Cảm biến đo mức chất lỏng | 6 Loại phổ biến

Cảm biến đo mức chất lỏng được dùng để giám sát mức nước liên tục tín hiệu truyền về dạng Analog 4-20mA hoặc 0-10V để đưa tín hiệu về PLC điều khiển tự động. Có 6 loại cảm biến đo mức chất lỏng thường dùng nhất hiện nay, dùng đo; tanks chứa dạng kín hay hở, hồ chứa, bể chứa, sông, hồ, ao, giếng, silo,…Hãy cùng Dung đi tìm hiểu 6 loại mà Dung đang nói là loại nào và ứng dụng ra sao nhé.

6 phương pháp đo mức chất lỏng

Hiện nay nhà máy sử dụng cảm biến đo mức để thay thế cho các loại công tắc phao mà trước kia được sử dụng phổ biến. Trong nhà máy thường sử dụng để đo nước, nước thải, hóa chất, axit, dầu thực vật, dầu cá, dầu diesel, sữa, bia,nước ngọt, siro,…Chúng ta cùng nhau đi tìm hiểu từng lại cảm biến đo mức nước nhé!

1. Cảm biến đo mức siêu âm

Cảm biến đo mức siêu âm hay còn gọi là thiết bị đo mức siêu âm là một trong các phương pháp đo mức chất lỏng phổ biến. Nếu 10 năm về trước khi nói đến tên cảm biến siêu âm đo 4-20mA đo mức chất lỏng dùng cho silo bể chứa cao thì hầu như chúng ta không biết gì về nó. Nhưng hiện nay thì quá quen thuôc với dân kỹ thuật nhà máy rồi đúng không nào.

Một số cảm biến siêu âm nổi tiếng đến từ các nước Châu Âu như: Endress Hauser, Vegar, Dinel,…

Nguyên lý cảm biến mức nước

Nguyên lý cảm biến siêu âm đo mức nước

Cảm biến đo mức siêu âm là thiết bị đo nhỏ gọn hoạt động dựa trên nguyên lý phát sóng siêu âm. Tín hiệu ra được chuyển đổi thành dòng điện 4-20mA, điện áp 0–10V hoặc đầu ra RS-485 Modbus nên còn gọi là cảm biến đo mức liên tục.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách như là một máy phát và nhận sóng siêu âm, sau khi được cấp nguồn cảm biến sẽ phát ra sóng dạng xung với tốc độ bằng tốc độ của âm thanh. Khi sóng siêu âm chạm môi chất ví dụ chất lỏng thì sóng siêu âm sẽ phản xạ ngược lại. Lúc này cảm biến đo mức siêu âm giữ vai trò là máy nhận sóng. Thời gian phát và nhận sóng sẽ được xử lý qua mạch điện tử và đưa tín hiệu analog hoặc Modbus về.

Vậy có bao nhiêu loại cảm biến siêu âm? có bạn nào muốn biết không? Để Dung giải đáp cho nhé!

Các loại cảm biến siêu âm

Nói về cảm biến siêu âm thì có 2 loại

• Loại 1: loại không hiển thị.

Loại 2: loại có màn hình hiển thị Oled hiển thị trức tiếp trên cảm biến. Tức nhiên với ưu điểm nổi trội này thì giá cảm biến siêu âm có hiển thị sẽ cao hơn loại cảm biến siêu âm không hiển thị.

Tác dụng của màn hình Oled để cài đặt và quan sát trực tiếp trên cảm biến mà không cần thông qua bộ hiển thị rời. Nhưng đó là khi ta lắp cảm biến gần nơi ta cần theo dõi hàng ngày, còn trường hợp cảm biến lắp trên bồn chứa cao 10m -20m thì nên mua cảm biến đo mức siêu âm không hiển thị + màn hình hiển thị rời; để kéo màn hình về nơi ta quan sát, mỗi ngày mà leo 10m-20m thì hơi vất vả à nha =)

So sánh cảm biến siêu âm giá rẻ ULM-53N và cảm biến siêu âm ULM-70N giá cao

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm

Ưu điểm:   

• 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. Cài đặt được dãy đo theo mục đích sử dụng khác nhau.
• Tốc độ phản ứng nhanh.
• Độ chính xác cao.

Nhược điểm:

• 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.

Lưu ý: Điểm chết trên của cảm biến phải theo tiêu chuẩn nhà sản xuất. Theo từng dãy đo cụ thể

Tuỳ theo nhu cầu cần đo và chi phí chúng ta có, mà ta chọn cảm biến đo mức nước  sao cho phù hợp .

Trên thị trường có nhiều hãng, nhiều nhà cung cấp cảm biến đo mức nước bằng cảm biến siêu âm; cho nên mọi người cần chọn một nhà cung cấp chính hãng, để có chế độ bảo hành cũng như hỗ trợ kỹ thuật tốt hơn.

Để biết cụ thể thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm hãy xem bài viết này => Cảm biến đo mức siêu âm 

2. Cảm biến báo mức chất lỏng dạng điện dung

Cảm biến điện dung hay còn gọi là cảm biến điện cực. Cảm biến đo mức dạng điện dung sử dụng cho đo mức chất lỏng, chất rắn.  Với những ai yêu cầu độ chính xác không quá cao thì nên dùng loại này.

• Sai số  +-1% trên toàn dãy đo của cảm biến

Cảm biến mức kiểu điện dung được thiết kế để cảm nhận mức chất lỏng và hạt rắn trong bồn chứa, ống hoặc phễu, silo, …dễ lắp đặt và cài đặt đơn giản nhất trong các loại cảm biến. Cảm biến điện dung đo mức đóng vài trò quan trọng trong việc báo mức dầu trong tank chứa đã đầy hay sắp hết dầu bằng tín hiệu Relay dạng PNP. Ngoài ra có nhiều model tín hiệu ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10V để báo mức chất lỏng liên tục.

Dù chỉ là một thiết bị đo mức chất lỏng rất nhỏ trong hệ thống dầu DO, dầu thuỷ lực hay dầu máy biến áp và kể cả dầu ăn, nước dẫn điện hay không dận điện, lò hơi,xăng…nhưng không thể thiếu trong trong các khu công nghiệp nhà máy kể cả dùng cá nhân.

Cảm biến đo mức nước điện dung có 2 loại: dạng que điện cực và dây dò. Và có một số dòng được phủ lớp cách điện để sử dụng đo mức trong môi trường dẫn điện như nước chẳng hạn. Hay có phiên bản có ống tham chiếu để đo đối tượng trong vật chứa không dẫn điện…

Cách xem catalog cảm biến điện dung như sau

• Bản N: Thích hợp cho các khu vực không nổ
• Bản Xd: Để sử dụng trong môi trường bụi dễ cháy
• Bản Xi: Có tính năng chống cháy nổ – sử dụng an toàn cho các khu vực nguy hiểm (nổ)
• Bản XiM: Chống cháy nổ – an toàn để sử dụng trong mỏ có nguy cơ hiện diện khí mêtan hoặc bụi dễ cháy
• Ngoài ra còn có các phiên bản chịu nhiệt độ cao như: NT, XiT, XiMT …

Nguyên lý hoạt động cảm biến điện cực Dinel

• Nói dễ hiểu thế này xung quanh cảm biến luôn có một lượng rất nhiều điện cực mắc nối tiếp giữa cảm biến với thành bồn. Khi mức chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với điện cực của cảm biến thì lượng điện cực này lại tăng lên. Thông qua các thuật toán của các vi xử lý chúng ta có thể xác định được mức của nhiên liệu tiếp xúc với cảm biến.
• Mỗi một nguyên liệu khác nhau lại có một mức độ dẫn điện khác nhau nên chúng ta cần sử dụng cảm biến cho phù hợp với từng môi chất.
• Một số môi chất có độ dẫn điện thấp như nước RO hay còn gọi là nước cất có độ dẫn điện rất thấp. Các loại cảm biến điện dung thường không thể đo được. Tuy nhiên, công nghệ phát triển cảm biến điện dung đã có thể đo tốt cho các loại chất lỏng không dẫn điện.

Ưu nhược điểm của cảm biến mức kiểu điện dẫn – điện dung

Ưu điểm nổi bậc của cảm biến điện dung:

• Tuỳ chọn dạng que hoặc dạng dây
• Gắn trực tiếp vào các thùng chứa, silo, trên tàu, bồn chứa, đường ống, hồ chứa…
• Độ nhạy và độ trễ điều chỉnh được
• Có các dạng đầu ra NPN, PNP, NAMUR, 4-20mA, 0-10V.
• Giá thành 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 sensor cảm biến đo mức 

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

3. Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Cảm biến thủy tĩnh là một trong những loại cảm biến đo mức liên tục vượt trội về giá thành và có độ chính xác cao, lại đo được độ sâu lên đến 100m, nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác 0.5% trên toàn thang đo. Nên hiện nay được lựa chọn nhiều nhất trong các phương pháp đo mức chất lỏng, dùng nhiều trong các nhà máy thủy điện, đo nước sông, ao, hồ, cửa đập…

Cảm biến đo mức thủy tĩnh còn gọi là cảm biến đo mức nước dạng chênh lệch áp suất ( đo mức bằng phương pháp đo áp suất thủy tĩnh), hay còn gọi là cảm biến đo mức nước dạng thả chìm,…

Nguyên lý hoạt động của cảm biến mức thủy tĩnh

Để chọn mức đo phù hợp chúng ta chỉ cần hiểu rõ nguyên lý đo mực nước thuỷ tĩnh. Trong đó vị trí thấp nhất tại H1 là điểm thấp nhất tương ứng với 4mA tại không mét nước.

Tại vị trí H2 là khoảng mực nước đang tăng dần. Tín hiệu ngõ ra sẽ tuyến tính tương ứng với độ cao của mực nước.

Tại H3 là điểm cao nhất tương ứng với 20mA. Chúng ta cần xác định điểm cao nhất để chọn được thang đo cảm biến cho phù hợp.

Cảm biến sẽ có một dây dẫn từ đầu cảm biến về bộ hiển thị mức nước. Dây dẫn này được  thiết kế chịu áp suất cao nên tuyệt đối không được nối dây ở dưới nước. Trong dây dẫn còn có một ống mao dẫn làm nhiệm vụ so sánh mức nước với áp suất không khí.

Cụ thể như: Sau khi cảm biến thủy tĩnh HLM-25 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 )

Để biết thông tin kỹ thuật hoặc rõ hơn về cảm biến thủy tĩnh hay tham khảo bài viết => cảm biến đo mức thủy tĩnh

Ưu nhược điểm cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Ưu điểm cảm biến thủy tĩnh

• Đo trong môi trường áp suất bình thường hoặc tank hở
• Dùng được vị trí nhỏ hẹp
• Lắp đặt cảm biến đơn giản
• Giá thành tương đối rẻ
• Dãy đo rộng đến 100 mét nước

Nhược điểm cảm biến mức thủy tĩnh

• Không thể nối dây dưới nước ( nên chọn đúng chiều sâu của bồn chứa).
• Chỉ đo được môi trường chất lỏng như nước, không đo được những chất có tính chất ăn mòn.

4. Cảm biến đo mức radar

Cảm biến radar đo mức nước hay còn gọi là báo mức radar, cảm biến radar, cảm biến mức nước radar hay cảm biến radar đo khoảng cách…; thì đều nói đến cảm biến đo mức liên tục dạng bắn 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.

Cảm biến đo mức radar phát ra sóng được dẫn hướng trên dây, cho phép đo mức liên tục các đối tượng như; vật liệu lỏng, bột nhão và rắn….Cảm biến radar có khả năng tương thích với sự thay đổi của khí quyển (áp suất, nhiệt độ, bụi, hơi nước…) hay sự thay đổi của hằng số điện môi, độ dẫn điện…

Để biết rõ hơn về thông tin cảm biến radar GRLM-70 Dinel hãy tham khảo bài viết này => Cảm biến đo mức radar | GRLM-70 Dinel

Nguyên lý cảm biến radar

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.

Ưu nhược điểm của cảm biến đo mức radar

Ưu điểm của radar sensor

Cảm biến đo mức radar GRLM-70 là một thiết bị đo mức công nghệ cao, có nhiều ưu điểm như:

• Dùng được trong nhiều môi trường.
• Đo được nhiều đối tượng như: rắn, lỏng, sệt…
• Chịu được nhiệt độ cao
• Cấu tạo bẳng vật liệu cao cấp Inox 316
• Thang đo rộng hơn 40 m
• Độ chính xác cao
• Tuổi thọ sản phẩm cao

Nhược điểm

Tuy rằng, cảm biến đo mức radar có rất nhiều tính năng, ưu điểm kể trên. Nhưng cũng có những nhược điểm như:

• Công nghệ mới, ít người tiếp cận
• Có điểm mù hay còn gọi là điểm chết, là vị trí không đo được ở cận trên và cận dưới
• Giá thành cao…

5. Cảm biến mức nước dạng áp suất 

Bạn có nghe nói đến cảm biến áp suất đo mức nước chưa? Cảm biến được lắp bên ngoài bồn chứa, phía dưới đay 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 đo mức thủy tĩnh.

Ứng dụng đo mức nước bằng cảm biến áp suất:

• Nhà máy nước, ở các cột nước tạo áp lực cho hệ thống đường ống.
• Trong các nhà máy bia, ở các cột ủ men bia,…
• Các nhà máy sản xuất dệt nhuộm và may mặc.

Nguyên lý của đo mức nước bằng áp suất

Cảm biến áp suất dựa trên áp lực của cột nước tác động lên cảm biến áp suất. Sau đó dựa vào công thức để tính ra chiều cao của mức nước tương ứng với áp lực đo được trên cảm biến. Những tín hiệu này thường có dạng 4-20ma và truyền về hệ thống điều khiển đóng ngắt bơm hoặc là van đóng mở nước vào ra bồn.

Khi nào nên dùng cảm biến áp suất đo mức nước?

Câu trả lời là:

Vì bồn chứa nước, hay nói đúng hơn là cột chứa nước thường rất cao và là dạng bồn kín. Vì thế những thiết bị như siêu âm hay radar dùng không khả thi (phù hợp kênh hở, không áp suất và nhiệt độ cao) hoặc chi phí đầu tư quá đắt đỏ.

Dùng cảm biến áp suất là theo nguyên lý chuyển đổi áp suất nước, chính là xuất phát từ công thức tính:

1 bar = 10.21 mét nước

Tuy rằng kết quả đem đến có độ chính xác không cao. Nhưng vẫn nằm trong sai số cho phép của hệ thống. Để biết rõ hơn vềcác bạn hãy xem bài viết này cảm biến áp suất nước 4-20mA 

Lưu ý khi chọn cảm biến mức nước dạng áp suất:

• Biết được chiều cao của cột nước hay bồn nước cần đo mức
• Chọn cảm biến áp suất với thang đo phù hợp
• Chọn vị trí thi công lắp đặt
• Tiến hành test mức nước và cho hệ thống hoạt động.

6. Công tắc cảm biến mực nước 3 que

Cảm biến mực nước 3 que – 4 que – 2 que là bộ báo mức nước để đóng ngắt bơm báo ra tín hiệu ON/OFF khi mực nước đầy hoặc cạn.

Bộ cảm biến gồm 3 que đo để xác định mực nước trong tank chứa. Trong đó hai que ngắn dùng để báo mức Min và mức Max tương ứng cho mức báo đầy và báo cạn mực nước trong bồn chứa. Bộ công tắc mức nước 3 que sẽ được kết nối với bộ điều khiển mức nước để xuất ra tín hiệu Relay ON – OFF đóng ngắt bơm.

Nhiều người cứ nghĩa rằng cần biết giá công tắc mực nước 3 que và chọn nhà cung cấp có giá thấp nhất là đủ. Điều đó đúng nhưng chưa đủ bởi có rất nhiều loại và tiêu chuẩn khác nhau bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau.

Nguyên lý hoạt động que đo mực nước 3 que

Để sử dụng cảm biến mực nước 3 que hiệu quả chúng ta nên hiểu thêm về nguyên lý đo của công tắc mực nước 3 que để sử dụng đúng cho các loại tank trong thực tế. Trong thực tế có nhiều loại bồn chứa khác nhau: bồn chứa inox, bồn chứa bê tông, bồn chứa bằng sắt … Mỗi loại bồn chứa khác nhau chúng ta phải chọn cảm biến cho phù hợp.

Cảm biến mực nước 3 que tank dẫn điện

Đối với tank dẫn điện chúng ta chỉ cần hai que và một đầu nối với thành của Tank vào cổng COM của bộ điều khiển mức nước, mà không cần dùng tới que thứ 3.

Công tắc mực nước 3 que tank không dẫn điện

Cảm biến mực nước 3 que có thể sử dụng cho mọi loại tank kể cả tank dẫn điện và tank không dẫn điện. Hai que còn lại được so sánh với que dài nhất để xác định mức báo đầy và báo cạn

Công tắc mực nước 2 que cho mọi loại tank

Trong trường hợp tank có thể lắp ngang chúng ta chỉ cần dùng hai que CNP-18-10 mà không cần lắp thêm que thứ 3 cũng như nối dây từ thành Tank tới bộ điều khiển mức nước. Để biết chi tiết cảm biến mực nước 3 que hãy xem bài viết này =>  Công tắc cảm biến mực nước 3 que Dinel CNP

Mua cảm biến mức ở đâu?

Công ty Hưng Phát là một nhà cung cấp hàng đầu các thiết bị đo mức chất lỏng – cảm biến báo mức dầu,…tại Việt Nam. Bên Dung cung cấp tất cả các giải pháp đo lường trong ngành nước, nước thải, xăng, dầu, các loại chất lỏng, chất rắn….