưu nhược điểm của từng loại cảm biến đo mức chất lỏng trên thị trường hiện nay không đơn giản chút nào. Với kinh nghiệm làm việc với các nhà thầu và các nhà máy sử dụng cảm biến đo mức chất lỏng các loại. Ở bài viết này tôi xin chia sẻ 5 loại cảm biến đo mức chất lỏng phổ biến nhất hiện nay.

Hình 1 : Các loại cảm biến đo mức chất lỏng cơ bản nhất

5 loại cảm biến đo mức chất lỏng liên tục phổ biến hiện nay

1. Cảm biến đo mức chất lỏng bằng sóng siêu âm

Hiện nay việc sử dụng cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng liên tục không còn xa lạ với anh em làm kỹ thuật nhà máy. Cách đây khoảng 10 năm về trước thì khi nói tới cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng trong bể chứa, hoặc silo cao hàng chục mét thì hầu hết chúng ta không biết gì về nó. Hoặc khi nhập máy móc từ các nước châu Âu sang Việt Nam chúng ta thì cảm biến đo mức đi chung theo máy cũng khá nhiều với các thương hiệu nổi tiếng từ Đức như : Endress Hauser, Vega,…

Hình 2 : Cảm biến siêu âm hãng Dinel CH – Séc

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

Cấu tạo cảm biến siêu âm có thể được hiểu nôm na như là một máy phát và nhận sóng siêu âm. Sau khi lắp đặt cảm biến vào hệ thống và cấp nguồn cho cảm biến. 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 hoặc truyền thông Modbus.

Hình 3 : Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm

Ưu điểm của cảm biến siêu âm :    

Lắp đặt khá đơn giản. Do không tiếp xúc với chất lỏng nên cảm biến sẽ đảm bảo về tiêu chuẩn thực phẩm, công nghiệp. Dãy đo khá rộng, dãy đo nhỏ nhất 0-1m. Dãy đo lớn nhất 0-20m. Dễ dàng cài đặt dãy đo theo mục đích sử dụng khác nhau. Tốc độ phản ứng nhanh. Độ chính xác cao.

Nhược điểm của cảm biến siêu âm :

• Không sử dụng được trong môi trường, áp suất, và nhiệt độ cao.
• Không dùng cho chất lỏng có bọt trên bề mặt.
• Mực nước như sông, ao, hồ, sẽ gây báo ảo khi có gợn sóng => Khắc phục bằng cách lắp ở vị trí ít có sóng nhất. Hoặc làm phao ngăn sóng.
• Một điểm cần lưu ý : Điểm chết trên của cảm biến phải theo tiêu chuẩn nhà sản xuất. Theo từng dãy đo cụ thể

2. Cảm biến đo mức chất lỏng bằng sóng Radar

Cảm biến đo mức chất lỏng, chất rắn sử dụng sóng Radar. Đây là loại cảm biến thuộc dòng cao cấp của hãng Dinel – CH Séc. Cảm biến đo mức dạng sóng Radar, được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như áp suất và nhiệt độ cao. Cảm biến có hiển thị màn hình OLED sắc nét.

Hình 4 : Cảm biến đo mức loại Radar hãng Dinel – CH Séc

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến Radar

Cấu tạo cảm biến đo mức dạng Radar gồm có : Màn hình hiển thị trên cảm biến dùng để cài đặt thiết bị. Que đo làm từ thép không gỉ. Với các tiêu chuẩn khác nhau dùng cho các môi trường khác nhau.

Nguyên lý hoạt động như sau : Khi cảm biến được lắp vào hệ thống và được cấp nguồn. Cảm biến sẽ phát ra xung điện từ dọc theo que đo, hoặc cáp. Với tốc độ của xung bằng với tốc độ của ánh sáng. (đây cũng là lý do cảm biến được gọi là cảm biến Radar). Khi xung điện từ bị ngăn bởi môi chất cần đo như : nước, chất rắn,…Thì xung điện từ sẽ phản xạ ngược lại cảm biến. Thời gian khi xung được phát đi và truyền lại sẽ được xử lý qua vi mạch để truyền tín hiệu Analog 4-20mA hoặc Modbus để chúng ta điều khiển và hiển thị giá trị đo.

Hình 5 : Nguyên lý hoạt động cảm biến đo mức Radar

Ưu điểm cảm biến đo mức Radar :

• Hoạt động tốt trong môi trường áp suất và nhiệt độ cao
• Dãy đo cực lớn lên tới 40m
• Độ chính xác cao. Sai số chỉ +-2mm
• Đo được chất rắn, chất lỏng

Nhược điểm cảm biến đo mức Radar :

• Do là dòng cao cấp nên có giá thành khá cao.
• Điểm chết trên và điểm chết dưới của cảm biến cũng cần lưu ý khi lắp đặt

3. Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Các tên thường gọi : Cảm biến đo mức nước dạng chênh lệch áp suất hay còn gọi là cảm biến đo mức nước dạng thả chìm,…Cảm biến loại này được sử dụng nhiều nhất ở các nhà máy thủy điện dùng để đo mức nước thực tế ở các cửa đập. Dùng để đo mức nước sông, ao, hồ,…

Hình 6 : Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động :

Cấu tạo của cảm biến áp suất thủy tĩnh cũng tương tự như cảm biến áp suất thông thường (nhưng được bọc kín chống nước + cáp ) như có màng bên trong và có vi mạch xử lý tín hiệu từ màng ra tín hiệu Analog.

Nguyên lý hoạt động như sau : Sau khi cảm biến được cấp nguồn và thả xuống đáy bể chứa nước. Dưới áp lực của nước thì màng cảm biến sẽ bị giãn ra và so sánh với áp suất khí quyển. Sự chênh lệch áp suất này sẽ được vi mạch chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA, 0-10v. Áp suất quy đổi chuẩn sau : 1bar = 10.21 mH2O.( mét nước )

Hình 7 : Nguyên lý hoạt động cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Ưu điểm và nhược điểm cảm biến đo mức nước thủy tĩnh :

Ưu điểm :

• Lắp đặt cảm biến rất đơn giản
• Giá thành tương đối rẻ
• Dãy đo rộng đến 100 mét nước

Nhược điểm :

• Cảm biến chỉ đo được cho môi trường là nước, nước thải
• Sai số cũng khá cao : khoảng 0.5% đến 0.4% trên toàn dãy đo

4. Cảm biến đo mức chất lỏng dạng điện dung

Cảm biến đo mức dạng điện dung được sử dụng đo mức cho chất lỏng, chất rắn. Yêu cầu về độ chính xác không cao. Sai số +-1% trên toàn dãy đo của cảm biến. Cảm biến được dùng nhiều đo mực nước trong lò hơi, đo mức chất rắn trong silo. Dùng để đo mức nhiên liệu như dầu diesel, xăng các loại.

Hình 8 : Cảm biến đo mức dạng điện dung hãng Dinel – CH Séc

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung

Cấu tạo : Cảm biến có cấu tạo gần giống như cảm biến Radar nhưng không có màn hình hiển thị trên cảm biến.

Nguyên lý hoạt động như sau :

• Đối với chất lỏng dẫn điện như : nước, môi chất của nước,… Và thành bồn chứa làm bằng vật liệu dẫn điện. Thì khi mức chất lỏng tăng hoặc giảm thì cảm biến sẽ đo độ dẫn điện của chất lỏng so với thành bồn chứa. Mức độ chất lỏng chênh lệch với thành bồn chứa cũng chính là mức chất lỏng cần đo. Từ dữ liệu này cảm biến sẽ đưa về vi mạch sẽ cho ra tín hiệu Analog tương ứng.
• Đối với chất lỏng không dẫn điện như : dầu, chất rắn,…Nguyên lý hoạt động cũng gần giống như cảm biến Radar, nhưng chỉ khác nhau ở chỗ. Cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện áp dọc theo que đo của cảm biến.

Ưu và nhược điểm củacảm biến đo mức điện dung

Ưu điểm :

• Giá thành khá rẻ so với cảm biến cùng chức năng.
• Hoạt động tốt trong môi trường áp suất và nhiệt độ cao.
• Đo được chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện

Nhược điểm :

• Sai số ở mức : 1% trên toàn dãy đo. Đo khoảng cách ngắn thì sai số sẽ rất nhỏ.

5. Cảm biến đo mức nước bằng áp suất :

Nguyên lý đo mức nước bằng áp suất cũng giống như loại cảm biến thủy tĩnh. Nhưng cảm biến được lắp bên ngoài bồn chứa, phía dưới đáy bồn để nhận áp lực tốt nhất. Số mét nước tương đương với áp suất cũng được qui đổi và thiết kế giống như cảm biến thủy tĩnh.

Hình 9 : Cảm biến đo mức nước bằng áp suất lắp thực tế

Trên hình 9 ta thấy dãy đo áp suất rất nhỏ 0-0.1bar. Cảm biến áp suất này còn được gọi là cảm biến áp suất thấp được dùng đo mức nước 0-1mH2O. Cảm biến đo mức nước loại áp suất thì chỉ áp dụng cho bồn hở không áp suất và nhiệt độ môi trường 80 ºC trở xuống.

Ở bài viết này mình xin dừng lại ở đây. Còn rất nhiều loại cảm biến đo mức chất lỏng khác mình sẽ giới thiệu ở các bài viết sau.

Chân thành cảm ơn các bạn đã ghé website của chúng tôi. Bài viết mang tính chất chia sẻ kinh nghiệm bản thân với mọi người. Một số thông tin mình cung cấp chỉ theo cách mình hiểu và diễn đạt nên không tránh khỏi sai sót. Mọi ý kiến đóng góp, xin các bạn hãy comment bên dưới nhé.

Mọi chi tiết xin liên hệ : 

Nguyễn Long Hội (Mr)

Số Điện Thoại : 0939.266.845 (Zalo)

Email : hoi.nguyen@huphaco.vn

Website : prosensor.vn