Cảm biến đo mức xi măng – Đo liên tục và báo đầy/cạn

Cảm biến đo mức xi măng trong silo nên chọn thiết bị theo hai nhu cầu: đo liên tục và báo đầy/cạn. Đo liên tục có thể dùng radar không tiếp xúc, radar dẫn sóng hoặc điện dung; báo đầy/cạn dùng cảm biến mức điểm. Mã phù hợp phụ thuộc khoảng đo thực tế, bụi khi nạp, vị trí lắp và tín hiệu cần nhận.

Với silo nhiều bụi và khó vệ sinh, nên khảo sát radar có phương án làm sạch anten. Nếu chấp nhận đầu dò tiếp xúc vật liệu, có thể cân nhắc điện dung hoặc radar dẫn sóng sau khi kiểm tra bám dính và tải kéo lên cáp.

Bài viết này tập trung vào cách chọn thiết bị đo mức trong silo, còn các lưu ý chung và ứng dụng khác như: giám sát lọc bụi, nhiệt độ, dòng động cơ và tín hiệu cân được giới thiệu tại trang ứng dụng đo lường trong ngành xi măng.

Kích thước tham khảo của silo chứa xi măng

Dưới đây là hình ảnh về một số kích thước silo xi măng trên thị trường Việt Nam. Kích thước chỉ có tính tương đối và có thể thay đổi theo thiết kế hoặc đơn vị cung cấp nên mọi người chỉ xem ở mức tham khảo và mình chỉ lấy chiều cao để đo mức cho bài viết này.

Như đã nói ở trên, số liệu dùng để tham khảo quy mô, không thay thế bản vẽ chế tạo. Sức chứa theo tấn phụ thuộc khối lượng riêng xốp và mức nạp cho phép. H1 là chiều cao tổng thể; khi chọn cảm biến cần xác định khoảng đo thực tế và cao độ lắp, ở đây có thể lấy H1 – H3, không lấy trực tiếp H1 làm dải đo.
VD: SL-60: cao tổng thể: H1 = 12m và chiều cao cửa xả: H3 = 2m thì có thể ước tính khoảng đo trong bồn (từ đỉnh bồn đến đáy bồn) là: 12 – 2 = 10m

1. Chọn cảm biến đo mức xi măng liên tục

Cảm biến đo mức xi măng liên tục có thể dùng radar không tiếp xúc, radar dẫn sóng hoặc điện dung. Chọn theo khoảng đo thực tế, bụi khi nạp, khả năng bám dính và điều kiện lắp que/cáp trong silo. Các khoảng dưới đây giúp sàng lọc thiết bị, không phải phạm vi bảo đảm cho mọi điều kiện xi măng.

Phễu xi măng nhỏ, khoảng đo từ 1 – 5m, ít bụi nên dùng thiết bị nào?

• Đo không tiếp xúc, ít bụi: cân nhắc LR80-0010 với ren G1½″ hoặc LR80-0000 với ren 1½″ NPT, đầu ra 4-20 mA. Dải chất rắn tối đa 5 m là giá trị tham chiếu; tại khoảng đo gần giới hạn này phải đánh giá điện môi và bụi, không mặc nhiên chọn LR80.
• Đo tiếp xúc bằng que/cáp: khảo sát các cấu hình Dinel DLM-35:
  • DLM-35N-20: điện cực que dài 0,1–2 m.
  • DLM-35N-30: điện cực que tháo rời dài 0,1–3 m.
  • DLM-35N-50: điện cực cáp trần có đối trọng dài 0,5–6 m.

Chọn que cho vùng đo ngắn hoặc cáp khi cần đầu dò dài hơn. Lắp đứng từ nóc, kiểm tra bám dính, tải uốn lên que và tải kéo lên cáp; chọn đầu ra 4-20mA hoặc 0-10V theo thiết bị nhận.

Lưu ý: chiều dài điện cực phải đáp ứng vùng mức cần theo dõi. Đầu dò dài 2m không đo được toàn bộ chiều cao vật liệu 5 m chỉ bằng cách đổi thang tín hiệu.

Silo thấp, khoảng đo từ 5 – 15m nên chọn cảm biến nào?

• Radar không cần màn hình tại cảm biến: khảo sát LR81-0010 với cáp ra đứng hoặc LR81-0110 với cáp ra ngang. Hai mã dùng ren G1½″, đầu ra 4-20 mA/HART; chọn hướng cáp theo không gian lắp.
• Radar cần màn hình và chỉnh tại chỗ: khảo sát LR83-0310 với đầu ra 4-20mA/HART hoặc LR83-0311 với Modbus RS485. Góc phát 6° hẹp hơn LR81 8°, thuận lợi khi cần tránh vật cản.
• Điện dung, cần tín hiệu analog: cân nhắc CLM-36N-30, cáp inox trần có đối trọng. Chọn chiều dài theo điểm đo; bản -I xuất 4-20mA, bản -U xuất 0-10V.
• Điện dung, cần HART và tùy chọn màn hình: khảo sát CLM-70N-30 với đối trọng hoặc CLM-70N-31 với bộ neo động.
• Radar dẫn sóng: khảo sát GRLM-70 cấu hình -34 hoặc -35 với cáp phủ Polyamide; -34 có đối trọng, -35 có đầu neo. Kiểm tra tải kéo và phương án gá/neo trước khi chọn.

Lưu ý về radar: LR81/LR83 có dải chất rắn tối đa tham chiếu 15m, không phải 30m như dải chất lỏng. Khi khoảng đo tiến gần 15m hoặc bụi đáng kể, cần đánh giá thiết bị có khả năng đo phù hợp hơn, chẳng hạn LR85; không chọn LR81/LR83 chỉ vì đủ dải danh nghĩa.

Silo xi măng khoảng đo lớn 15 – 60m, nhiều bụi nên chọn mã nào?

• Đo không tiếp xúc:
  • Bụi nhiều, cần thổi khí làm sạch anten: ưu tiên LR85-0330 / LR85-0350 vì có cổng air purge ¼″, mặt bích gimbal chỉnh hướng và đầu ra 4-20 mA/HART, nhưng giá đắc hơn bản thường gấp 1,5 lần.
  • Bụi ít hoặc điều kiện vệ sinh: dùng LR85-0300 để tiết kiệm chi phí.

Và dải chất rắn tối đa 60m là giá trị tham chiếu, để đảm bảo chính xác nhất nên đo trong khoảng dưới 60m từ 2-5%, tức tối đa là khoảng 57-59m, mặc dù dòng LR85 không vùng chết nhưng cũng nên hạn chế để vật liệu chạm vào đầu anten giúp tăng độ bền, hạn chế bám dính, đỡ sai số và công vệ sinh cảm biến.

• Chấp nhận cáp tiếp xúc, chiều dài cần thiết đến 40m: khảo sát GRLM-70 cấu hình -34 hoặc -35. Giới hạn chiều dài này không áp dụng cho mọi biến thể GRLM-70; phải chốt đúng điện cực, độ nhạy và tải cơ học.
• Vùng đo nằm trong khoảng 15–20m, muốn dùng điện dung: có thể tiếp tục khảo sát CLM-36N-30 hoặc CLM-70N-30 / CLM-70N-31. Chiều dài điện cực tối đa 20m; không áp dụng các mã này cho vùng mức cần đo dài hơn giới hạn đó.

Lưu ý: air purge cần nguồn khí bên ngoài. Bản LR85 mặt bích được hãng quy định cho áp suất khí quyển, vì vậy phải kiểm tra áp suất silo khi nạp khí nén. Với cáp tiếp xúc dài, cần đánh giá tải kéo khi xả liệu và khả năng chịu lực của vị trí gá lắp.

Điều kiện dải đo Flowline: LR80/81/83/85 công bố dải chất rắn tối đa ở εr ≥ 6 và không bụi. Với 1,6 ≤ εr < 6, manual yêu cầu nhân dải tối đa với 0,75 trước khi đánh giá thêm ảnh hưởng bụi. Đạt εr tối thiểu không đồng nghĩa thiết bị đo được toàn bộ dải danh nghĩa trong silo xi măng.

Khi nào nên dùng LR8x, GRLM-70, CLM hoặc DLM?

Radar không tiếp xúc LR8x và radar dẫn sóng GRLM-70:

• LR8x: không treo cáp trong xi măng nên tránh được tải kéo và mài mòn điện cực. Đổi lại, cần kiểm tra bụi, bám anten và đường truyền sóng. Với LR85, bản có air purge thuận tiện làm sạch nhưng cần cấp khí ngoài.
• GRLM-70: dẫn xung dọc cáp, đáng cân nhắc khi đường đo qua khoảng không khó bố trí. Hạn chế là cáp chịu lực khi nạp/xả; cần kiểm tra tải kéo, mài mòn và khả năng thay thế. Không nên mặc định GRLM luôn chính xác hơn radar không tiếp xúc.

Về chi phí tham khảo: theo mức giá đang khảo sát, GRLM-70 và LR85 có air purge cùng khoảng 40 triệu đồng; LR85 không air purge dưới 30 triệu đồng. Khi giá tương đương, ưu tiên chọn theo điều kiện lắp và công việc bảo trì.

Điện dung DLM-35, CLM-36 và CLM-70:

• DLM-35: phù hợp phễu ngắn, chỉ cần tín hiệu analog và muốn tối ưu chi phí; giá thường dưới 10 triệu đồng. Hạn chế là khoảng đo xi măng tối đa 6m.
• CLM-36: phù hợp khi cần điện cực dài hơn cho silo (tối đa đến 20m), vẫn dùng đầu ra analog và không cần màn hình. Chi phí cao hơn DLM-35 nên cần cân đối với khoảng đo thực tế.
• CLM-70: khoảng đo tối đa 20m, cân nhắc khi cần giao tiếp HART hoặc để hiển thị và cấu hình tại chỗ (chọn đúng bản có màn hình). Ít được ưu tiên nếu chỉ cần đưa tín hiệu về PLC vì giá có thể khoảng 20 triệu đồng hoặc hơn.

Lưu ý: cả ba cùng dùng nguyên lý điện dung. Giá cao hơn chủ yếu cần được cân nhắc theo điện cực, khoảng đo và tính năng; không mặc nhiên đồng nghĩa chính xác hoặc bền hơn. Các mức giá trên là giá tham khảo đang khảo sát.

Nguồn đối chiếu: Flowline EchoBeam; bảng cấu hình LR85; Dinel GRLM-70; CLM-36; CLM-70; DLM-35.

2. Chọn cảm biến báo đầy và báo cạn xi măng

Cảm biến báo mức xác nhận vật liệu đã chạm một ngưỡng đặt trước. Phương án này phù hợp khi chỉ cần cảnh báo đầy/cạn hoặc bổ sung kênh báo mức cao độc lập bên cạnh thiết bị đo liên tục.

Lắp bên hông silo nên chọn đầu dò nào?

• Xi măng bám nhẹ, cần đầu dò dạng que: khảo sát DLS-35N-20, điện cực bán bọc dài 0,1-2m, hỗ trợ lắp ngang, nghiêng hoặc đứng.
• Điểm lắp dùng đầu dò ngắn hơn: có thể khảo sát DLS-27 cấu hình -20, điện cực bán bọc dài 0,1-1m. Chọn theo chiều dày thành, chiều dài cổ lắp và vị trí vật liệu chạm đầu dò.

Lưu ý khi lắp: đầu dò cần vượt khỏi cổ lắp và vùng vật liệu tích tụ trên thành. Tránh đặt trực tiếp dưới dòng nạp hoặc tại vị trí chịu va đập mạnh.

Lắp từ nóc silo nên chọn cảm biến cáp nào?

• Cần đặt ngưỡng sâu hơn so với nóc: khảo sát DLS-35N-50 hoặc DLS-27 cấu hình -40, dùng điện cực cáp có đối trọng dài 1-6m và lắp đứng.
• Cần báo cạn gần đáy: kiểm tra khoảng cách từ điểm lắp tới ngưỡng cần báo. Cáp tối đa 6m không mặc nhiên báo cạn sát đáy một silo cao 20m; khi đó cần khảo sát điểm lắp bên hông ở cao độ phù hợp hoặc giải pháp khác.

Lưu ý về tín hiệu: chốt đúng NPN, PNP hoặc NAMUR theo phiên bản và mạch nhận. Các cấu hình điện cực chưa phải mã đặt hàng đầy đủ; cần bổ sung ren, chiều dài, kiểu kết nối và yêu cầu khu vực lắp. Với cảnh báo đầy liên động nạp, kiểm tra cả trạng thái có/không có vật liệu, mất nguồn và đứt dây.

Nguồn đối chiếu: Dinel DLS-35. Với DLS-27, đối chiếu tài liệu điện cực và sơ đồ đấu nối của phiên bản đang được cung cấp trước khi đặt hàng.

Câu hỏi thường gặp khi chọn cảm biến đo mức xi măng

LR85-0300 có cổng air purge như LR85-0330 và LR85-0350 không?

Không. LR85-0300 là bản ren 3″ NPT, không có cổng air purge tích hợp như LR85-0330 và LR85-0350 bản mặt bích. Khi cần thổi khí làm sạch anten, phải chọn đúng cấu hình và bố trí nguồn khí bên ngoài.

DLM-35 và DLS-35 khác nhau thế nào?

DLM-35 đo mức liên tục và xuất tín hiệu analog theo cấu hình. DLS-35 phát hiện vật liệu tại một ngưỡng để báo đầy hoặc báo cạn. Hai dòng phục vụ nhu cầu khác nhau nên không thay thế trực tiếp chỉ vì hình dáng tương tự.

Silo cao 20m có bắt buộc chọn cảm biến dải 20m không?

Không thể chốt chỉ từ chiều cao tổng thể. Với radar không tiếp xúc, cần xác định khoảng cách từ anten đến mức thấp nhất cần đo; với đầu dò tiếp xúc, cần xác định chiều dài điện cực. Sau đó kiểm tra thêm giới hạn thiết bị và điều kiện vận hành.

Có cần cảm biến báo đầy riêng khi đã có radar đo liên tục không?

Có thể cần nếu hệ thống yêu cầu cảnh báo đầy độc lập. Radar phục vụ theo dõi mức; cảm biến báo mức cao được bố trí tại ngưỡng cảnh báo và đưa về kênh riêng. Mức độ độc lập cần xác định theo thiết kế hệ thống.

---

Người chịu trách nhiệm nội dung: Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa. Phụ trách nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu công nghiệp tại Chuyendoitinhieu.vn