Đo mức nước trong bồn | Chọn cảm biến theo từng loại bồn

Đo mức nước trong bồn không nên bắt đầu bằng câu hỏi radar hay siêu âm tốt hơn. Cách chọn chính xác hơn là nhìn vào chính bồn đang sử dụng: bồn hở hay kín, có áp suất hay không, nước có bọt hoặc hơi, bên trong có cánh khuấy, vị trí đường nạp nằm ở đâu và hệ thống cần biết mức liên tục hay chỉ cần báo đầy/cạn.

Một bồn hở chứa nước sạch có thể phù hợp với siêu âm. Bồn kín thường xuyên có hơi hoặc bọt nên đánh giá radar. Bể ngầm khó bố trí cảm biến phía trên có thể dùng thủy tĩnh. Bồn kín có áp suất cần xem xét chênh áp hoặc radar phù hợp áp suất. Nếu chỉ cần dừng bơm khi đầy hoặc chống chạy khô khi cạn thì không nhất thiết phải dùng transmitter đo liên tục.

Vì vậy, trình tự chọn thiết bị đo mức nước trong bồn nên là: loại bồn → điều kiện vận hành → vị trí lắp → công nghệ → tín hiệu → model. Bảng dưới đây giúp xác định nhanh hướng cần kiểm tra trước.

Nếu đang tìm hiểu tổng quan trước khi xác định ứng dụng cụ thể, bạn có thể xem thêm các loại cảm biến đo mức nước. Nội dung dưới đây tập trung vào câu hỏi thực tế hơn: tôi đang có loại bồn này thì nên đo như thế nào?

Nếu đã xác định điều kiện bồn và cần so sánh nhóm thiết bị, model cùng tiêu chí chọn mua, xem cảm biến đo mức chất lỏng.

1. Trước tiên: cần đo liên tục hay chỉ báo đầy/cạn?

Trước khi xem loại bồn, cần xác định hệ thống muốn nhận dữ liệu gì. Đây là bước giúp loại bỏ rất nhiều thiết bị không cần thiết khi chọn cảm biến đo mức nước trong bồn.

Nếu PLC hoặc bộ hiển thị cần biết bồn đang ở 20%, 50% hay 80%, cần hiển thị theo mét nước hoặc quy đổi sang thể tích, hệ thống cần cảm biến đo mức liên tục. Radar, siêu âm, thủy tĩnh, điện dung hoặc chênh áp đều có thể được dùng tùy kiểu bồn.

Nếu yêu cầu chỉ là dừng bơm khi nước đạt MAX hoặc ngắt bơm khi nước xuống MIN, nên chuyển sang nhóm cảm biến báo mức đầy cạn. Một công tắc mức đúng vị trí thường đơn giản hơn dùng transmitter 4–20mA rồi lập trình thêm một ngưỡng trong PLC.

Có thể hiểu nhanh: cần biết mức 0–100% → đo liên tục; chỉ cần biết đã đầy hoặc đã cạn → báo điểm HIGH/LOW.

2. Bồn hở thông thường: bắt đầu với siêu âm hay radar?

Bạn có một bồn hở cao khoảng vài mét, chứa nước sạch, mặt nước tương đối ổn định, không có hơi nóng đáng kể và trên nóc có vị trí thuận lợi để lắp cảm biến? Đây là trường hợp nên đánh giá siêu âm trước.

Cảm biến siêu âm đo mức nước được lắp trên phía trên mặt nước nên không cần tiếp xúc với môi chất. Trong bồn thông thường, điểm cần kiểm tra không phải nguyên lý siêu âm mà là vị trí gá sensor.

Lắp ở đâu?

Ưu tiên vùng mặt nước ít biến động, tránh ngay dưới đường nạp và tránh lắp quá sát thành bồn. Khoảng cách từ mặt cảm biến đến mức nước cao nhất phải lớn hơn vùng không đo được theo yêu cầu của model.

Tín hiệu nào?

Nếu cần theo dõi mức liên tục về PLC, 4–20mA thường là lựa chọn đơn giản. Hệ thống cần thêm cấu hình hoặc truyền thông có thể xem phiên bản HART hoặc Modbus tùy model.

Model nào có thể đánh giá?

Dinel ULM-53 và ULM-70 là hai model có thể đưa vào bước đối chiếu cho bồn nước thông thường. Không nên chốt model chỉ theo chiều cao bồn; cần kiểm tra cả khoảng cách lắp thực tế, vùng mù và tín hiệu cần sử dụng.

Nếu bồn hở nhưng bề mặt thường xuyên có nhiều bọt, hơi hoặc điều kiện thay đổi mạnh, đừng cố giữ siêu âm chỉ vì bồn đang hở. Khi đó radar nên được đưa vào bước so sánh.

3. Bồn kín không áp: kiểm tra hơi, bọt và không gian bên trong

Bồn kín không có nghĩa bắt buộc phải dùng radar. Một bồn kín chứa nước sạch, nhiệt độ ổn định và ít hơi vẫn có thể sử dụng siêu âm nếu vị trí lắp phù hợp.

Điểm cần quan tâm là không gian phía trên bề mặt nước. Nếu bồn có hơi nước, ngưng tụ, bọt hoặc nhiều kết cấu cơ khí bên trong, cảm biến đo mức radar thường là hướng nên đánh giá trước.

Lắp radar ở đâu?

Không nên đặt radar trực tiếp dưới đường nạp. Nếu bên trong có trục khuấy, thanh giằng hoặc ống đứng, cần chọn vị trí để vùng phát không đi trực tiếp qua các vật cản này.

Radar cũng không nên đặt sát thành bồn nếu vùng phát có khả năng chạm thành trước khi tới mặt nước. Với bồn nhỏ hoặc có nhiều kết cấu, vị trí lắp đôi khi quan trọng hơn việc chọn range lớn.

Khi nào tiếp tục dùng siêu âm?

Nếu bồn kín nhưng sạch, ít hơi, không có khuấy mạnh và khoảng cách đo vừa phải thì siêu âm vẫn có thể là phương án hợp lý. Không cần chuyển sang radar chỉ vì bồn có nắp.

Chi tiết về các điều kiện lắp không tiếp xúc được tách riêng tại bài đo mức nước trong bồn không tiếp xúc để tránh lặp lại toàn bộ nội dung trong bài Application này.

4. Bồn kín có áp suất: không chọn giống bồn thông thường

Nếu phía trên mặt nước có áp suất, phương án đo mức nước trong bồn phải được xem xét khác với bồn khí quyển. Đây là tình huống không nên lấy một cảm biến cho bồn hở rồi lắp sang bồn áp suất mà không kiểm tra thông số quá trình.

Một hướng phổ biến là dùng transmitter chênh áp. Cổng áp cao nhận áp suất ở phần thấp của bồn, trong khi cổng áp thấp tham chiếu phần khí phía trên. Khi cấu hình đúng, phần áp suất chung được loại trừ và chênh lệch còn lại liên quan đến chiều cao cột nước.

Cần biết những gì trước khi chọn?

Cần cung cấp áp suất vận hành, áp suất lớn nhất, chiều cao cột nước, nhiệt độ, vị trí lấy áp và kiểu kết nối quá trình. Nếu có ống impulse, wet leg, dry leg hoặc diaphragm seal thì phải được tính trong cấu hình.

Radar cũng có thể là lựa chọn trong bồn áp suất nếu model và kết nối quá trình chịu được điều kiện thực tế. Khi đó cần kiểm tra đồng thời range đo + nhiệt độ + áp suất, không chỉ nhìn vào khoảng cách đo.

Tín hiệu nên dùng

Với hệ thống công nghiệp, 4–20mA hoặc 4–20mA + HART thường dễ đưa về PLC và thuận tiện cho việc hiệu chỉnh. Lựa chọn cuối cùng phải theo thiết bị nhận đang có sẵn.

5. Bồn có cánh khuấy, dòng nạp, hơi hoặc bọt: vị trí lắp quyết định nhiều hơn range

Đây là nhóm bồn dễ chọn sai nhất. Người dùng thường gửi thông tin “bồn cao 5 m” rồi yêu cầu chọn sensor 5 m hoặc 10 m. Nhưng với bồn có cánh khuấy, bọt hoặc đường nạp, range chỉ là một phần rất nhỏ của bài toán.

Có dòng nước nạp

Không đặt radar hoặc siêu âm ngay dưới ống nước đi vào bồn. Dòng nạp tạo bề mặt biến động và có thể đi xuyên qua vùng đo. Nếu nóc bồn còn vị trí khác, nên dời sensor sang vùng mặt nước ổn định hơn.

Có cánh khuấy

Nếu trục khuấy nằm ở tâm bồn, sensor có thể lắp lệch tâm. Tuy nhiên không nên lệch quá sát thành. Mục tiêu là tìm được vùng đo không đi qua cánh khuấy nhưng vẫn quan sát được mặt nước ổn định.

Có hơi hoặc ngưng tụ

Nếu hơi chỉ xuất hiện ít và không thường xuyên, siêu âm có thể vẫn hoạt động tốt tùy ứng dụng. Nếu hơi, ngưng tụ hoặc thay đổi nhiệt độ là điều kiện vận hành thường xuyên, nên đánh giá radar trước.

Có bọt trên mặt nước

Bọt mỏng và bọt dày không phải cùng một điều kiện. Khi gửi yêu cầu chọn cảm biến, nên mô tả mức độ bọt hoặc gửi ảnh thực tế thay vì chỉ ghi “có bọt”.

6. Bể ngầm hoặc bồn sâu, khó bố trí cảm biến phía trên

Một số bể ngầm có nắp nhỏ, không có vị trí gá thuận lợi hoặc khu vực phía trên thường xuyên bị che khuất. Trong trường hợp này, cố gắng lắp radar hoặc siêu âm trên nóc chưa chắc là phương án đơn giản nhất.

Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh là một hướng nên xem xét. Đầu dò được thả xuống gần đáy bể và theo dõi cột nước phía trên cảm biến.

Đầu dò nên đặt ở đâu?

Không nên để màng cảm biến nằm trực tiếp trong lớp bùn hoặc cặn dưới đáy. Có thể cố định đầu dò cao hơn đáy một khoảng phù hợp để hạn chế bám cặn và tránh đầu dò di chuyển khi nước chảy.

Cần xác định range như thế nào?

Với thủy tĩnh, cần biết chiều cao cột nước lớn nhất tại vị trí đầu dò. Không lấy khoảng cách từ nóc bể xuống đáy theo cách của radar hoặc siêu âm.

Model tham khảo

Dinel HLM-25C có thể được đưa vào bước đối chiếu khi cần đầu dò thủy tĩnh thả chìm cho bồn hở hoặc bể ngầm. Việc chọn cấu hình cuối cùng phụ thuộc range cột nước, chiều dài cáp và điều kiện lắp.

Nếu đối tượng cần đo thực tế là hồ chứa, hồ thủy điện hoặc khu vực ngoài trời có khoảng cách đo lớn, xem riêng bài đo mức nước hồ chứa. Bài này không mở rộng sang các bài toán cầu đo, cao trình, khoảng cách lớn hay truyền dữ liệu từ hồ về trung tâm.

7. Chỉ cần chống tràn hoặc chống bơm chạy khô

Nếu bồn không cần hiển thị mức liên tục, đừng mặc định phải dùng radar, siêu âm hoặc transmitter 4–20mA. Hai điểm HIGH và LOW có thể giải quyết trực tiếp yêu cầu vận hành.

Báo đầy HIGH/MAX

Cảm biến được đặt thấp hơn điểm tràn một khoảng an toàn. Khi nước đạt vị trí này, tín hiệu được đưa về PLC hoặc relay để cảnh báo hoặc dừng bơm cấp.

Báo cạn LOW/MIN

Vị trí LOW thường cao hơn vùng hút của bơm và cao hơn lớp cặn dưới đáy. Khi nước xuống dưới mức này, hệ thống có thể dừng bơm để hạn chế chạy khô.

Model nào?

Dinel DLS-27 và DLS-35 có thể được đánh giá khi cho phép đầu dò tiếp xúc với nước. Nếu cần báo HIGH/LOW không tiếp xúc, có thể xem thêm Dinel ULS-53 và kiểm tra khoảng cách lắp, vùng chết và điều kiện bề mặt.

8. Bồn nhỏ và cho phép đầu dò tiếp xúc với nước

Không phải ứng dụng nào cũng cần đo không tiếp xúc. Với bồn nhỏ, hình học đơn giản và cho phép đưa đầu dò vào trong, điện dung có thể là một lựa chọn thực tế. Tuy nhiên cần xác định trước hệ thống muốn đo liên tục 0–100% hay chỉ cần phát hiện một mức HIGH/LOW, vì hai nhu cầu này sử dụng nhóm thiết bị khác nhau

Cần đo liên tục 0–100%

Nếu cần theo dõi mức nước liên tục từ thấp đến cao và đưa tín hiệu tỷ lệ về PLC, có thể xem nhóm cảm biến đo mức điện dung.

Đầu dò điện dung được bố trí trong bồn và mức nước thay đổi dọc theo điện cực. Khi lựa chọn cần kiểm tra chiều dài đầu dò, vùng đo thực tế, vật liệu điện cực, tình trạng bám dính và tín hiệu đầu ra.

Dinel CLM-70 là một model có thể đưa vào bước đối chiếu cho phép đo liên tục. Không nên chọn chỉ dựa vào chiều cao bồn; cần xác định chiều dài điện cực thực tế và vị trí MIN/MAX.

Chỉ cần báo HIGH hoặc LOW

Nếu chỉ cần phát hiện nước đã đạt một vị trí cố định, không cần sử dụng cảm biến đo liên tục. Khi đó nên chuyển sang nhóm cảm biến báo mức đầy cạn.

Các cảm biến báo điểm như Dinel DLS-27 hoặc DLS-35 có thể được xem xét tùy kiểu lắp, chiều dài đầu dò và điều kiện môi chất.

Ví dụ, một cảm biến có thể đặt tại mức HIGH để chống tràn hoặc tại mức LOW để bảo vệ bơm chạy khô.

9. Xác định MIN/MAX trực tiếp trên bồn trước khi đặt cảm biến

Một trong những lỗi phổ biến nhất khi chọn thiết bị đo mức nước trong bồn là lấy chiều cao thân bồn làm range cảm biến.

Ví dụ bồn cao 5 m nhưng radar được lắp trên cổ bồn cao thêm 0,6 m. Khoảng cách từ mặt radar đến mức thấp nhất có thể gần 5,6 m. Nếu chọn sensor chỉ dựa vào con số “bồn cao 5 m”, range có thể thiếu.

Trên bản vẽ hoặc ảnh bồn, nên xác định bốn vị trí:

• Sensor: vị trí thực tế của mặt phát hoặc đầu dò.
• MAX: mức nước cao nhất được phép vận hành.
• MIN: mức nước thấp nhất cần theo dõi.
• Khoảng đo thực tế: phụ thuộc nguyên lý và vị trí lắp.

Đối với radar và siêu âm, khoảng cách từ sensor tới MIN là thông tin quan trọng. Đối với thủy tĩnh, cần chiều cao cột nước tại vị trí đầu dò. Đối với báo điểm, chính vị trí HIGH và LOW mới là thông số cần xác định.

Vì vậy, range cảm biến không luôn bằng chiều cao bồn.

10. Chọn tín hiệu theo thiết bị nhận, không chọn theo cảm tính

Khi đã xác định được công nghệ, bước kế tiếp là kiểm tra PLC, bộ hiển thị hoặc bộ điều khiển đang nhận được loại tín hiệu nào.

Với phép đo liên tục, 4–20mA thường dễ sử dụng trong hệ thống công nghiệp. Nếu cần thêm cấu hình/chẩn đoán có thể xem HART. Khi hệ thống dùng RS485 và cần truyền dữ liệu số, Modbus là một lựa chọn tùy model.

Với báo điểm, tín hiệu có thể là PNP, NPN, NAMUR hoặc thông qua bộ điều khiển/relay. Cần kiểm tra chính xác input của PLC trước khi đặt cảm biến.

Sơ đồ ứng dụng điển hình có thể hiểu đơn giản:

Cảm biến → PLC hoặc bộ hiển thị → logic cảnh báo/điều khiển bơm.

Cảm biến không nên được sử dụng để đóng cắt trực tiếp động cơ bơm nếu đầu ra của sensor không được thiết kế cho tải công suất đó.

11. Bảng quyết định: loại bồn nào nên bắt đầu với công nghệ nào?

Bảng trên chỉ dùng để xác định nhánh cần xem tiếp. Một model không nên được chọn chỉ vì “đúng loại công nghệ”. Sau khi xác định radar, siêu âm, thủy tĩnh hay điện dung, cần tiếp tục kiểm tra range, vị trí lắp, nhiệt độ, áp suất, vật liệu và tín hiệu.

Thông tin tham chiếu hãng: Dinel – Continuous Level Meters | Flowline EchoBeam LR80.

12. Gửi 7 thông tin này để chọn cảm biến nhanh hơn

Không cần gửi một danh sách thông số quá dài ngay từ đầu. Với phần lớn ứng dụng đo mức nước trong bồn, chỉ cần chuẩn bị 7 nhóm thông tin sau:

1. Ảnh hoặc bản vẽ bồn: thấy được nóc bồn, đường nạp và vị trí dự kiến lắp cảm biến.
2. Kích thước: chiều cao và đường kính bồn.
3. Bồn hở hay kín: nếu kín cần cho biết có áp suất hay không.
4. MIN/MAX: mức thấp nhất và cao nhất cần đo.
5. Điều kiện bên trong: hơi, bọt, cánh khuấy, dòng nạp hoặc vật cản.
6. Nhiệt độ và áp suất: nếu khác điều kiện thông thường.
7. Tín hiệu cần dùng: 4–20mA, HART, Modbus hoặc báo HIGH/LOW.

Ví dụ, thay vì gửi:

“Tôi có bồn cao 6 m, tư vấn cảm biến.”

Nên gửi:

“Bồn kín không áp, cao 6 m, nước sạch nhưng có hơi nhẹ, có cánh khuấy ở giữa, sensor có thể lắp lệch tâm, cần đo 0–100% và đưa 4–20mA về PLC.”

Chỉ riêng thông tin này đã giúp loại bỏ nhiều phương án không phù hợp và tập trung ngay vào nhóm sensor cần kiểm tra.

Kết luận

Đo mức nước trong bồn không có một công nghệ tốt nhất cho mọi trường hợp. Bồn hở sạch có thể bắt đầu bằng siêu âm; bồn kín có hơi hoặc bọt nên đánh giá radar; bồn kín có áp suất cần xem chênh áp hoặc radar chịu áp; bể ngầm khó lắp phía trên có thể dùng thủy tĩnh; còn nhu cầu chống tràn hoặc chống chạy khô chỉ cần công tắc mức phù hợp.

Bồn nhỏ cho phép đầu dò tiếp xúc có thể cân nhắc điện dung. Nhưng dù chọn phương pháp nào, yếu tố quyết định vẫn là đúng loại bồn, đúng vị trí lắp, đúng MIN/MAX và đúng tín hiệu.

Thay vì bắt đầu bằng câu hỏi “model nào tốt?”, hãy bắt đầu bằng câu hỏi “bồn của tôi đang có điều kiện gì?”. Khi đó việc chọn cảm biến đo mức nước trong bồn sẽ rõ ràng hơn và hạn chế trường hợp chọn đúng range nhưng sai công nghệ hoặc sai vị trí lắp.

Người chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hoá

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