Cảm biến đo mực nước: 16 loại phổ biến và cách chọn phù hợp

Cảm biến đo mực nước được dùng để theo dõi mức nước liên tục từ 0–100% hoặc phát hiện các điểm đầy/cạn trong bồn, bể, giếng và hồ chứa. Tùy vị trí lắp và điều kiện thực tế, có thể lựa chọn radar, siêu âm, thủy tĩnh, điện dung, điện cực hoặc các công nghệ khác.

Không có một loại sensor mực nước phù hợp cho mọi ứng dụng. Trước khi chọn cần xác định đo liên tục hay ON/OFF, chiều cao thực tế, bồn hở hay kín, tình trạng bọt/hơi/cặn và tín hiệu cần đưa về PLC hoặc bộ hiển thị.

Nếu môi chất không chỉ là nước mà còn có dầu, hóa chất hoặc chất lỏng công nghiệp khác, xem cảm biến đo mức chất lỏng để so sánh công nghệ theo đặc tính môi chất và điều kiện bồn.

Danh sách 16 loại dưới đây giúp bạn nhận biết nhanh nguyên lý, ứng dụng và trường hợp sử dụng của từng nhóm. Thứ tự trình bày không phải bảng xếp hạng; loại phù hợp cần được xác định theo bồn chứa, môi chất và mục tiêu đo thực tế.

Bài này đi sâu vào nước; bản đồ rộng hơn cho mọi môi chất nằm tại các loại cảm biến đo mức.

Cảm biến đo mức nước là gì?

Cảm biến đo mức nước là thiết bị dùng để xác định chiều cao, phần trăm hoặc trạng thái đầy – cạn của nước trong bồn, bể, giếng và hồ chứa. Kết quả có thể được hiển thị tại chỗ hoặc truyền về PLC, màn hình, datalogger và hệ thống giám sát.

Có ba cách phân loại cơ bản:

• Đo mức liên tục: Cho biết mức nước trên toàn dải theo mét, phần trăm hoặc thể tích.
• Báo mức điểm: Xác định nước đã chạm một vị trí để báo đầy, báo cạn hoặc điều khiển bơm.
• Tiếp xúc và không tiếp xúc: Đầu dò có thể nằm trong nước, lắp phía trên mặt nước hoặc gắn bên ngoài thành bồn.

Trong bài này, một số tên như “cảm biến 4-20mA”, “cảm biến lò hơi” và “cảm biến giá rẻ” mô tả tín hiệu, ứng dụng hoặc nhu cầu lựa chọn, không phải nguyên lý đo riêng.

Bảng tổng hợp 16 loại cảm biến đo mức nước:

Chọn nhanh cảm biến đo mực nước theo ứng dụng

Không cần bắt đầu từ tên model. Cách chọn cảm biến đo mực nước nên dựa trước tiên vào vị trí đo, điều kiện bồn và mục tiêu cần đo liên tục hay chỉ báo đầy/cạn. Bảng dưới đây giúp xác định nhanh nhóm công nghệ nên xem trước.

Nếu chưa xác định nên dùng công nghệ nào, hãy ưu tiên phân loại theo đo liên tục hay báo điểm, sau đó mới xét chiều cao đo, bọt, hơi, cặn, áp suất và vị trí lắp.

Các công nghệ cảm biến đo mức nước phổ biến

1. Cảm biến đo mức nước siêu âm

Cảm biến siêu âm đo mức nước là giải pháp đo liên tục không tiếp xúc, thường được lắp phía trên bể hoặc bồn. Cảm biến phát sóng siêu âm xuống mặt nước, nhận tín hiệu phản xạ rồi quy đổi khoảng cách thành chiều cao hoặc phần trăm mức.

Công nghệ này thường được dùng cho bể nước, bồn hở, hồ chứa, kênh hở và trạm xử lý nước thải. Khi chọn cần kiểm tra dải đo, vùng mù, góc phát sóng, cổ bồn, cánh khuấy, dòng nước cấp, bọt và hơi. Có thể tham khảo Dinel ULM-70 cho các ứng dụng đo mức liên tục không tiếp xúc.

Nếu cần tìm hiểu sâu về sóng âm, cấu tạo và nguyên lý Time of Flight, xem cảm biến siêu âm là gì.

2. Cảm biến đo mức nước radar

Cảm biến đo mức radar sử dụng sóng điện từ để xác định khoảng cách từ cảm biến đến mặt nước và quy đổi thành giá trị mức. Đây là nhóm nên ưu tiên đánh giá cho bồn kín, bồn có hơi, bọt hoặc các vị trí cần đo không tiếp xúc trong điều kiện phức tạp hơn. Chẳng hạn, Flowline LR80, LR81, LR83 và LR85 sử dụng công nghệ radar 80GHz.

Radar được ứng dụng trong bồn kín, bồn hóa chất, nước thải, bồn có hơi và các vị trí cần đo không tiếp xúc. Khi lựa chọn cần xem chiều cao bồn, vùng cận cảm biến, cổ bồn, vật cản, nhiệt độ, áp suất và đặc tính phản xạ của môi chất. Với khoảng đo lớn hoặc chùm sóng hẹp, có thể tham khảo cảm biến radar Flowline LR85.

Radar và siêu âm khác nhau thế nào?

Hai công nghệ đều có ứng dụng riêng. Nếu cần phân tích kỹ hơn về bọt, hơi nước, vùng mù, vị trí lắp và điều kiện lựa chọn, bạn có thể xem bài so sánh radar và siêu âm.

3. Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh

Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh xác định chiều cao cột nước từ áp suất thủy tĩnh và đặc biệt phù hợp cho giếng, hồ, bể sâu hoặc những vị trí có thể thả đầu dò trực tiếp xuống nước.

p = ρ × g × h

Trong đó, p là áp suất thủy tĩnh, ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, g là gia tốc trọng trường và h là chiều cao cột chất lỏng. Khi khối lượng riêng được biết hoặc tương đối ổn định, cảm biến có thể quy đổi áp suất thành mức nước.

Ứng dụng thường gặp gồm đo nước ngầm, bể chứa, hồ, sông và trạm bơm. Khi chọn cần kiểm tra chiều cao cột nước, khối lượng riêng, vật liệu màng, vỏ, cáp và khả năng tương thích với môi chất. Với đầu dò thả chìm, phần thông hơi trên cáp phải được bảo vệ khỏi ẩm.

Nếu cần hiểu rõ công thức p = ρgh, cấu tạo đầu dò và nguyên lý áp suất cột chất lỏng, xem cảm biến thủy tĩnh là gì.

Có thể xem thêm cảm biến đo mức nước HLM-25C.

4. Cảm biến đo mức dạng phao

Phao sử dụng lực nổi của chất lỏng để làm thay đổi vị trí cơ cấu cơ khí hoặc nam châm. Tùy thiết kế, phao có thể đóng/mở tiếp điểm tại một mốc, điều khiển bơm giữa hai mức hoặc tạo tín hiệu mức liên tục.

Phao thường dùng cho bể nước, hố bơm, bồn ngưng tụ và hệ thống cấp/xả nước. Các yếu tố cần kiểm tra gồm tỷ trọng chất lỏng, hướng lắp, không gian chuyển động, dòng nước xoáy, cặn bám và khả năng kẹt cơ khí.

Xem thêm các dạng phao báo mức nước.

5. Cảm biến đo mức điện dung

Cảm biến đo mức điện dung sử dụng sự thay đổi điện dung và hằng số điện môi khi đầu dò tiếp xúc với nước hoặc môi chất. Tùy thiết kế, công nghệ điện dung có thể dùng để đo mức liên tục 0–100% hoặc báo mức tại một điểm HIGH/LOW.

Với nhu cầu đo liên tục, cảm biến điện dung phù hợp cho các bồn cho phép đầu dò tiếp xúc môi chất, đặc biệt khi cần đưa tín hiệu analog về PLC hoặc bộ hiển thị. Có thể xem nhóm cảm biến đo mức điện dung để lựa chọn theo chiều dài đầu dò, môi chất, nhiệt độ và tín hiệu đầu ra.

Nếu chỉ cần phát hiện nước đã đạt một vị trí xác định, có thể sử dụng các công tắc mức điện dung. Dinel DLS-27 là một ví dụ về cảm biến báo mức giới hạn, không phải transmitter đo mức liên tục. Khi chọn cần kiểm tra hằng số điện môi, vật liệu đầu dò, độ dài điện cực, cặn bám và yêu cầu hiệu chỉnh độ nhạy.

Xem thêm về nguyên lý: Cảm biến điện dung là gì?

Xem thêm:Cảm biến điện dung báo mức chất lỏng Dinel CLS-23

6. Cảm biến báo mức điện cực dẫn điện

Cảm biến điện cực dẫn điện xác định nước đã chạm đến một hoặc nhiều vị trí dựa trên khả năng dẫn điện của chất lỏng. Hệ thống thường gồm điện cực đo, điện cực chung và bộ điều khiển mức. Khi nước tạo đường dẫn điện giữa các điện cực, bộ điều khiển sẽ thay đổi trạng thái relay để báo đầy, báo cạn hoặc điều khiển bơm.

Phương pháp này phù hợp với nước và các dung dịch có độ dẫn điện thích hợp, nhưng không dùng cho dầu hoặc chất lỏng cách điện. Khi lựa chọn cần kiểm tra vật liệu que dò, độ dẫn của môi chất, chiều dài điện cực và tình trạng cặn bám. Dinel CNP-18 là một ví dụ về que dò dẫn điện có thể kết hợp với bộ điều khiển CDSU-522.

7. Cảm biến đo mức bằng chênh áp

Cảm biến chênh áp xác định mức bằng cách so sánh áp suất tại đáy bồn với áp suất ở phần khí phía trên. Phần chênh lệch còn lại được dùng để tính chiều cao cột chất lỏng.

Phương pháp này thường xuất hiện trong bồn kín, bồn có áp suất, bình công nghệ và hệ thống lò hơi. Khi triển khai cần kiểm tra khối lượng riêng, nhiệt độ, áp suất, vị trí lấy áp, đường ống xung, seal màng và hiện tượng ngưng tụ.

8. Cảm biến báo mức xuyên thành bồn

Cảm biến xuyên thành được gắn bên ngoài để phát hiện chất lỏng qua thành bồn không dẫn điện, thường là nhựa hoặc thủy tinh. Thiết bị chủ yếu báo có hoặc không có chất lỏng tại vị trí lắp.

Dinel FLD-32 là một ví dụ dùng cho bồn, can hoặc ống báo mức bằng nhựa và thủy tinh. Khả năng phát hiện phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày thành bồn, độ cong bề mặt, lớp bám phía trong và đặc tính của chất lỏng. Loại thông thường không dùng để đo xuyên qua thành kim loại.

9. Cảm biến laser có dùng để đo mức nước được không?

Cảm biến laser phát tia sáng đến bề mặt và dùng tín hiệu phản xạ để xác định khoảng cách. Chùm tia hẹp phù hợp với các vị trí có không gian quan sát nhỏ hoặc cần tránh kết cấu xung quanh.

Khi đo nước, kết quả phụ thuộc vào độ trong, màu sắc, góc phản xạ, độ gợn bề mặt, bọt, hơi và ánh sáng môi trường. Vì vậy cần chọn model được nhà sản xuất cho phép đo chất lỏng và thử nghiệm với điều kiện thực tế trước khi sử dụng.

10. Cảm biến đo mức tiệm cận và phát hiện rò rỉ

Cảm biến tiệm cận phát hiện chất lỏng tại khoảng cách gần hoặc tại một vị trí xác định. Thiết bị chỉ chuyển trạng thái ON/OFF, không đo liên tục toàn bộ chiều cao nước trong bồn.

Dinel CPS-24 có thể báo mức qua thành bồn hoặc ống báo mức không dẫn điện, phát hiện chất lỏng giữa hai lớp bồn và cảnh báo rò rỉ trong khay hứng, hố thu hoặc trên sàn. Ngõ ra gồm NPN, PNP hoặc NAMUR tùy phiên bản.

Khoảng cảm nhận 0-10mm của CPS-24 là khoảng cách phát hiện, không phải dải đo chiều cao mức nước. Khi lắp cần kiểm tra vật liệu, chiều dày thành bồn, lớp cặn bám và độ nhạy của cảm biến.

Phân loại cảm biến theo chức năng và tín hiệu

11. Cảm biến đo mức nước liên tục 4-20mA

Khi cần theo dõi mức nước thay đổi trên toàn dải thay vì chỉ báo đầy/cạn, nên sử dụng cảm biến đo mức liên tục. Radar, siêu âm, thủy tĩnh, chênh áp và một số cảm biến điện dung có thể truyền giá trị mức bằng tín hiệu 4–20mA.

Thông thường, 4mA được gán cho mức thấp nhất và 20mA cho mức cao nhất. Tín hiệu có thể truyền về PLC, bộ hiển thị hoặc datalogger để giám sát, ghi dữ liệu và điều khiển.

Trước khi đấu nối cần xác định cảm biến 2 dây hay 4 dây, nguồn cấp vòng dòng và ngõ vào của thiết bị nhận là Active hay Passive. Xem hướng dẫn nối dây tín hiệu 4–20mA Active và Passive nếu cần triển khai phần kết nối.

12. Cảm biến báo đầy báo cạn

Cảm biến báo đầy báo cạn dùng để xác định nước đã đạt một ngưỡng HIGH hoặc LOW thay vì đo liên tục toàn bộ chiều cao bồn. Khi nước chạm hoặc rời vị trí đặt cảm biến, đầu ra thay đổi trạng thái để điều khiển relay, PLC, còi, đèn, bơm hoặc van.

Chức năng này có thể thực hiện bằng phao, điện cực, điện dung hoặc cảm biến không tiếp xúc tùy ứng dụng. Một bồn có thể sử dụng hai điểm LOW/HIGH để điều khiển bơm hoặc thêm một điểm MAX để chống tràn. Xem các giải pháp cảm biến báo mức đầy cạn.

13. Cảm biến 3 que, 5 que

Cảm biến 3 que và 5 que là cụm điện cực dùng với bộ điều khiển mức. Cách bố trí phổ biến gồm một que chung và các que còn lại tương ứng với từng mốc nước. Cụm 3 que có thể tạo hai mốc; cụm 5 que có thể tạo bốn mốc tùy sơ đồ đấu dây.

Với hệ ba điện cực COM – MIN – MAX dùng để điều khiển bơm nước, xem chi tiết cảm biến mực nước 3 que.

Thiết bị thường dùng để điều khiển bơm, báo cạn và cảnh báo tràn trong nước dẫn điện. Khi lắp cần chọn đúng chiều dài, vật liệu, khoảng cách giữa các que và hạn chế cặn bám gây nối điện giả.

Nếu cần lựa chọn riêng chiều dài và cấu tạo đầu dò, xem que đo mực nước.

Cảm biến theo điều kiện và ứng dụng sử dụng

14. Cảm biến đo mức nước lò hơi

Cảm biến mức nước lò hơi là tên gọi theo ứng dụng. Hệ thống có thể sử dụng chênh áp, điện cực chuyên dụng, radar dẫn sóng, kính thủy hoặc nhiều phương pháp kết hợp tùy thiết kế.

Thiết bị và phụ kiện phải phù hợp với nhiệt độ, áp suất, cột nước ngưng, kết nối cơ khí và yêu cầu an toàn của lò. Các điểm bảo vệ cạn hoặc giới hạn mức an toàn cần tuân theo thiết kế và yêu cầu kiểm định của hệ thống.

15. Cảm biến đo mức nước phòng nổ

Cảm biến phòng nổ là phiên bản được thiết kế và chứng nhận để làm việc trong khu vực có khí, hơi hoặc bụi dễ cháy. Radar, thủy tĩnh, điện dung, phao và công tắc mức đều có thể có phiên bản này.

Khi chọn cần đối chiếu đúng model với phân vùng lắp đặt, nhóm khí hoặc bụi, cấp nhiệt độ, nhiệt độ môi trường và kiểu bảo vệ. Ngoài cảm biến, nguồn, barrier, cáp, đầu nối và tiếp địa cũng phải phù hợp với hệ thống phòng nổ.

16. Cảm biến đo mức nước giá rẻ

Cảm biến mức nước giá rẻ nên được chọn theo đúng chức năng cần dùng. Nếu chỉ cần báo đầy/cạn, có thể cân nhắc phao hoặc điện cực. Đối với đo liên tục, cần lựa chọn theo chiều cao bồn, vị trí lắp và tín hiệu đầu ra trước khi so sánh chi phí.

Không nên bỏ qua vật liệu tiếp xúc, nhiệt độ, áp suất, vùng mù hoặc khả năng kết nối PLC để giảm giá mua ban đầu. Thiết bị đáp ứng vừa đủ yêu cầu và vận hành ổn định mới là phương án tiết kiệm lâu dài.

Cảm biến dòng chảy có đo được mức nước không?

Cảm biến dòng chảy không đo chiều cao nước trong bồn. Thiết bị dùng để phát hiện hoặc đo chất lỏng đang chuyển động trong đường ống, với đầu ra ON/OFF, xung, analog hoặc dữ liệu số tùy model.

Trong hệ thống bơm, cảm biến mức cho biết trạng thái nước trong bồn, còn cảm biến dòng chảy xác nhận nước có thực sự đi qua đường ống. Hai thiết bị có thể phối hợp để chống chạy khô, cảnh báo mất dòng và phát hiện sự cố. Vì đo đại lượng khác nhau, cảm biến dòng chảy không tính trong 16 nhóm trên.

Nếu cần so sánh nhiều phương pháp cho cùng một bồn, có thể xem bài cách đo mức chất lỏng trong bồn.

Những lỗi thường gặp khi chọn cảm biến mức nước

• Xác định ngay từ đầu cần đo liên tục 0–100% hay chỉ báo đầy/cạn HIGH/LOW.
• Đo đúng chiều cao làm việc và kiểm tra vùng mù của cảm biến.
• Cung cấp loại nước, nhiệt độ, áp suất, bọt, hơi và cặn bám.
• Kiểm tra vật liệu của đầu dò, màng, phao, gioăng và cáp.
• Chọn đúng tín hiệu relay, NPN/PNP, 4-20mA hoặc Modbus cho thiết bị nhận.
• Với khu vực nguy hiểm, phải dùng đúng phiên bản và chứng nhận phòng nổ.

Kết luận

Các loại cảm biến đo mức nước được gọi theo công nghệ, tín hiệu, chức năng và điều kiện sử dụng. Siêu âm, radar, thủy tĩnh, phao, điện dung, điện cực, chênh áp, xuyên thành, laser và tiệm cận đáp ứng những ứng dụng khác nhau; trong khi 4-20mA, báo đầy báo cạn, lò hơi, phòng nổ và giá rẻ là các cách phân loại theo nhu cầu thực tế.

Để chọn đúng, cần xác định mục tiêu đo, loại bồn, chiều cao, môi chất, nhiệt độ, áp suất, vị trí lắp và tín hiệu cần đưa về hệ thống điều khiển.

Tư vấn chọn cảm biến đo mực nước

Để chọn đúng công nghệ, cần đối chiếu điều kiện đo trước khi chọn model cụ thể.

Chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hoá

Phụ trách biên soạn và kiểm tra nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu trong công nghiệp.

• Điện thoại:0886 088 496
  
• Email:datle.huphaco@gmail.com
  
• Website:Chuyendoitinhieu.vn