Cảm biến đo mức nước trong Bồn – Tank – Silo

Đo mức nước trong bồn có thể thực hiện bằng radar, siêu âm, cảm biến thủy tĩnh, cảm biến chênh áp hoặc công tắc báo mức. Mỗi công nghệ phù hợp với một kiểu bồn và mục đích khác nhau.

Bồn nước thông thường có thể dùng siêu âm để đo không tiếp xúc. Bồn có hơi, bọt hoặc nhiều vật cản nên cân nhắc radar. Bể sâu, giếng hoặc bồn hở khó lắp cảm biến phía trên có thể dùng cảm biến thủy tĩnh. Đối với bồn kín có áp suất, cảm biến chênh áp thường phù hợp hơn.

Trước khi chọn thiết bị, cần xác định hệ thống cần biết mức nước liên tục hay chỉ cần cảnh báo đầy và cạn .

Đo mức nước liên tục và báo đầy/cạn khác nhau thế nào?

Cảm biến đo liên tục cho biết mức nước tại mọi vị trí trong khoảng đo. Công tắc mức chỉ thay đổi trạng thái khi nước chạm hoặc rời khỏi vị trí cài đặt.

Các cách đo mức nước trong bồn

Có bốn nhóm giải pháp phổ biến để đo mức nước trong bồn: radar, siêu âm, thủy tĩnh và công tắc báo đầy – báo cạn. Radar, siêu âm và thủy tĩnh cho biết mức nước liên tục; công tắc mức chỉ phát tín hiệu khi nước chạm đến vị trí cài đặt. Việc lựa chọn phụ thuộc vào loại bồn, chiều cao, bọt, hơi nước, áp suất và yêu cầu đưa tín hiệu về PLC.

Cảm biến Radar đo mức nước trong bồn

Radar là công nghệ đo không tiếp xúc. Cảm biến được lắp trên nóc bồn và phát sóng điện từ xuống bề mặt nước. Sóng phản xạ trở lại anten được xử lý để xác định khoảng cách, chiều cao mức hoặc thể tích nước.

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến radar xác định khoảng cách từ anten đến mặt nước. Khi đã khai báo chiều cao bồn và mốc đo, thiết bị sẽ quy đổi khoảng cách thành giá trị mức:

Mức nước = chiều cao tham chiếu − khoảng cách đến bề mặt

Tùy model, kết quả có thể được truyền về PLC, DCS, bộ hiển thị hoặc SCADA bằng tín hiệu 4-20mA, HART, Modbus hoặc SDI-12.

Phạm vi sử dụng radar:

Radar thường được lựa chọn trong các trường hợp:

• Bồn nước kín hoặc bồn ngoài trời.
• Bồn có hơi nước, bọt hoặc nhiệt độ thay đổi.
• Bồn cao, đường kính nhỏ hoặc có kết cấu bên trong.
• Trạm bơm, bể sump, hồ chứa và bể nước thải.
• Hệ thống cần độ ổn định cao và hạn chế bảo trì.

Radar 80GHz có góc phát hẹp nên thuận lợi khi đo trong bồn có thang, đường ống hoặc cánh khuấy. Tuy nhiên, vị trí lắp vẫn phải tránh dòng nước nạp và các vật cản nằm trực tiếp trong đường truyền sóng.

Những thông số cần kiểm tra:

Khi chọn radar đo mức nước, cần kiểm tra:

• Khoảng đo chất lỏng.
• Góc phát sóng.
• Dead band hoặc vùng không đo được.
• Độ chính xác.
• Kiểu ren hoặc mặt bích.
• Nhiệt độ và áp suất vận hành.
• Tín hiệu 4-20mA/HART, Modbus hoặc SDI-12.
• Cấp bảo vệ và chứng nhận khu vực lắp đặt.

Một số model có thể tham khảo:

• Flowline LR80: đo chất lỏng đến 10m.
• Flowline LR81: đo chất lỏng đến 30m.
• Dinel ARLM-70: radar FMCW đo không tiếp xúc, hỗ trợ 4-20mA/HART.

Flowline công bố LR80 sử dụng công nghệ radar 80GHz để đo mức liên tục chất lỏng đến 10m. Thông tin chi tiết có thể xem tại tài liệu chính thức của Flowline.

Cảm biến Siêu âm đo mức nước trong bồn

Siêu âm là một trong những phương pháp phổ biến cho bồn nước không áp. Cảm biến được lắp phía trên và đo khoảng cách đến mặt nước mà không cần tiếp xúc trực tiếp với môi chất.

Nguyên lý hoạt động:

Đầu dò phát một chùm sóng siêu âm xuống bề mặt nước. Khi gặp mặt nước, sóng phản xạ trở lại cảm biến. Thiết bị đo thời gian truyền và nhận sóng để tính khoảng cách.

Khác với radar, tốc độ truyền sóng siêu âm phụ thuộc vào môi trường không khí. Vì vậy, nhiệt độ, hơi nước, luồng gió và bọt trên bề mặt có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Bằng cách đo lường thời gain các bước sóng từ mặt nước phản lại thì chúng sẽ biết được độ cao của mực nước trong bồn là bao nhiêu. Từ mức nước đó cảm biến sẽ chuyển tín hiểu đo lường được này sang tín hiệu điện và truyền về bộ điều khiển trung tậm.

Phạm vi sử dụng siêu âm:

Cảm biến siêu âm phù hợp với:

• Bồn nước sạch và nước công nghiệp.
• Bể nước thải có bề mặt tương đối ổn định.
• Bồn hở hoặc bồn kín không có áp suất lớn.
• Bể chứa, hồ, kênh và hố thu.
• Ứng dụng cần đo không tiếp xúc với chi phí hợp lý.

Siêu âm không nên lắp ngay trên dòng nước nạp. Cảm biến cũng cần được đặt vuông góc với mặt nước và tránh để sóng chạm thành bồn, thang hoặc cánh khuấy.

Những thông số cần kiểm tra:

Không nên chỉ xem khoảng đo tối đa. Cần kiểm tra thêm:

• Khoảng cách đo nhỏ nhất và lớn nhất.
• Vùng mù gần đầu cảm biến.
• Góc phát sóng.
• Độ chính xác và thời gian đáp ứng.
• Khả năng loại bỏ phản xạ giả.
• Kiểu lắp ren hoặc giá đỡ.
• Tín hiệu 4-20mA, HART hoặc Modbus.
• Cấp bảo vệ khi lắp ngoài trời.

Sản phẩm tham khảo:

• Dinel ULM-53: nhiều lựa chọn khoảng đo cho bồn và bể.
• Dinel ULM-54: cấp bảo vệ IP68, phù hợp ứng dụng ngoài trời.
• Dinel ULM-70: có màn hình và các tùy chọn HART hoặc Modbus.

Theo Dinel, ULM-54 được thiết kế để đo mức nước liên tục không tiếp xúc trong bể, kênh, hố thu và các ứng dụng ngoài trời.

Cảm biến Thủy tĩnh đo mức nước

Cảm biến thủy tĩnh được thả chìm xuống nước hoặc lắp gần đáy bồn. Thiết bị không đo khoảng cách từ trên xuống mà đo áp suất do cột nước tạo ra.

Chúng được ứng dụng để đo nước trong bồn, đo đập thuỷ điện có độ sâu lớn, đo nước ao, hồ, sông, suối…. Với cấu tạo và lắp đặt khá dễ dàng, chúng ta chỉ cần thả chúng xuống nước và chũng sẽ tự nhận biết được độ sâu cảu mực nước là bao nhiêu. Để làm được điều này thì chúng ta cùng theo dõi nguyên lý hoạt động nhé.

Nguyên lý hoạt động:

Áp suất thủy tĩnh được xác định theo công thức:

p = ρ × g × h

Trong đó:

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

Khi mức nước tăng, áp suất tác động lên màng cảm biến tăng theo. Bộ chuyển đổi bên trong sẽ biến giá trị áp suất thành tín hiệu 4-20mA hoặc tín hiệu điện áp.

Phạm vi sử dụng cảm biến thủy tĩnh:

Phương pháp này thường được dùng cho:

• Bồn nước hở.
• Giếng khoan và giếng chứa nước.
• Hồ, ao, đập và kênh.
• Bể sâu hoặc vị trí khó lắp cảm biến phía trên.
• Bề mặt có bọt hoặc hơi làm ảnh hưởng cảm biến siêu âm.

Cảm biến cần được treo cố định và không nên đặt trực tiếp trong lớp bùn đáy. Nếu cáp có ống thông hơi bù áp suất khí quyển, đầu cáp phải được bảo vệ để tránh nước và hơi ẩm xâm nhập.

Những thông số cần kiểm tra

• Dải đo theo mét cột nước.
• Độ chính xác.
• Vật liệu thân và màng cảm biến.
• Chiều dài, vật liệu cáp.
• Khả năng đo nước sạch hoặc nước có cặn.
• Nhiệt độ làm việc.
• Tín hiệu đầu ra.
• Chống sét và quá áp nếu lắp ngoài trời.

Cảm biến thủy tĩnh Dinel HLM-25C được thiết kế để đo nước trong bồn hở, giếng, hố thu và hồ bơi. Nhà sản xuất cung cấp các dải đo từ 1-100m, theo tài liệu HLM-25C của Dinel.

Cảm biến Chênh áp đo mức nước trong bồn

Cảm biến chênh áp được sử dụng khi bồn kín có áp suất hoặc khi quá trình vận hành có nhiệt độ cao. Đây là điểm khác biệt chính so với cảm biến thủy tĩnh thả chìm.

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến có hai cổng áp suất:

• Cổng áp cao nối với phần đáy bồn.
• Cổng áp thấp nối với phần khí phía trên.

Thiết bị đo chênh lệch giữa hai áp suất. Áp suất khí trong bồn tác động lên cả hai phía và được loại bỏ khỏi kết quả, phần chênh lệch còn lại tương ứng với áp suất cột nước.

Ngoài khả năng đo chất lỏng ra thì dòng cảm biến này có thể biết được chất lỏng trong bồn là bao nhiêu. Các bạn chỉ cần nhập thông số của bồn vào.

Đo bồn hở và bồn kín:

Đối với bồn hở, cổng áp thấp có thể tham chiếu với áp suất khí quyển. Tuy nhiên, trong nhiều bồn hở thông thường, cảm biến áp suất hoặc thủy tĩnh sẽ đơn giản hơn.

Đối với bồn kín, hai cổng áp phải được đấu đúng vào phần khí và phần chất lỏng. Nếu sử dụng màng ngăn hoặc ống mao dẫn, cần tính đến khối lượng riêng của chất điền đầy và chênh lệch độ cao lắp đặt.

Những thông số cần kiểm tra:

• Dải chênh áp nhỏ nhất và lớn nhất.
• Áp suất tĩnh của bồn.
• Nhiệt độ môi chất.
• Kiểu màng ngăn và vật liệu tiếp xúc.
• Wet leg hoặc dry leg.
• Khoảng cách và độ cao đường ống xung.
• Tín hiệu 4-20mA/HART.
• Yêu cầu hiển thị và cấu hình tại chỗ.

Không nên chọn cảm biến chênh áp chỉ dựa trên chiều cao bồn. Cần có sơ đồ công nghệ và điều kiện áp suất thực tế để tính dải đo.

Cảm biến báo đầy và báo cạn nước

Nếu hệ thống chỉ cần chống tràn hoặc bảo vệ bơm chạy khô, sử dụng công tắc báo mức sẽ kinh tế hơn cảm biến đo liên tục.

Nguyên lý hoạt động:

Công tắc mức được lắp tại vị trí cần giám sát. Khi nước chạm hoặc rời khỏi đầu dò, thiết bị thay đổi trạng thái ngõ ra.

Tín hiệu có thể được đưa về:

• PLC.
• Relay trung gian.
• Bộ điều khiển bơm.
• Còi và đèn cảnh báo.
• Van cấp hoặc van xả.

Các công nghệ thường dùng gồm điện dung, điện cực dẫn điện, phao, rung và quang học.

Có thể tham khảo Dinel DLS-27 hoặc Dinel DLS-35 cho nhu cầu báo mức theo điểm.

So sánh các phương pháp đo mức nước trong bồn

Bảng trên dùng để định hướng công nghệ. Model cụ thể vẫn phải được chọn theo kích thước bồn và điều kiện vận hành.

Phụ kiện hiển thị và điều khiển mức nước

Cảm biến chỉ là phần đầu đo. Để hiển thị, cảnh báo hoặc điều khiển, hệ thống có thể cần thêm các thiết bị sau.

Bộ hiển thị mức nước

Bộ hiển thị nhận tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V và quy đổi thành:

• Mét nước.
• Phần trăm.
• Lít hoặc mét khối.
• Giá trị cảnh báo cao và thấp.

Một số bộ hiển thị tích hợp relay để điều khiển bơm, van, còi và đèn.

Bộ chuyển đổi và cách ly tín hiệu

Bộ chuyển đổi được sử dụng khi tín hiệu cảm biến không phù hợp với thiết bị nhận, chẳng hạn:

• Chuyển 4-20mA sang 0-10V.
• Chuyển analog sang Modbus.
• Chuyển 4-20mA thành relay ON/OFF.
• Chia một tín hiệu cho PLC và bộ hiển thị.
• Cách ly chống nhiễu và chống lệch mass.

Trước khi chọn bộ chuyển đổi, cần xác định tín hiệu cảm biến là active, passive hay thiết bị sử dụng Modbus.

Lưu ý khi lựa chọn cảm biến trong bồn

Xác định điều kiện của nước

Cần phân biệt nước sạch, nước thải, nước có bùn, nước nóng hoặc dung dịch có hóa chất. Điều này ảnh hưởng đến vật liệu đầu dò và công nghệ đo.

Đo đúng khoảng cách làm việc

Không nên dùng riêng chiều cao danh nghĩa của bồn. Hãy xác định:

• Mốc lắp cảm biến.
• Mức nước thấp nhất.
• Mức nước cao nhất.
• Khoảng không phía trên.
• Vùng mù của cảm biến.
• Cặn hoặc bùn dưới đáy.

Kiểm tra cấu tạo bồn

Các chi tiết như cổ bồn, đường nước nạp, thang, cánh khuấy và ống gia nhiệt có thể tạo phản xạ giả cho radar hoặc siêu âm.

Xác định tín hiệu đầu ra

Tín hiệu 4-20mA phù hợp với phần lớn PLC và bộ hiển thị công nghiệp. Modbus thuận lợi khi cần đọc nhiều giá trị hoặc kết nối nhiều cảm biến trên cùng đường truyền.

Nếu PLC chỉ nhận 0-10V, có thể chọn đúng phiên bản cảm biến hoặc sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu.

Câu hỏi thường gặp

Bồn nước thông thường nên dùng radar hay siêu âm?

Nếu bồn không áp, ít hơi và bề mặt ổn định, siêu âm thường đáp ứng tốt. Radar phù hợp hơn khi bồn có hơi, bọt, vật cản hoặc yêu cầu độ ổn định cao.

Có thể hiển thị mức nước theo lít không?

Có. Cần khai báo kích thước và hình dạng bồn trong cảm biến, PLC hoặc bộ hiển thị để quy đổi chiều cao thành thể tích.

Cảm biến có điều khiển bơm trực tiếp không?

Phần lớn cảm biến chỉ phát tín hiệu. PLC, bộ điều khiển hoặc relay trung gian sẽ xử lý tín hiệu để đóng ngắt bơm. Chỉ một số thiết bị có relay tích hợp mới hỗ trợ điều khiển trực tiếp.

Chỉ cần chống tràn thì có phải dùng cảm biến liên tục không?

Không. Nếu chỉ cần dừng bơm khi nước đạt mức cao, công tắc báo mức sẽ đơn giản và kinh tế hơn.

Tư vấn chọn cảm biến đo mức nước trong bồn

Để lựa chọn đúng thiết bị, quý khách vui lòng cung cấp:

• Loại nước cần đo.
• Chiều cao và đường kính bồn.
• Bồn hở hay bồn kín.
• Nhiệt độ và áp suất.
• Yêu cầu đo liên tục hoặc báo đầy/cạn.
• Tín hiệu cần đưa về PLC.
• Hình ảnh hoặc bản vẽ vị trí lắp đặt.

Chuyendoitinhieu.vn sẽ hỗ trợ kiểm tra công nghệ đo, dải đo, vị trí lắp và phương án kết nối trước khi đặt hàng.

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