Cảm biến mức dầu: 4 loại dùng cho FO, DO, Diesel

Cảm biến mức dầu được dùng để đo liên tục lượng dầu còn lại trong bồn hoặc phát hiện các ngưỡng đầy – cạn, mức cao – thấp, min/max để cảnh báo và điều khiển bơm. Tùy loại dầu như DO, Diesel, FO, dầu thủy lực, dầu bôi trơn hoặc dầu truyền nhiệt mà phương pháp đo phù hợp sẽ khác nhau.

Nếu cần biết bồn đang còn 30%, 60% hay 90%, nên dùng cảm biến đo mức dầu liên tục với tín hiệu 4–20mA, HART hoặc Modbus. Nếu chỉ cần chống tràn hoặc chống chạy khô bơm, cảm biến báo mức điểm sẽ đơn giản và kinh tế hơn.

Để so sánh radar, siêu âm, thủy tĩnh, điện dung và công tắc mức trước khi chọn model cho bồn dầu, xem cảm biến đo mức chất lỏng.

Dầu có thể được đo bằng nhiều nguyên lý; xem bản đồ cảm biến đo mức.

Cảm biến mức dầu là gì?

Cảm biến đo mức dầu hay Oil Level Sensor là thiết bị dùng để xác định chiều cao, tỷ lệ phần trăm hoặc lượng dầu còn lại trong bồn, tank, thùng chứa hoặc hệ thống máy móc.

Trong thực tế nhà máy, cụm từ “cảm biến mức dầu” thường được dùng cho hai nhu cầu khác nhau: đo mức liên tục và báo mức giới hạn.

Vì vậy, trước khi chọn model cần xác định rõ hệ thống muốn đo liên tục hay chỉ cần báo mức dầu min/max. Đây là bước giúp loại bỏ phần lớn các lựa chọn không cần thiết.

4 loại cảm biến đo mức dầu phổ biến

1. Cảm biến radar đo mức dầu

Cảm biến radar đo mức dầu được lắp phía trên bồn và phát sóng điện từ xuống bề mặt chất lỏng. Từ tín hiệu phản xạ, thiết bị xác định khoảng cách đến mặt dầu rồi quy đổi thành chiều cao mức, phần trăm hoặc thể tích.

Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về công nghệ này, có thể xem bài cảm biến radar là gì.

Radar là hướng ưu tiên khi cần đo không tiếp xúc, bồn tương đối cao, có hơi phía trên bề mặt hoặc điều kiện vận hành thay đổi. Các radar 80GHz có góc phát sóng hẹp còn thuận lợi khi bên trong bồn có ống, thành bồn hoặc kết cấu cơ khí cần tránh.

Ưu điểm: không tiếp xúc trực tiếp với dầu, hạn chế bám dính lên đầu đo, ít bảo trì và dễ truyền tín hiệu về PLC.

Điểm cần kiểm tra: hằng số điện môi của dầu, khoảng đo thực tế, cổ bồn, vật cản, nhiệt độ, áp suất và yêu cầu khu vực nguy hiểm.

Một số dòng radar Flowline có thể tham khảo:

• Flowline LR80: radar FMCW 80GHz, đo chất lỏng đến 10m, tín hiệu 4–20mA; phù hợp bồn nhỏ và trung bình.
• Flowline LR81: đo chất lỏng đến 30m, có tùy chọn 4–20mA/HART, Modbus hoặc SDI-12.
• Flowline LR83: khoảng đo chất lỏng đến 30m, góc beam 6°, có màn hình và tùy chọn HART/Modbus.
• Flowline LR85: đo chất lỏng đến 120m, góc beam 4°, anten PFA; đáng ưu tiên đánh giá khi bồn rất cao hoặc môi chất có hằng số điện môi thấp.

Thông số và phạm vi ứng dụng của dòng EchoBeam có thể kiểm tra trực tiếp tại trang radar chính hãng Flowline.

Ngoài Flowline, có thể đánh giá Dinel ARLM-70 Amanda cho các ứng dụng đo chất lỏng không tiếp xúc cần 4–20mA/HART và màn hình tại chỗ. Thông số hãng được công bố tại Dinel ARLM-70.

2. Cảm biến điện dung đo mức dầu

Điện dung là công nghệ rất đáng chú ý khi đo dầu vì nhiều loại dầu và nhiên liệu có độ dẫn điện thấp nhưng vẫn làm thay đổi điện dung của hệ thống điện cực khi mức chất lỏng thay đổi.

Khác với điện cực dẫn điện dùng cho nước, cảm biến điện dung có thể được thiết kế riêng cho Diesel, dầu bôi trơn và nhiều sản phẩm dầu mỏ. Công nghệ này có cả loại đo liên tục lẫn công tắc báo đầy/cạn.

Nếu cần theo dõi liên tục mức dầu từ MIN đến MAX bằng điện cực que hoặc cáp, xem nhóm cảm biến đo mức điện dung để chọn cấu hình theo loại dầu, chiều cao tank và tín hiệu đầu ra.

Ví dụ Dinel CLM-40 được thiết kế riêng cho đo liên tục Diesel, dầu và các sản phẩm nguồn gốc dầu mỏ. Điện cực dạng que có thể lựa chọn chiều dài theo bồn và cung cấp tín hiệu dòng, điện áp hoặc CAN tùy cấu hình.

Ưu điểm: thiết kế gọn, lắp trực tiếp vào tank, phản hồi nhanh, phù hợp bồn nhiên liệu nhỏ hoặc hệ thống máy móc.

Hạn chế: điện cực tiếp xúc trực tiếp với dầu; cần kiểm tra khả năng bám dính, nhiệt độ, chiều dài điện cực và hiệu chỉnh theo đặc tính môi chất.

3. Cảm biến thủy tĩnh đo mức dầu

Cảm biến thủy tĩnh xác định mức chất lỏng dựa vào áp suất do cột chất lỏng tạo ra:

p = ρ × g × h

Trong đó:

• p: áp suất tại vị trí đo.
• ρ: khối lượng riêng của dầu.
• g: gia tốc trọng trường.
• h: chiều cao cột dầu.

Ưu điểm của phương pháp thủy tĩnh là kết quả đo không phụ thuộc vào bọt, hơi hoặc tình trạng bề mặt phía trên chất lỏng. Vì vậy, về nguyên lý đây là hướng có thể cân nhắc với một số bồn dầu hở khi không thuận lợi lắp radar hoặc siêu âm phía trên.

Tuy nhiên, không nên lấy một cảm biến thủy tĩnh chuyên đo nước rồi mặc định sử dụng cho dầu. Cần kiểm tra màng đo, gioăng, dây cáp, vật liệu tiếp xúc, khối lượng riêng của dầu và giới hạn nhiệt độ với đúng nhà sản xuất.

4. Cảm biến siêu âm đo mức dầu

Cảm biến siêu âm đo mức không tiếp xúc bằng cách phát sóng âm từ phía trên bồn xuống bề mặt dầu. Thời gian sóng truyền đi và phản xạ trở lại được sử dụng để tính khoảng cách.

Siêu âm phù hợp hơn với bồn dầu không áp, khoảng đo vừa phải, ít hơi, ít bọt và nhiệt độ lớp khí phía trên tương đối ổn định. Trong các điều kiện đơn giản, đây có thể là phương án kinh tế hơn radar.

Một số sản phẩm đang có trên Chuyendoitinhieu.vn gồm Dinel ULM-53 và Dinel ULM-70.

ULM-70 hỗ trợ đo liên tục không tiếp xúc với ngõ ra 4–20mA/HART hoặc Modbus tùy phiên bản. Có thể kiểm tra tài liệu cập nhật trực tiếp tại Dinel ULM-70 chính hãng.

Nếu phía trên mặt dầu có nhiều hơi, nhiệt độ thay đổi mạnh hoặc điều kiện đo phức tạp, nên so sánh với radar trước khi quyết định. Không nên xem siêu âm là phương án thay thế radar trong mọi bồn dầu.

Cảm biến báo đầy – báo cạn dầu

Không phải ứng dụng nào cũng cần biết mức dầu từ 0–100%. Trong nhiều bồn và máy móc, kỹ thuật chỉ cần phát hiện hai ngưỡng:

• Low level / Min: dầu xuống mức thấp nhất để cảnh báo hoặc chống chạy khô bơm.
• High level / Max: dầu đạt mức cao nhất để dừng bơm hoặc chống tràn.

Trong trường hợp này, dùng cảm biến báo mức dầu dạng điện dung thường đơn giản hơn sử dụng transmitter đo liên tục.

Dinel DLS-27 có nhiều kiểu điện cực cho chất lỏng và vật liệu rời; một số cấu hình phù hợp chất lỏng không dẫn điện như dầu và nhiên liệu. Thiết bị có các tùy chọn NPN/PNP hoặc NAMUR tùy phiên bản.

Thông tin phiên bản và chứng nhận có thể kiểm tra tại DLS-27 chính hãng Dinel.

Một lựa chọn nhỏ gọn khác là Dinel CLS-23. Hãng Dinel xác định CLS-23 dùng phát hiện cả chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện, trong đó có oil; phù hợp các vị trí cần đầu dò nhỏ gọn.

Xem thêm thông số từ Dinel CLS-23 chính hãng.

Nên chọn cảm biến mức dầu loại nào?

Cách chọn cảm biến đo mức dầu đúng kỹ thuật

Khi chọn cảm biến đo mức dầu, chỉ biết chiều cao bồn là chưa đủ. Nên cung cấp các thông tin sau:

1. Loại dầu: FO, DO, Diesel, dầu thủy lực, dầu bôi trơn, dầu truyền nhiệt…
2. Chiều cao và đường kính bồn.
3. Bồn hở, bồn kín hay có áp suất.
4. Nhiệt độ thấp nhất và cao nhất của dầu.
5. Đo liên tục hay chỉ báo min/max.
6. Có hơi, bọt, cặn hoặc dầu bám nhiều hay không.
7. Vị trí lắp và kích thước ren/mặt bích hiện có.
8. Tín hiệu cần đưa về: 4–20mA, HART, Modbus, PNP, NPN, NAMUR hoặc relay.
9. Thiết bị nhận: PLC, bộ hiển thị, datalogger hoặc hệ thống SCADA.
10. Có yêu cầu lắp trong khu vực nguy hiểm hay không.

Hai bồn cùng cao 5m nhưng một bồn chứa Diesel sạch và một bồn FO nóng, nhớt có thể cần hai phương án cảm biến hoàn toàn khác nhau.

Kết nối cảm biến mức dầu 4–20mA với PLC

Với hệ thống đo liên tục, cấu trúc phổ biến là:

Cảm biến mức dầu → 4–20mA / HART / Modbus → PLC hoặc bộ hiển thị → cảnh báo, điều khiển bơm, van hoặc SCADA

Ví dụ: bồn dầu cao 5m được scale 4–20mA thì có thể cài 4mA tương ứng 0m và 20mA tương ứng 5m. PLC sau đó quy đổi thành %, lít hoặc m³ dựa trên kích thước và hình dạng bồn.

Nếu cần hiểu rõ cách cấp nguồn và đấu loop, xem hướng dẫn nối dây tín hiệu 4–20mA Active và Passive.

Trường hợp một tín hiệu mức cần đưa đồng thời về PLC và bộ hiển thị, có thể dùng bộ chia tín hiệu Z170REG-1 Seneca để tạo hai ngõ ra cách ly độc lập.

Nếu bồn đặt ngoài trời hoặc đường dây tín hiệu chạy xa giữa khu vực hiện trường và tủ điều khiển, có thể đánh giá thêm giải pháp chống sét đường tín hiệu 4–20mA theo mức rủi ro thực tế của hệ thống.

Nếu chỉ báo đầy/cạn:

Công tắc mức → PNP/NPN/NAMUR/relay → PLC hoặc relay trung gian → bơm, van, còi, đèn cảnh báo

Những lỗi thường gặp khi đo mức dầu

Chọn cảm biến nước rồi dùng cho dầu

Cùng là chất lỏng nhưng dầu có khối lượng riêng, độ dẫn điện, hằng số điện môi, độ nhớt và yêu cầu vật liệu khác nước. Không nên chọn thiết bị chỉ dựa trên khoảng đo.

Dùng điện cực dẫn điện để báo mức dầu

Nhiều loại dầu và nhiên liệu có độ dẫn điện rất thấp nên điện cực dẫn điện thông thường không phù hợp. Trong trường hợp này cần đánh giá công nghệ điện dung hoặc phương pháp khác.

Lắp radar hoặc siêu âm ngay trên đường dầu nạp

Dòng dầu đi qua vùng phát sóng có thể tạo tín hiệu không ổn định. Vị trí cảm biến nên tránh dòng nạp và các kết cấu tạo phản xạ giả.

Bỏ qua nhiệt độ dầu FO hoặc dầu truyền nhiệt

Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng phần điện tử mà còn liên quan đến anten, điện cực, gioăng, cáp và khối lượng riêng của dầu.

Chỉ quan tâm khoảng đo mà bỏ qua khu vực nguy hiểm

Với xăng dầu, nhiên liệu hoặc vị trí đã được phân loại hazardous area, cần xác định đúng zone và lựa chọn phiên bản cảm biến, barrier, nguồn cấp cũng như phương án đấu nối theo yêu cầu của dự án.

Câu hỏi thường gặp về cảm biến mức dầu

Cảm biến mức dầu Diesel loại nào phù hợp?

Nếu cần đo liên tục trong bồn công nghiệp và muốn không tiếp xúc với nhiên liệu, radar là hướng nên đánh giá đầu tiên. Với tank Diesel nhỏ trên máy móc hoặc phương tiện, cảm biến điện dung chuyên dụng như Dinel CLM-40 là một lựa chọn đáng chú ý.

Radar hay siêu âm đo mức dầu tốt hơn?

Radar thường phù hợp hơn khi có nhiều hơi, điều kiện lớp khí thay đổi hoặc cần độ ổn định cao. Siêu âm có lợi thế chi phí trong bồn đơn giản, ít hơi và khoảng đo vừa phải. Không có công nghệ nào tốt nhất cho mọi bồn dầu.

Cảm biến mức dầu có tín hiệu 4–20mA không?

Có. Radar, siêu âm, điện dung và nhiều transmitter đo mức liên tục đều có thể có ngõ ra 4–20mA. Một số model còn hỗ trợ HART, Modbus RS485 hoặc các chuẩn truyền thông khác.

Có thể hiển thị mức dầu theo lít hoặc m³ không?

Có. Cảm biến thường xác định khoảng cách hoặc chiều cao mức. Sau khi biết kích thước và hình dạng bồn, PLC, bộ hiển thị hoặc transmitter có chức năng tuyến tính hóa có thể quy đổi sang %, lít hoặc m³.

Cảm biến báo mức dầu có điều khiển bơm được không?

Có. Có thể dùng mức Low/Min để chống chạy khô và mức High/Max để dừng bơm chống tràn. Tùy loại ngõ ra, tín hiệu được đưa vào PLC hoặc relay trung gian trước khi điều khiển tải.

Bồn xăng dầu có cần cảm biến chống cháy nổ không?

Không nên kết luận chỉ dựa vào tên môi chất. Cần xác định phân vùng nguy hiểm tại vị trí lắp, điều kiện thông gió và tiêu chuẩn của dự án. Nếu cảm biến nằm trong hazardous area thì phải chọn đúng phiên bản được chứng nhận và thiết kế toàn bộ loop tín hiệu phù hợp.

Tài liệu kỹ thuật tham khảo

Để kiểm tra lại thông số trước khi chọn model, có thể tham khảo trực tiếp các nguồn kỹ thuật của nhà sản xuất:

• Flowline – EchoBeam 80GHz Radar Level Sensors LR80 / LR81 / LR83 / LR85.
• Dinel – Giải pháp cảm biến cho Oil & Diesel.
• Dinel CLM-40 – Cảm biến điện dung đo liên tục Diesel và oil.

Thông số cuối cùng khi đặt hàng vẫn nên đối chiếu theo datasheet của đúng mã sản phẩm và điều kiện thực tế tại bồn.

Chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa

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