[GIẢI PHÁP] Cảm biến đo mức chất lỏng Oxygen (O2) dành cho công nghiệp

Oxygen là chất gì? Làm thế nào chúng ta có thể đo mức chất lỏng Oxygen trong nhà máy. Ngày nay, có khá là nhiều loại thiết bị dùng để đo mức chất dung môi. Ắt hẳn bạn sẽ từng được nghe tới cảm biến điện dung, cảm biến siêu âm, cảm biến radar, đồng hồ áp suất và còn nhiều loại đo lường khác. Tuy nhiên, với những loại cảm biến trên để dùng đo mức chất Oxygen sẽ có rất nhiều rủi ro. Cho những bạn nào chưa biết, thì Oxygen là dạng chất hóa học dễ cháy nổ. Vì thế loại cảm biến dùng với môi trường này phải đảm bảo tiêu chuẩn an toàn phòng chống cháy nổ. Bài viết hôm nay, sẽ giúp các bạn hiểu biết thêm về những loại cảm biến đo mức Oxygen hóa lỏng.

Cảm biến đo mức Oxygen hóa lỏng

Trước khi, tìm hiểu về giải pháp đo mức  Oxygen hóa lỏng. Mình sẽ phân tích một chút về chất lỏng Oxygen là gì? Đồng thời, ứng dụng của nó trong thực tiễn.

Oxygen hóa lỏng là gì?

Khi các phân tử Oxi (O2) ở dang khí được chưng cất thành thể trạng lỏng. Quá trình như vậy để điều chế chất lỏng Oxygen. Một tên gọi khác của chất lỏng Oxygen đó là Oxy hóa lỏng.

Oxygen hóa lỏng (Liquid Oxygen) có công thức hóa học tương tự với Oxi (O2).  Tuy nhiên, vì tồn tại ở trạng thái lỏng nên nó có màu xanh nhạt, không mùi tương tự với khí O2.

Oxy hóa lỏng này có một số tính chất như: có tỷ trọng 1,141 g/cm³. Nó chỉ có thể hóa rắn khi ở nhiệt độ -222,65˚C. Ngoài ra, thì nhiệt độ sôi của Oxy hóa lỏng này ở ngưỡng nhiệt độ-182,86 ˚C.

Chung quy lại, hiểu đơn giơn về Oxy hóa lỏng là loại khí Oxy nhưng được chưng cất để tạo thành chất lỏng. Vậy, nó được sử dụng để làm gì? Có bạn nào thắc mắc về điều này không nhỉ?

Ứng dụng chất lỏng Oxygen

Mục đích chế tạo ra Oxygen hóa lỏng này để làm gì? Dưới đây là một số ứng dụng của chất lỏng Oxygen đối với thực tiễn:

• Đối với lĩnh vực y tế: Dùng để cung cấp khí O2 cho các bệnh nhân.
• Đối với lĩnh vực cơ khí: chúng dùng để sản xuất thép, nhựa, dệt may, hàn hơi, cắt thép, thuốc phóng tên lửa hay thâm chí là hệ thống cung cấp Oxi ngoài không gian…
• Đối với lĩnh vực luyện kim: Người ta sẽ dùng chất lỏng Oxygen để luyện sắt hoặc nung chảy sắt.
• Trong các môn thể thao đặc biệt là bơi lặn. Người ta sẽ dùng bình nén khí O2 để cung cấp Oxi cho thợ lặn

Tóm lại, Oxygen hóa lỏng nó có rất nhiều ứng dụng từ lĩnh vực đời sống sinh hoạt, y tế cho đến quân sự. Tuy nhiên, để bảo quản hay sản xuất Oxygen hóa lỏng này cực kỳ cực kỳ quan trong và nghiêm ngạch.

Vì sao? Đơn giản vì chất lỏng Oxygen là một dạng chất nguyên chất. Bình thường, khi bạn dùng que diêm quẹt bên ngoài trời lửa sẽ sáng bình thương. Khi bạn dùng trong môi trường chất lỏng Oxygen thì nó sẽ có ngọn lửa to hơn hoặc nổ.

Đây là lý do cơ bản vì sao trong quá trình sản xuất chế tạo chưng cất chất lỏng Oxygen phải tuân theo tiêu phuẩn phòng cháy nổ. Dẫn đến mọi thiết bị dùng cho chất này cũng phải nghiêm ngặt tuân theo tuân chuẩn an toàn chống cháy nó đối với thiết bị điện tử.

Cảm biến đo mức Oxygen hóa lỏng trong công nghiệp

Oxygen hóa lỏng cực kỳ mẫn cảm với những thiết bị có khả năng phát ra tia lửa điện. Vì như vậy nó sẽ dễ dàng gây ra hỏa hoạn hoặc nổ lớn ở khu vực đấy. Thế nên, chúng ta có thể làm như thế nào để đo mức chất lỏng trong một bình chứa chất lỏng Oxygen?

Thực tế thiết bị hiện đại ngày nay, có hai cách thức để dùng đo mức chất lỏng Oxygen trong công nghiệp. Một là chúng ta sẽ dùng loại cảm biến radar. Hai là chúng ta sẽ dùng loại cảm biến chênh áp.

Đây là những thiết bị đảm bảo an toàn chống cháy nổ trong quá trình đo mức chất lỏng Oxygen. Với nguyên lý là dùng sóng để đo mức và dùng áp suất để hiển thị mức.

Giải pháp đo mức  Oxygen hóa lỏng

Vậy cảm biến radar là gì? Cảm biến chênh áp là gì? Ở phần này chúng ta sẽ được hiểu rõ thêm về giải pháp trong việc đo mức chất lỏng Oxygen mà các nhà máy công nghiệp hay dùng.

Cảm biến đo mức Oxygen hóa lỏng bằng radar

Khác với nhiều loại cảm biến như là cảm biến điện dung hay cảm biến siêu âm. Cảm biến radar là dạng cảm biến dung sóng điện từ để đo mức chất lỏng. Nghĩa là, cảm biến sẽ phát ra những gợn sóng điện từ. Dạng sóng điện từ sẽ được truyền đến cho khi tới mặt chất lỏng Oxygen. Tín hiệu sóng điện từ sẽ phản hồi lại cho cảm biến.

Quá trình diễn ra liên tục như vậy, cảm biến sẽ hiển thị cho chúng ta biết chiều cao trong bình chứa Oxygen đó là bao nhiêu.

Dựa vào nguyên lý hoạt động như trên, cảm biến radar được coi như là loại cảm biến có độ chính xác tối ưu nhất trong các loại cảm biến dùng để đo mức. Đơn giản bởi vì, loại sóng điện từ mà nó dùng sẽ không chịu ảnh hưởng của bề mặt. Nghĩa là cho dù bề mặt bị biến dạng như là mặt sóng nước…thì tín hiệu vẫn đảm bảo được độ chính xác.

Thông số kỹ thuật cảm biến đo mức radar

Cho những ai chưa rành về mặt kỹ thuật, thông số kỹ thuật là những thông tin mô tả của thiết bị nào đấy. Làm như vậy, cho những người dân kỹ thuật có thể biết được rằng con cảm biến này có chức năng và đặc điểm như thế nào.

Vậy, dưới đây là một vài thông số của giải pháp đo mưc bằng radar:

• Có màn hình hiển thị Digits.
• Hoạt động ở nhiệt độ ngoài trời từ: -30˚C cho đến 70 ˚C
• Vật liệu cấu tạo nên cảm biến radar là hợp kim nhôm cách điện và thép không rỉ.
• Nguồn điện: 18…36 Vdc
• Có hai dạng ngõ ra: 4-20mA hoặc ModBus RTU (RS485)
• Độ phân giải: 0,1mm
• Thanh que dò có độ dài từ: khoảng từ 2m cho đến 40m
• Nhiệt độ của môi trường đo: -40 ˚C cho đến 200 ˚C
• Có khả năng chịu được áp suất lên đến 100bar

Ưu và nhược điểm giải pháp đo mức radar

Khi sử dụng giải pháp đo mức radar này thì nó sẽ tồn tại ưu và nhược điểm sau đây:

Về ưu điểm:

• Cảm biến radar là loại cảm biến được dùng trong nhiều loại môi trường có tiêu chuẩn phòng cháy nổ.
• Đây là loại cảm biến có độ chính xác tương đối tốt nhất trong tất cả các loại.
• Tốc độ đo mức khá là nhanh.
• Độ chỉnh xác vẫn không ảnh hưởng cho dù nhiệt độ môi trường đo khắc nghiệp như là quá nóng hay quá lạnh.
• Độ rộng của trùm sóng điện từ tương đối hẹp. Nên chính vì điều này làm cho sự chính xác và tính ổn định tín hiệu được đảm bảo.

Về nhược điểm:

• Quá trình lắp đặt phải tuân theo nhà sản xuất để tránh ảnh hưởng trong quá trình đo.
• Giá thành của loại cảm biến này là một nhược điểm khá lớn. Vì giá mua của loại này rất là mắc tiền.

Cảm biến đo mức Oxygen hóa lỏng bằng sự chênh áp

Sự chênh áp là quá trình đo áp suất giữa hai địa điểm nhưng cùng một khu vực đo. Phương pháp này hay dùng để đo áp suất trong bình chứa kín là một. Hoặc là dùng phương pháp này dùng để đo mức chiều cao bình là hai.

Cảm biến chênh áp suất là loại cảm biến được sử dụng với mục đích trên. Bằng cách so sánh giữ hai địa điểm áp suất cao và áp suất thấp. Sau đó, nó sẽ cho mình biết sự chênh lệch áp suất giữa hai khu vực này là bao nhiêu trên màn hình hiển thị.

Về nguyên lý hoạt động của cảm biến, nó khá là tương đồng với nhiều loại cảm biến áp suất hiện nay. Cơ bản, khi một lưu chất tác động tác dụng lên màng cảm nhận của cảm biến. Thì nó sẽ cho biết áp suất tồn tại lúc đấy là bao nhiêu.

Tuy nhiên, quá trình đo đạc của cảm biến chênh áp có sự tiên tiến hơn. Cũng là nguyên lý cơ bản trên, nhưng mà nó sẽ được thiết kế có 2 lớp màng dùng để đo áp suất ở hai vị trí khác nhau.

Lúc này, nó sẽ dựa vô kết quả đo được sau đó sẽ cho chúng ta biết áp suất hoặc độ cao trong bình đang là bao nhiêu. Kết quả sẽ hiển thị dưới hai hình thức đó là đơn vị áp suất hoặc là phần trăm (%).

Thông số kỹ thuật cảm biến chênh áp

Hễ khi bạn dùng giải pháp cảm biến chênh áp, đối với thiết bị này thì có một vài thông số kỹ thuật dưới đây mà bạn cần lưu ý khi dùng:

• Nguồn điện cần cung cấp từ 10,5V đến 45V DC
• Tín hiệu ngõ ra từ 4-20mA
• Sử dụng phương thức truyền thông HART để giao tiếp.
• Độ chính xác khá là cao: 0,04%.
• Có màn hình hiển thị: 5 digits LCD.
• Vật liệu chế tạo cảm biến chủ yếu là thép không rỉ.
• Có thể tùy ý chỉnh lại giải đo tín hiệu ngõ ra. Gọi là chế độ Calib.
• Cảm biến đảm bảo đầy đủ tiêu chuẩn ATEX và IECEx. Hiểu đơn giản, đây là hai tiêu chuẩn nói về độ an toàn khi hoạt động ở trong môi trường đặc biệt: bụi, khí gas, hơi nước hoặc môi trường dễ cháy nổ.
• Nhiệt độ môi trường xung quanh: -40 ˚C cho đến 85 ˚C
• Đối với nhiệt độ môi trường đo: -40 ˚C đến 120 ˚C (đối với dầu silicon), -40 ˚C đến 80 ˚C (đối với Oxygen hoặc Chlorine).
• Dùng đo được với trong phạm vi giải đo áp suất từ: -1 đến 300 bar.

Ưu và nhược điểm giải pháp đo mức chênh áp

Đối với giải pháp dùng cảm biến chênh áp thì có một vài ưu và nhược điểm như sau:

Về ưu điểm:

• Đo được ở những môi trường khắc nghiệt
• Đảm bảo những an toàn chống cháy nổ
• Đo được nhiều môi trường hóa chất như: Oxygen, Chlorine, Silicon oil
• Có độ giải đo áp suất lớn.
• Có sự hiển thị trên màn hình

Về nhược điểm:

• Cần phải am hiểu về mặt kỹ thuật khi lắm đặt. Bởi vì khi lắp đặt con này khá phức tạp
• Vì độ đảm bảo trong môi trường cháy nổ, gas, bụi bặm… Đồng thời dùng để đo hóa chất nên dẫn đến giá thành của thiết bị này tương đối mắc.

Một số lưu ý khi chọn thiết bị đo mức Oxygen

Để có thể chọn được một thiết bị đo mức Oxygen phù hợp thì chúng ta phải có một vài lưu ý khi mua hoặc sử dụng thiết bị.

• Trước hết là nhiệt độ Oxygen hóa trong đựng trong bình là bao nhiêu.
• Nếu dùng cảm biến radar thì hãy nhớ chiều cao của bình đựng Oxygen hóa lỏng.
• Khi mua thiết bị, phải nhớ rằng thiết bị có đầy đủ an toàn chống cháy nổ, hoạt động tốt ở ngoài trời, ở những khu vực bụi, có khí gas hay không.
• Đối với những thiết bị đo hóa chất đặc biệt, nên giá thành của nó rất là mắc. Thế nên, bạn muốn thiết bị giá rẻ mà vẫn đảm bảo quá trình đo đạc ở khu vực nguy hiểm thì rất khó nhé.

Bài viết tham khảo: Đồng hồ đo áp suất chân không – dư điện tử cho hóa chất

Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của tôi. Chúc các bạn một ngày tốt lành!

SALES ENGINEER: Nguyễn Thành Đạt
SĐT: 0342962936