Cách đo mức chất lỏng trong bồn: 7 phương pháp chính xác

Làm thế nào để biết trong bồn còn bao nhiêu nước, dầu hoặc hóa chất khi không thể quan sát trực tiếp bằng mắt? Đây là vấn đề thường gặp với bồn inox, bồn thép, bồn kín, bồn đặt trên cao và các bồn chứa chất lỏng nguy hiểm.

Có nhiều cách đo mức chất lỏng trong bồn, từ kiểm tra bằng que đo, kính quan sát và phao cơ đến sử dụng cảm biến áp suất, siêu âm, radar hoặc loadcell. Mỗi phương pháp có độ chính xác, chi phí và điều kiện ứng dụng khác nhau.

Nếu chỉ cần biết bồn đầy hay cạn, công tắc mức hoặc phao báo mức có thể đáp ứng. Nếu cần hiển thị liên tục theo mét, phần trăm, lít hoặc mét khối và truyền dữ liệu về PLC, nên sử dụng cảm biến đo mức liên tục.

Trước khi chọn phương pháp đo mức cần xác định điều gì?

Không nên chọn cảm biến chỉ dựa trên chiều cao bồn hoặc khoảng đo tối đa. Trước tiên, cần xác định:

• Loại chất lỏng: nước sạch, nước thải, dầu hay hóa chất.
• Chiều cao và hình dạng bồn.
• Bồn kín hay bồn hở.
• Nhiệt độ và áp suất làm việc.
• Chất lỏng có bọt, hơi, cặn hoặc độ nhớt cao không.
• Trong bồn có cánh khuấy, đường ống hoặc dòng nước cấp không.
• Chỉ cần báo đầy/cạn hay phải đo liên tục.
• Cần hiển thị tại chỗ hay truyền tín hiệu về PLC.
• Cảm biến có được phép tiếp xúc với chất lỏng không.
• Đơn vị cần quản lý: mét, phần trăm, lít, mét khối hay khối lượng.

Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và độ chính xác của hệ thống đo.

Bảng so sánh 7 cách đo mức chất lỏng trong bồn

7 cách đo mức chất lỏng trong bồn

1. Đo mức chất lỏng bằng que đo thủ công

Người vận hành đưa que hoặc thước có vạch chia xuống bồn, sau đó xác định chiều cao phần bị ướt để biết mức chất lỏng.

Ưu điểm:

• Chi phí rất thấp.
• Không cần nguồn điện.
• Dễ thực hiện với bồn nhỏ.
• Có thể dùng để kiểm tra chéo cảm biến.

Hạn chế:

• Chỉ biết mức tại thời điểm kiểm tra.
• Phụ thuộc vào thao tác của người đo.
• Không truyền được dữ liệu về tủ điều khiển.
• Khó sử dụng với bồn kín hoặc bồn đặt trên cao.
• Không an toàn khi đo hóa chất, chất lỏng nóng hoặc có hơi độc.

Que đo chỉ phù hợp với bồn nhỏ, chất lỏng ít nguy hiểm và tần suất kiểm tra không thường xuyên.

2. Đo mức bằng kính thủy hoặc ống quan sát

Kính thủy được lắp bên ngoài và kết nối với bồn. Theo nguyên lý bình thông nhau, mức chất lỏng trong kính tương đương với mức bên trong bồn.

Ưu điểm

• Quan sát mức trực tiếp.
• Không cần nguồn điện.
• Dễ kiểm tra và bảo trì.
• Có thể gắn vạch chia để ước tính thể tích.

Hạn chế

• Chỉ quan sát được tại chỗ.
• Kính có thể bám cặn, đổi màu hoặc tắc.
• Có nguy cơ rò rỉ tại vị trí kết nối.
• Không phù hợp với chất lỏng đục, nhớt hoặc dễ kết tinh.
• Phải chọn đúng vật liệu kính và gioăng khi đo hóa chất.

Kính thủy phù hợp với chất lỏng sạch, bồn áp suất thấp và vị trí người vận hành dễ quan sát.

3. Đo mức bằng phao cơ hoặc công tắc phao

Phao nổi trên bề mặt và di chuyển theo mức chất lỏng. Chuyển động này có thể điều khiển kim chỉ thị, tiếp điểm điện hoặc bộ phát tín hiệu.

Công tắc phao thường được dùng để:

• Báo đầy bồn.
• Báo cạn bồn.
• Chống tràn.
• Điều khiển bơm cấp hoặc bơm xả.
• Bảo vệ bơm chạy khô.

Ưu điểm

• Nguyên lý đơn giản.
• Chi phí hợp lý.
• Dễ kết nối relay điều khiển bơm.
• Không bị ảnh hưởng bởi hơi nước.

Hạn chế

• Tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng.
• Có thể bị kẹt bởi rác, cặn hoặc chất lỏng nhớt.
• Dây phao có thể vướng vào đường ống.
• Không phù hợp với bồn có cánh khuấy mạnh.
• Loại phao thông thường chỉ báo được một vài ngưỡng.

Nếu chỉ cần báo đầy và cạn, phao là giải pháp tiết kiệm. Nếu cần biết mức liên tục, nên sử dụng cảm biến có ngõ ra 4-20mA.

4. Đo mức bằng cảm biến áp suất thủy tĩnh

Cảm biến được lắp dưới đáy bồn hoặc thả chìm trong chất lỏng. Thiết bị đo áp suất cột chất lỏng rồi quy đổi thành chiều cao mức theo công thức:

Áp suất = Khối lượng riêng × Gia tốc trọng trường × Chiều cao mức

Có thể sử dụng cảm biến thủy tĩnh Dinel HLM-25C cho nước sạch, nước đục hoặc nước có bùn nhẹ trong bể, giếng và bồn không áp. Cảm biến truyền tín hiệu 4–20mA hoặc 0–10V về màn hình và PLC. Tham khảo Dinel HLM-25C chính hãng.

Ưu điểm

• Đo liên tục, chi phí hợp lý.
• Ít bị ảnh hưởng bởi bọt và hơi nước.
• Phù hợp với bể nước, giếng và bể ngầm.
• Dễ truyền tín hiệu về PLC.

Hạn chế

• Cảm biến tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng.
• Khối lượng riêng thay đổi có thể gây sai số.
• Cần chọn vật liệu màng phù hợp với môi chất.
• Không phù hợp trực tiếp với bồn kín có áp suất.

5. Đo mức không tiếp xúc bằng cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được lắp phía trên bồn. Thiết bị phát xung âm về phía bề mặt chất lỏng, nhận tín hiệu phản xạ và đo thời gian sóng truyền đi rồi quay trở lại. Từ khoảng cách đo được, bộ xử lý sẽ tính ra chiều cao mức chất lỏng.

Đây là phương pháp không tiếp xúc phổ biến cho bể nước, nước thải, bồn chứa và kênh hở có điều kiện đo tương đối ổn định. Chẳng hạn, cảm biến siêu âm Dinel ULM-53 có thể đo liên tục mà không tiếp xúc với môi chất, đồng thời truyền kết quả bằng tín hiệu 4-20mA, 0-10V hoặc RS485 Modbus tùy phiên bản. Có thể tham khảo nguyên lý và phạm vi ứng dụng trong tài liệu Dinel ULM-53 chính hãng.

Ưu điểm

• Không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng.
• Lắp đặt và bảo trì thuận tiện.
• Phù hợp với nước sạch, nước thải và nhiều loại chất lỏng.
• Có thể truyền tín hiệu về màn hình, PLC hoặc datalogger.
• Chi phí thường thấp hơn cảm biến radar.

Hạn chế

• Có vùng mù gần đầu cảm biến.
• Bọt dày có thể hấp thụ sóng âm và làm tín hiệu phản hồi yếu.
• Hơi nước, ngưng tụ và nhiệt độ không khí có thể ảnh hưởng kết quả.
• Cánh khuấy, đường ống và dòng nước cấp có thể tạo phản xạ giả.
• Không nên lắp cảm biến quá sát thành bồn hoặc trong cổ bồn quá hẹp.

Cảm biến siêu âm phù hợp với bể nước, bể hở, nước thải ít bọt và các ứng dụng có môi trường tương đối ổn định. Khi lựa chọn Dinel ULM-53, cần xác định khoảng đo, vùng mù, tín hiệu đầu ra và điều kiện lắp đặt thực tế trước khi chọn phiên bản.

6. Đo mức bằng cảm biến radar

Cảm biến radar phát sóng điện từ về phía bề mặt chất lỏng, nhận tín hiệu phản xạ và tính khoảng cách. Mức chất lỏng được xác định từ chiều cao bồn và khoảng cách đo được.

Radar cũng là phương pháp không tiếp xúc nhưng ít phụ thuộc vào nhiệt độ không khí hơn siêu âm. Các cảm biến radar 80GHz có góc phát hẹp, giúp hạn chế tín hiệu phản xạ từ thành bồn, đường ống và kết cấu bên trong. Có thể tham khảo thêm nguyên lý tại trang Radar Level Measurement của Flowline.

Ưu điểm

• Đo liên tục và không tiếp xúc.
• Phù hợp với bồn kín hoặc bồn cao.
• Góc phát hẹp giúp lắp đặt thuận tiện hơn.
• Hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng có hơi, ngưng tụ hoặc bề mặt biến động.
• Có thể đo nước, dầu, hóa chất và một số chất lỏng tạo bọt.
• Dễ kết nối PLC bằng 4-20mA, HART hoặc Modbus tùy model.

Hạn chế

• Chi phí đầu tư thường cao hơn siêu âm.
• Phải chọn đúng khoảng đo, anten và vật liệu tiếp xúc.
• Vị trí lắp sai vẫn có thể gây phản xạ giả.
• Bọt quá dày hoặc môi chất có khả năng phản xạ rất thấp cần được kiểm tra trước.

Radar phù hợp khi cần độ ổn định cao, bồn kín, bồn có hơi nước, hóa chất, nhiệt độ thay đổi hoặc kết cấu bên trong phức tạp.

Đối với bồn nhỏ có thể chọn Flowline LR80. Những bồn lớn, silo hoặc ứng dụng cần khoảng đo xa có thể cân nhắc các phiên bản LR81, LR83 hoặc LR85.

Bài viết liên quan:

• Cảm biến radar đo mức Flowline LR83
• Cảm biến radar đo mức Flowline LR85

7. Xác định lượng chất lỏng bằng loadcell cân bồn

Loadcell được lắp dưới chân bồn để đo tổng khối lượng. Sau khi trừ khối lượng vỏ bồn, hệ thống xác định khối lượng chất lỏng còn lại.

Nếu biết khối lượng riêng, có thể quy đổi:

Thể tích = Khối lượng chất lỏng ÷ Khối lượng riêng

Ưu điểm

• Đo trực tiếp theo kg hoặc tấn.
• Không phụ thuộc vào bọt, hơi hoặc bề mặt chất lỏng.
• Không cần đưa cảm biến vào bên trong bồn.
• Có thể dùng với chất lỏng nhớt hoặc bồn có cánh khuấy.
• Phù hợp với cân phối liệu và quản lý tồn kho.

Hạn chế

• Cần thiết kế cơ khí phù hợp.
• Đường ống cứng có thể tạo lực phụ làm sai kết quả.
• Rung động và tải lệch ảnh hưởng đến độ chính xác.
• Việc lắp đặt vào bồn đang sử dụng có thể phức tạp.
• Cần bộ cộng loadcell, bộ chuyển đổi và hiệu chuẩn hệ thống.

Loadcell phù hợp khi cần quản lý chất lỏng theo khối lượng hoặc khi các phương pháp đo từ trên xuống bị ảnh hưởng bởi bọt, hơi và cánh khuấy.

Nên chọn phương pháp đo mức nào?

Có thể lựa chọn nhanh theo nhu cầu sau:

• Bồn nhỏ, ít kiểm tra: Dùng que đo hoặc kính thủy.
• Chỉ báo đầy và cạn: Dùng phao hoặc công tắc mức.
• Bể nước, giếng, bồn không áp: Dùng cảm biến thủy tĩnh.
• Bể hở, ít bọt và ít hơi: Dùng cảm biến siêu âm.
• Bồn kín, hóa chất, nhiều hơi hoặc cần ổn định cao: Dùng radar.
• Quản lý theo kg hoặc tấn: Dùng loadcell cân bồn.

Không có một phương pháp tốt nhất cho mọi bồn chứa. Giải pháp phù hợp phải dựa trên môi chất, kết cấu bồn, điều kiện vận hành và cách sử dụng dữ liệu.

Đưa tín hiệu đo mức về PLC hoặc màn hình

Các cảm biến đo mức liên tục thường cung cấp tín hiệu:

• 4-20mA.
• 0-10V.
• HART.
• Modbus RTU RS485.
• Relay báo ngưỡng.

Trong đó, 4-20mA được dùng phổ biến vì dễ truyền đi xa và thuận tiện kết nối PLC, màn hình hoặc bộ ghi dữ liệu.

Một hệ thống cơ bản có thể bố trí:

Cảm biến đo mức → Bộ hiển thị hoặc bộ cách ly → PLC/Datalogger → SCADA

PLC có thể quy đổi tín hiệu thành mét hoặc phần trăm. Nếu cần hiển thị theo lít hoặc mét khối, phải khai báo thêm hình dạng và kích thước bồn.

Làm thế nào quy đổi mức sang thể tích?

Với bồn đứng hình trụ có tiết diện đều:

Thể tích chất lỏng = Diện tích đáy × Chiều cao mức

Tuy nhiên, đối với bồn nằm ngang, bồn hình cầu hoặc bồn có đáy côn, thể tích không thay đổi tuyến tính theo chiều cao. Khi đó cần:

• Sử dụng bảng dung tích của nhà sản xuất bồn.
• Nhập bảng tuyến tính hóa vào PLC hoặc màn hình.
• Sử dụng cảm biến hoặc bộ điều khiển hỗ trợ quy đổi thể tích.
• Hiệu chuẩn tại nhiều điểm nếu cần độ chính xác cao.

Câu hỏi thường gặp

Cách nào đo mức chất lỏng trong bồn chính xác nhất?

Không có một phương pháp chính xác nhất cho mọi ứng dụng. Radar thường phù hợp khi cần đo không tiếp xúc và hoạt động ổn định trong bồn kín. Cảm biến thủy tĩnh phù hợp bể nước, còn loadcell phù hợp khi cần xác định khối lượng.

Chỉ cần báo bồn đầy và cạn thì dùng thiết bị nào?

Có thể dùng phao, công tắc mức điện dung, điện cực hoặc công tắc mức rung tùy theo loại chất lỏng. Không nhất thiết phải dùng cảm biến đo liên tục.

Cảm biến nào đo mức mà không tiếp xúc với chất lỏng?

Radar và siêu âm là hai công nghệ không tiếp xúc phổ biến. Cảm biến được lắp trên nóc bồn và đo khoảng cách đến bề mặt chất lỏng.

Bồn có nhiều bọt nên dùng radar hay siêu âm?

Bọt có thể hấp thụ hoặc làm suy yếu tín hiệu siêu âm. Radar thường được ưu tiên hơn, nhưng vẫn cần kiểm tra độ dày, tính chất bọt và hằng số điện môi của chất lỏng.

Có thể hiển thị lượng chất lỏng theo lít không?

Có. Cần biết hình dạng, kích thước và bảng dung tích của bồn. PLC, màn hình hoặc bộ điều khiển sẽ quy đổi mức đo thành lít hoặc mét khối.

Tư vấn chọn cảm biến đo mức chất lỏng trong bồn

Để lựa chọn đúng phương pháp và model, quý khách vui lòng cung cấp:

• Loại chất lỏng cần đo.
• Chiều cao và hình dạng bồn.
• Bồn kín hay bồn hở.
• Nhiệt độ và áp suất làm việc.
• Tình trạng bọt, hơi, cặn hoặc cánh khuấy.
• Chỉ cần báo đầy/cạn hay đo liên tục.
• Tín hiệu cần đưa về PLC hoặc màn hình.
• Kiểu kết nối cơ khí dự kiến.

Chuyendoitinhieu.vn sẽ hỗ trợ kiểm tra khoảng đo, công nghệ cảm biến, tín hiệu đầu ra và phương án lắp đặt trước khi lựa chọn thiết bị.

Hotline/Zalo: 0886 0884 96
Email: datle.huphaco@gmail.com
Website: chuyendoitinhieu.vn