Cách đo mức vật liệu trong bồn kín bằng phương pháp nào?

Cách đo mức vật liệu trong bồn kín phụ thuộc vào vật liệu bên trong là chất lỏng hay chất rắn, yêu cầu đo liên tục hay chỉ báo đầy/cạn và điều kiện vận hành thực tế. Các phương pháp thường được sử dụng gồm phao, cảm biến áp suất thủy tĩnh, siêu âm, radar, loadcell và công tắc báo mức.

Với bồn inox, bồn thép, bồn nhựa đục hoặc silo đóng kín, người vận hành không thể quan sát trực tiếp lượng vật liệu còn lại. Việc mở nắp, dùng que đo hoặc leo lên bồn kiểm tra vừa mất thời gian vừa có thể không an toàn khi môi chất là hóa chất, dầu, nước thải, bột mịn hoặc vật liệu phát sinh bụi.

Bài viết sẽ giúp bạn so sánh sáu phương pháp đo mức, xác định trường hợp phù hợp với từng loại và biết những thông tin cần chuẩn bị trước khi chọn thiết bị.

Không có một phương pháp tối ưu cho mọi bồn. Trước khi chọn thiết bị cần xác định rõ mục tiêu đo và điều kiện vận hành thực tế.

Cách đo mức vật liệu trong bồn kín có khó không?

Khó khăn đầu tiên là người vận hành không thể quan sát trực tiếp bề mặt vật liệu. Nếu không có thiết bị đo, hệ thống có thể gặp tình trạng bồn bị tràn, bơm chạy khô, thiếu nguyên liệu giữa quá trình sản xuất hoặc phải dừng máy để kiểm tra.

Bên cạnh đó, mỗi môi chất có đặc tính khác nhau. Nước, dầu, hóa chất, bột xi măng và hạt nhựa không thể luôn sử dụng chung một phương pháp. Chất lỏng có thể tạo bọt, bay hơi hoặc thay đổi khối lượng riêng; chất rắn thường có bề mặt nghiêng, phát sinh bụi và phân bố không đều trong silo.

Kết cấu bồn cũng ảnh hưởng đến phép đo. Cổ bồn, cánh khuấy, đường ống, thanh giằng, thang và dòng nạp liệu có thể cản trở cảm biến. Vì vậy, không nên chọn thiết bị chỉ dựa trên chiều cao bồn hoặc dải đo tối đa ghi trên catalogue.

6 cách đo mức vật liệu trong bồn kín phổ biến

1. Đo mức bằng phao

Phao di chuyển theo bề mặt chất lỏng và tác động lên công tắc hoặc bộ truyền tín hiệu. Đây là phương pháp đơn giản, thường dùng cho bồn nước, hố thu và hệ thống điều khiển bơm.

Phao phù hợp với chất lỏng tương đối sạch và không yêu cầu đo không tiếp xúc. Hạn chế là bộ phận chuyển động có thể bị kẹt bởi cặn, rác, chất bám hoặc chất lỏng có độ nhớt cao.

Nếu chỉ cần đóng bơm khi đầy hoặc mở bơm khi cạn, phao thường là lựa chọn đủ dùng. Nếu cần biết mức thay đổi liên tục theo mét hoặc phần trăm, phải chọn loại phao truyền tín hiệu liên tục thay vì phao báo điểm thông thường.

2. Đo bằng áp suất thủy tĩnh

Cảm biến được đặt ở đáy bồn hoặc lắp tại vị trí thấp trên thành bồn để đo áp suất do cột chất lỏng tạo ra. Từ áp suất và khối lượng riêng, hệ thống quy đổi thành chiều cao mức.

Phương pháp này chỉ phù hợp với chất lỏng. Đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp với môi chất nên cần kiểm tra vật liệu khi đo hóa chất hoặc chất lỏng ăn mòn.

Với bồn kín có áp suất phía trên bề mặt, cần tính đến phần áp suất khí. Nếu bỏ qua yếu tố này, kết quả quy đổi mức có thể không chính xác.

3. Đo mức bằng cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được lắp phía trên bồn, phát sóng âm xuống bề mặt rồi nhận tín hiệu phản xạ. Từ thời gian truyền và nhận sóng, thiết bị xác định khoảng cách và tính ra chiều cao mức.

Ưu điểm của siêu âm là đo không tiếp xúc, phù hợp nhiều bồn nước, bể chứa và một số ứng dụng chất rắn có điều kiện ổn định.

Hạn chế là kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi hơi, bọt dày, bụi, sự thay đổi nhiệt độ không khí hoặc vùng mù gần đầu dò. Vị trí phía dưới cảm biến cũng cần thông thoáng, tránh thành bồn và vật cản.

4. Đo mức bằng cảm biến radar

Radar phát sóng điện từ đến bề mặt vật liệu, nhận tín hiệu phản xạ và xác định khoảng cách. Thiết bị được lắp phía trên nên không cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng hoặc chất rắn.

Radar có thể đo liên tục nước, hóa chất, dầu, bột, hạt và nhiều loại vật liệu rời khi điều kiện phản xạ phù hợp. Radar tần số cao với chùm sóng hẹp còn thuận lợi trong bồn hoặc silo có không gian lắp hạn chế.

Tuy nhiên, radar không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất. Khả năng đo còn phụ thuộc vào môi chất, khoảng cách, bọt, bụi, cánh khuấy, bề mặt vật liệu và vị trí lắp. Phần lựa chọn radar sẽ được phân tích riêng trong bài Khi nào nên dùng cảm biến radar để đo mức trong bồn kín?

Người đọc có thể tham khảo thêm tài liệu và hướng dẫn kỹ thuật cảm biến đo mức của Flowline để đối chiếu dải đo, tín hiệu, điều kiện lắp đặt và giới hạn của từng dòng thiết bị.

5. Xác định lượng vật liệu bằng loadcell

Loadcell không đo trực tiếp chiều cao bề mặt mà đo tổng khối lượng của bồn và vật liệu bên trong. Sau khi trừ khối lượng bồn rỗng, hệ thống xác định lượng vật liệu còn lại.

Phương pháp cân bồn có thể sử dụng cho cả chất lỏng và chất rắn, đặc biệt khi cần quản lý nguyên liệu theo kilogram hoặc tấn. Loadcell cũng không bị ảnh hưởng bởi bọt, bụi hoặc bề mặt vật liệu nghiêng.

Độ chính xác phụ thuộc vào kết cấu chân bồn, phân bố tải, rung động, đường ống liên kết và quá trình hiệu chuẩn. Tín hiệu từ loadcell thường cần bộ chuyển đổi hoặc màn hình chuyên dụng trước khi đưa về PLC.

6. Báo đầy và cạn bằng công tắc mức

Công tắc mức chỉ phát hiện vật liệu tại một vị trí xác định, chẳng hạn mức cao để chống tràn hoặc mức thấp để bảo vệ bơm chạy khô.

Tùy môi chất, có thể sử dụng công tắc phao, điện dung, rung, quay hoặc nguyên lý khác. Đây là giải pháp phù hợp khi hệ thống không cần biết chính xác mức đang là 30%, 50% hay 80%.

Trong các ứng dụng quan trọng, công tắc mức có thể được lắp bổ sung bên cạnh cảm biến đo liên tục để tạo một lớp cảnh báo độc lập.

So sánh các phương pháp đo mức trong bồn kín

Phương pháp	Chất lỏng	Chất rắn	Tiếp xúc môi chất	Đo liên tục	Lưu ý chính
Phao	Phù hợp	Không	Có	Tùy loại	Có thể bị kẹt bởi cặn hoặc chất bám
Áp suất thủy tĩnh	Phù hợp	Không	Có	Có	Phụ thuộc khối lượng riêng và áp suất bồn
Siêu âm	Phù hợp	Có thể dùng	Không	Có	Kiểm tra bọt, hơi, bụi và vùng mù
Radar	Phù hợp	Phù hợp	Không	Có	Kiểm tra phản xạ môi chất và vị trí lắp
Loadcell	Phù hợp	Phù hợp	Không trực tiếp	Có	Cần kết cấu cơ khí và hiệu chuẩn đúng
Công tắc mức	Phù hợp	Tùy nguyên lý	Tùy loại	Không	Chỉ phát hiện tại một vị trí

Bảng trên chỉ dùng để lựa chọn hướng ban đầu. Muốn chọn đúng cảm biến vẫn phải kiểm tra môi chất, kích thước bồn và điều kiện vận hành.

Nên chọn cách đo mức vật liệu trong bồn kín nào?

Mỗi phương pháp giải quyết một yêu cầu khác nhau. Có hệ thống chỉ cần báo bồn đầy hoặc cạn, nhưng cũng có ứng dụng phải hiển thị mức liên tục, tính thể tích, theo dõi tồn kho hoặc truyền dữ liệu về PLC.

Để lựa chọn đúng cách đo mức vật liệu trong bồn kín, trước tiên cần xác định đại lượng thực sự cần biết: trạng thái đầy/cạn, chiều cao mức, phần trăm, thể tích hay khối lượng.

Khi chỉ cần báo đầy hoặc cạn

Nếu mục tiêu chỉ là chống tràn, chống cạn hoặc điều khiển bơm tại một vài ngưỡng, phao hoặc công tắc mức thường đơn giản và tiết kiệm hơn cảm biến đo liên tục.

Cần chọn đúng nguyên lý theo môi chất. Phao thích hợp với nhiều bồn nước; công tắc rung, điện dung hoặc quay có thể phù hợp hơn với bột và hạt.

Khi cần đo mức liên tục

Nếu cần biết mức thay đổi trong toàn dải và hiển thị theo mét, phần trăm hoặc thể tích, có thể dùng phao đo liên tục, cảm biến áp suất, siêu âm hoặc radar.

Lựa chọn cụ thể phụ thuộc vào môi chất và khả năng tiếp xúc. Nếu không muốn đầu dò nằm trong chất lỏng hoặc vật liệu, nên cân nhắc công nghệ siêu âm hoặc radar.

Khi cần đo không tiếp xúc

Nếu không muốn đầu dò tiếp xúc trực tiếp với hóa chất, nước thải, dầu, bột hoặc vật liệu bám dính, có thể cân nhắc cảm biến siêu âm hoặc radar. Siêu âm phù hợp với điều kiện tương đối ổn định; radar thường được cân nhắc khi có hơi, bụi, khoảng đo lớn hoặc cần chùm sóng hẹp.

Khi cần biết khối lượng vật liệu

Nếu yêu cầu chính là biết còn bao nhiêu kilogram hoặc tấn nguyên liệu, loadcell cân bồn có thể phù hợp hơn phép đo khoảng cách.

Điều này đặc biệt hữu ích với chất rắn có bề mặt nghiêng hoặc phân bố không đều. Tuy nhiên, kết cấu bồn phải cho phép truyền tải trọng đúng lên loadcell.

Thông tin cần cung cấp khi chọn cảm biến đo mức

Để lựa chọn đúng phương pháp đo mức, nên cung cấp:

• Tên môi chất.
• Chất lỏng, bột, hạt hay vật liệu rời.
• Chiều cao và đường kính bồn.
• Khoảng cách đo lớn nhất.
• Mức cao nhất và thấp nhất cần giám sát.
• Nhiệt độ và áp suất.
• Tình trạng bọt, hơi, bụi hoặc cánh khuấy.
• Vị trí nạp và xả vật liệu.
• Vật cản bên trong bồn.
• Yêu cầu đo liên tục hay chỉ báo đầy/cạn.
• Tín hiệu cần đưa về PLC, màn hình hoặc hệ thống giám sát.

Nếu chưa xác định được công nghệ, chỉ cần bắt đầu bằng tên môi chất, kích thước bồn và mục tiêu đo. Các thông tin còn lại có thể được kiểm tra trong quá trình tư vấn.

Câu hỏi thường gặp về đo mức vật liệu trong bồn kín

Bồn kín không nhìn thấy bên trong thì đo mức bằng cách nào?

Có thể sử dụng phao, cảm biến áp suất, siêu âm, radar hoặc loadcell tùy loại vật liệu và mục tiêu đo. Nếu chỉ cần cảnh báo đầy hoặc cạn, công tắc mức thường phù hợp hơn; nếu cần theo dõi liên tục, nên chọn cảm biến có đầu ra 4-20mA hoặc giao tiếp phù hợp để đưa giá trị về màn hình hay PLC.

Có thể đo mức trong bồn kín mà không tiếp xúc với vật liệu không?

Có. Cảm biến siêu âm và radar được lắp phía trên, đo khoảng cách đến bề mặt mà không cần ngâm đầu dò trong môi chất. Loadcell cũng không tiếp xúc trực tiếp nhưng đo khối lượng của toàn bộ bồn.

Chất lỏng và chất rắn có dùng cùng một cảm biến được không?

Một số cảm biến radar hoặc siêu âm có thể đo cả chất lỏng và chất rắn, nhưng dải đo và khả năng phản xạ không giống nhau. Cần kiểm tra riêng theo từng môi chất và điều kiện bồn.

Chỉ cần báo đầy và cạn có phải dùng cảm biến radar không?

Không nhất thiết. Phao hoặc công tắc mức thường phù hợp hơn nếu chỉ cần cảnh báo tại một hoặc hai vị trí. Radar thích hợp khi cần biết giá trị mức liên tục trong toàn dải.

Cảm biến đo mức có đưa tín hiệu về PLC được không?

Có. Nhiều cảm biến đo liên tục cung cấp tín hiệu 4-20mA hoặc Modbus. Cần kiểm tra PLC có đúng loại ngõ vào, nguồn cấp và cách đấu nối hay không.

Tư vấn cách đo mức vật liệu trong bồn kín

Không nên chọn cảm biến chỉ dựa trên chiều cao bồn hoặc dải đo tối đa ghi trên catalogue. Hai bồn có cùng kích thước nhưng chứa môi chất khác nhau hoặc có mức độ bọt, hơi, bụi và khuấy khác nhau có thể cần hai phương án đo khác nhau.

Để lựa chọn đúng, quý khách vui lòng cung cấp tên môi chất, kích thước bồn hoặc silo, khoảng cách đo, nhiệt độ, áp suất, bọt, hơi, bụi, cánh khuấy và tín hiệu cần đưa về hệ thống.

Chịu trách nhiệm nội dung:
Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hoá
Phone: 0886.0884.96
Email: dat.le@huphaco.vn
Website: chuyendoitinhieu.vn