Cách đo mức vật liệu rời trong silo: hạt nhựa, bột, ngũ cốc

Đo mức vật liệu rời trong silo chứa hạt nhựa, bột, ngũ cốc hoặc các nguyên liệu dạng hạt khó hơn đo một bề mặt chất lỏng phẳng. Khi nạp hoặc xả, bề mặt có thể tạo thành hình nón; bụi, dòng nạp và kết cấu bên trong silo cũng ảnh hưởng trực tiếp đến phép đo.

Bài viết tập trung vào 3 nhóm vật liệu phổ biến gồm hạt nhựa, bột, ngũ cốc và 5 cách đo mức silo: radar không tiếp xúc, siêu âm, điện dung, loadcell và công tắc mức. Trong tài liệu tiếng Anh, bài toán này thường được gọi là solid level measurement, silo level measurement hoặc bulk solids level measurement.

Khi chọn cảm biến đo mức silo, câu hỏi đầu tiên không nên là “dùng model nào” mà phải xác định cần đo mức liên tục, đo khối lượng hay chỉ báo đầy/cạn. Sau đó mới chọn công nghệ phù hợp.

Nếu cần phân biệt các nhóm công nghệ trong phạm vi rộng hơn, có thể xem bài cách đo mức vật liệu trong bồn kín.

3 vật liệu phổ biến khi đo mức vật liệu rời trong silo

1. Đo mức hạt nhựa trong silo

Đo mức hạt nhựa thường thuận lợi hơn bột vì lượng bụi thấp hơn. Tuy nhiên, bề mặt vật liệu vẫn tạo góc nghiêng nên cảm biến cần có vùng đo phù hợp.

Với silo nhỏ và sạch, siêu âm có thể được xem xét. Khi silo cao, có bụi hoặc cần chùm đo tập trung hơn, radar 80 GHz thường thuận lợi hơn.

2. Đo mức bột trong silo

Đo mức bột khó hơn khi quá trình nạp bằng khí nén hoặc vít tải tạo bụi mạnh. Đây là điều kiện bất lợi với siêu âm, vì vậy radar 80 GHz đo mức chất rắn thường được ưu tiên khảo sát trước.

3. Đo mức ngũ cốc trong silo

Ngũ cốc thường có góc nghỉ rõ, bề mặt nghiêng và mật độ khối thay đổi theo độ ẩm. Nếu chỉ cần chiều cao có thể dùng radar hoặc siêu âm tùy điều kiện; nếu cần tồn kho theo kg hoặc tấn nên đánh giá loadcell.

Như vậy, đo mức vật liệu rời trong silo cần xét đồng thời loại nguyên liệu, mức bụi, hình dạng bề mặt và mục tiêu đo thay vì chỉ nhìn vào chiều cao silo.

5 cách đo mức vật liệu rời trong silo

1. Radar đo mức chất rắn không tiếp xúc

Cảm biến radar đo khoảng cách từ nóc silo đến bề mặt vật liệu mà không cần tiếp xúc trực tiếp với hạt hoặc bột.

Radar 80 GHz có chùm đo hẹp tùy model, thuận lợi khi silo cao, nhiều bụi, bề mặt nghiêng hoặc cần tránh thành silo và kết cấu bên trong. Tuy nhiên vẫn phải kiểm tra khoảng đo thực tế, vị trí nạp và đặc tính phản xạ của vật liệu.

2. Cảm biến siêu âm đo mức silo

Cảm biến siêu âm cũng đo liên tục mà không tiếp xúc. Phương án này phù hợp hơn khi silo thông thoáng, bụi không quá dày và vùng phát sóng ít vật cản.

Có thể xem thêm bài radar hay siêu âm đo mức để so sánh kỹ hơn.

3. Cảm biến điện dung đo mức vật liệu rời

Cảm biến điện dung có thể dùng cho bột và vật liệu rời khi cho phép đầu dò tiếp xúc với nguyên liệu. Khi chọn cần kiểm tra bám dính, hằng số điện môi, độ ẩm và chiều dài điện cực.

4. Loadcell đo khối lượng silo

Loadcell giải quyết mục tiêu khác với radar. Radar đo chiều cao vật liệu, còn hệ cân loadcell đo khối lượng toàn silo. Nếu cần quản lý tồn kho theo kg hoặc tấn, đây có thể là phương án đúng bản chất hơn.

5. Công tắc báo mức silo

Nếu PLC chỉ cần tín hiệu đầy hoặc cạn thì không nhất thiết dùng cảm biến liên tục. Công tắc báo mức silo phù hợp cho báo đầy chống tràn, báo cạn hoặc điều khiển hệ thống nạp/xả.

So sánh nhanh 5 công nghệ đo mức silo

Mỗi phương pháp đo mức vật liệu rời trong silo có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy nên chọn theo điều kiện vận hành thực tế.

Chi phí trên chỉ mang tính tương đối để so sánh công nghệ. Chi phí thực tế còn phụ thuộc dải đo, chứng nhận, vật liệu chế tạo, số lượng điểm đo và phần cơ khí.

Vì sao đo mức vật liệu rời trong silo khó hơn?

• Bề mặt nghiêng: điểm phản xạ thay đổi theo quá trình nạp và xả.
• Bụi: đặc biệt rõ khi khí nén hoặc vít tải đưa bột vào silo.
• Dòng nạp: vật liệu đang rơi có thể làm tín hiệu không đại diện cho mức thật.
• Vật cản: thanh giằng, ống nạp, thành silo hoặc cổ lắp có thể nằm trong vùng đo.
• Khoảng đo: phải tính từ mặt phát cảm biến đến mức thấp nhất cần đọc.

Khi nào nên ưu tiên radar 80 GHz để đo mức silo?

Flowline có nhiều dòng radar 80 GHz dùng cho chất lỏng và vật liệu rời. Có thể đối chiếu thêm tại trang radar chính thức của Flowline.

Radar 80 GHz nên được ưu tiên khảo sát khi silo cao, bụi mạnh, bề mặt nghiêng, cần tránh kết cấu bên trong hoặc muốn đo hoàn toàn không tiếp xúc.

Các dòng cảm biến đo mức silo và thiết bị liên quan

Với các ứng dụng đo mức vật liệu rời trong silo liên tục, radar và siêu âm là hai nhóm cảm biến không tiếp xúc thường được khảo sát trước.

Radar Flowline 80 GHz

Các giá trị trên là dải tối đa theo công bố, không phải căn cứ duy nhất để khóa model. Có thể xem thêm bảng so sánh Flowline LR80, LR81, LR83 và LR85.

Radar dẫn sóng Dinel GRLM-70

Dinel GRLM-70 Miranda sử dụng nguyên lý guided wave radar với đầu dò que, cáp hoặc đồng trục. Đây là một hướng đo khi cho phép đầu dò tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu.

Cảm biến siêu âm Dinel ULM-70

Dinel ULM-70 có các phiên bản dải đo đến 20 m và có thể khảo sát cho vật liệu rời trong điều kiện bụi, luồng khí và vật cản phù hợp.

Cảm biến điện dung Dinel

Dinel DLM-35 có thể dùng cho đo liên tục trong ứng dụng phù hợp; DLS-27 và DLS-35 phù hợp hơn với nhiệm vụ báo đầy hoặc báo cạn.

Có thể đối chiếu thêm ứng dụng chính hãng tại Dinel – Grains, cereals & seeds.

Bộ chuyển đổi và hiển thị tín hiệu loadcell

Chuyendoitinhieu.vn không cung cấp cảm biến loadcell, nhưng có thể hỗ trợ phần xử lý tín hiệu khi silo đã lắp hệ cân:

• Seneca Z-SG: nhận tín hiệu loadcell mV/V và chuyển sang analog hoặc Modbus RS485.
• Seneca Z-SG3: xử lý tín hiệu cho hệ cân bồn/silo và truyền về PLC hoặc HMI.
• Pixsys STR561: hiển thị và xử lý tín hiệu loadcell tại tủ điện.

2 tình huống chọn cảm biến silo tham khảo

Các tình huống dưới đây đã được giản lược để minh họa cách chọn công nghệ, không phải cấu hình có thể áp dụng nguyên mẫu cho mọi silo.

Case 1: Silo bột cao 25 m, nạp khí nén

Case 2: Silo ngũ cốc cần quản lý tồn kho theo tấn

Lắp cảm biến đo mức silo thế nào để hạn chế sai số?

Khi đo mức vật liệu rời trong silo, vị trí lắp cảm biến có thể ảnh hưởng đến kết quả nhiều không kém việc chọn đúng dải đo.

• Không đặt ngay trên dòng nạp: vật liệu đang rơi có thể tạo tín hiệu sai.
• Không mặc định tâm silo luôn tốt nhất: cần xem góc nghỉ và vị trí nạp.
• Tránh vật cản: kiểm tra thanh giằng, ống nạp, thành silo và cổ lắp.
• Không chọn sát dải tối đa: nên có dự phòng cho điều kiện thực tế.
• Kiểm tra sau lắp: đối chiếu kết quả ở một số mức vật liệu đã biết.

Tín hiệu từ cảm biến đo mức silo đưa về PLC

Sau khi chọn đúng nguyên lý đo mới nên khóa giao tiếp điện. Các chuẩn thường gặp gồm 4–20 mA, HART, RS485 Modbus RTU và relay ON/OFF.

Nếu dùng tín hiệu analog, có thể xem bài tín hiệu 4–20 mA là gì để kiểm tra nguồn cấp, kiểu Active/Passive và cách kết nối với PLC.

Thông tin cần cung cấp trước khi chọn cảm biến đo mức chất rắn

1. Tên chính xác của hạt, bột hoặc vật liệu rời.
2. Chiều cao và đường kính silo.
3. Khoảng cách từ vị trí lắp đến mức thấp nhất cần đo.
4. Mức bụi khi nạp và xả.
5. Vị trí ống nạp, thanh giằng và vật cản.
6. Cần đo liên tục, báo đầy/cạn hay khối lượng kg/tấn.
7. Nhiệt độ, áp suất và yêu cầu phòng nổ nếu có.
8. Tín hiệu cần đưa về PLC, HMI hoặc DCS.

Nếu chưa xác định được công nghệ phù hợp để đo mức vật liệu rời trong silo, nên bắt đầu từ vật liệu, chiều cao, mức bụi và mục tiêu cần đo.

Câu hỏi thường gặp về đo mức vật liệu rời trong silo

Silo hạt nhựa có bắt buộc dùng radar không?

Không. Radar thuận lợi khi silo cao, có bụi hoặc cần vùng đo tập trung. Siêu âm, điện dung hoặc loadcell vẫn có thể phù hợp hơn tùy mục tiêu đo.

Đo bột nhiều bụi nên chọn radar hay siêu âm?

Khi bụi là yếu tố bất lợi chính, radar thường nên được khảo sát trước. Vẫn phải kiểm tra khoảng đo, vị trí lắp và tài liệu của model cụ thể.

Radar đo chiều cao có tính được số tấn vật liệu không?

Có thể quy đổi thành giá trị ước tính nếu biết hình học silo và mật độ khối. Nếu mục tiêu chính là khối lượng chính xác, nên đánh giá hệ cân loadcell.

Có nên lắp cảm biến ngay giữa silo?

Không có quy tắc mọi silo đều phải lắp chính giữa. Vị trí phù hợp phụ thuộc dòng nạp, góc bề mặt, vật cản và vùng phát sóng của cảm biến.

Cần chọn model Flowline nào cho silo?

Có thể lọc ban đầu theo dải chất rắn: LR80 đến 5 m, LR81/LR83 đến 15 m và LR85 đến 60 m. Sau đó mới kiểm tra vật liệu, bụi, vị trí lắp, nhiệt độ và tín hiệu.