Radar và siêu âm: nên dùng loại nào để đo mức?

Khi cần đo liên tục mà không để cảm biến tiếp xúc với môi chất, radar hay siêu âm đo mức là hai công nghệ thường được cân nhắc đầu tiên. Siêu âm thường phù hợp với bể nước, hố thu, kênh hở hoặc bồn có không gian đo thông thoáng và điều kiện không khí tương đối ổn định. Radar thường được ưu tiên khi bồn có hơi, bọt, bụi, nhiều kết cấu bên trong hoặc khoảng đo lớn.

Không có công nghệ nào tốt hơn trong mọi trường hợp. Muốn chọn đúng, cần xem đồng thời môi chất, chiều cao đo, bọt, hơi, bụi, nhiệt độ, áp suất, vật cản, vị trí lắp và tín hiệu cần đưa về hệ thống điều khiển.

Chọn nhanh:

• Bể nước hở, ít bọt, khoảng đo vừa phải và cần tối ưu chi phí: ưu tiên đánh giá siêu âm.
• Bồn kín có hơi, bọt hoặc nhiệt độ không khí thay đổi: ưu tiên đánh giá radar.
• Silo bột, hạt nhiều bụi hoặc có bề mặt nghiêng: thường nên khảo sát radar trước.
• Chỉ cần báo đầy hoặc báo cạn: dùng công tắc mức, không nhất thiết phải lắp cảm biến đo liên tục.

Radar hay siêu âm đo mức: bảng so sánh nhanh

Tiêu chí	Cảm biến siêu âm	Cảm biến radar
Nguyên lý	Phát sóng âm qua không khí và nhận echo phản xạ	Phát sóng điện từ và nhận tín hiệu phản xạ
Kiểu đo	Liên tục, không tiếp xúc	Liên tục, không tiếp xúc
Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí	Cần bù nhiệt; biến động lớn có thể ảnh hưởng tốc độ truyền âm	Ít phụ thuộc vào nhiệt độ không khí hơn
Hơi, luồng khí	Có thể làm echo yếu hoặc không ổn định	Thường thuận lợi hơn, nhưng vẫn phải kiểm tra điều kiện quá trình
Bọt trên bề mặt	Bọt dày có thể hấp thụ hoặc tán xạ sóng âm	Thường được ưu tiên đánh giá, nhưng bọt dày vẫn có thể làm suy giảm tín hiệu
Bụi trong silo	Bụi nhiều có thể làm suy yếu echo	Thường phù hợp hơn, nhất là radar tần số cao có chùm đo hẹp
Vật cản trong bồn	Cần vùng phát sóng thông thoáng	Radar 80 GHz thường dễ tránh vật cản hơn nhờ chùm đo hẹp
Khoảng đo	Phù hợp nhiều bể, hố thu và bồn tầm thấp đến trung bình	Có nhiều lựa chọn cho bồn và silo cao, khoảng đo xa
Vùng cận cảm biến	Phải kiểm tra vùng mù theo từng model	Phải kiểm tra vùng cận; một số model có vùng chết rất nhỏ hoặc bằng 0 theo công bố hãng
Chi phí đầu tư	Thường thấp hơn ở các ứng dụng cơ bản	Thường cao hơn, tùy dải đo và cấu hình
Ứng dụng thường gặp	Bể nước, nước thải, hố thu, kênh hở, bồn ổn định	Bồn kín, hóa chất, bồn có hơi hoặc bọt, silo bột/hạt, khoảng đo lớn

Bảng trên chỉ dùng để định hướng ban đầu. Kết quả thực tế còn phụ thuộc vào model cụ thể, hình học bồn, đặc tính phản xạ của môi chất và cách lắp đặt.

Cảm biến radar và siêu âm hoạt động như thế nào?

Siêu âm phát xung âm qua lớp không khí, nhận echo phản xạ từ bề mặt rồi tính thời gian truyền để xác định khoảng cách. Do sóng âm truyền trong môi trường khí, nhiệt độ không khí, hơi, bọt và luồng khí có thể làm tín hiệu phản hồi thay đổi. Siêu âm vì thế thuận lợi hơn khi vùng đo tương đối thoáng và ổn định.

Radar không tiếp xúc phát sóng điện từ rồi nhận tín hiệu phản xạ từ môi chất. Radar 80 GHz có thể tạo chùm đo hẹp, giúp giảm ảnh hưởng của thành bồn và một số kết cấu bên trong. Radar nhìn chung ít phụ thuộc vào biến đổi của không khí hơn siêu âm, nhưng vẫn phải chọn đúng khoảng đo, vị trí lắp, vật liệu anten và điều kiện phản xạ của môi chất.

Sáu điều kiện quyết định nên dùng radar hay siêu âm đo mức

Bọt, hơi và ngưng tụ

Bọt dày có thể hấp thụ hoặc làm tán xạ echo siêu âm. Hơi và sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng không phía trên môi chất cũng có thể làm phép đo siêu âm kém ổn định hơn. Vì vậy, bồn kín thường xuyên có hơi hoặc bọt là trường hợp nên đánh giá radar trước.

Điều này không có nghĩa radar miễn nhiễm hoàn toàn. Bọt rất dày, bề mặt khuấy mạnh, ngưng tụ trên anten hoặc môi chất phản xạ yếu vẫn có thể làm giảm chất lượng tín hiệu. Cần đối chiếu ứng dụng với tài liệu của đúng model.

Nhiệt độ, áp suất và sự thay đổi của không khí

Tốc độ truyền âm thay đổi theo nhiệt độ không khí nên cảm biến siêu âm thường cần bù nhiệt. Chênh lệch nhiệt độ lớn, hơi nóng hoặc luồng khí mạnh có thể tạo sai số nếu vị trí lắp không phù hợp.

Radar thường ít chịu ảnh hưởng từ các biến đổi này hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ và áp suất của quá trình vẫn phải nằm trong giới hạn của vỏ, anten, gioăng và kết nối cơ khí.

Vật cản và hình học bồn

Cánh khuấy, ống nạp, thang, thanh giằng, thành bồn và cổ bồn có thể tạo echo giả. Siêu âm cần một vùng phát sóng đủ rộng và thông thoáng. Radar 80 GHz thường có góc chùm nhỏ hơn nên dễ hướng vào vùng cần đo, nhưng không thể bù cho một vị trí lắp sai hoàn toàn.

Không nên đặt cảm biến ngay phía trên dòng nạp. Nếu bồn có nhiều kết cấu, cần xác định đường truyền sóng và kiểm tra chức năng loại bỏ echo cố định của thiết bị.

Chất rắn, bột và bụi trong silo

Bề mặt vật liệu rời thường nghiêng, không phẳng và thay đổi theo vị trí nạp hoặc xả. Bụi phát sinh khi nạp có thể làm echo siêu âm suy yếu. Trong silo cao, nhiều bụi hoặc có không gian hẹp, radar thường được ưu tiên nhờ khoảng đo lớn và chùm sóng tập trung hơn.

Trước khi chọn model vẫn phải cung cấp loại bột hoặc hạt, chiều cao silo, vị trí nạp, mức bụi, hằng số điện môi dự kiến và góc nghiêng bề mặt.

Khoảng đo và vùng mù

Không nên chọn cảm biến chỉ theo chiều cao danh nghĩa của bồn. Khoảng đo thực tế phải tính từ mặt phát sóng đến mức thấp nhất cần đo. Đồng thời cần kiểm tra mức cao nhất có đi vào vùng mù hoặc vùng cận cảm biến hay không.

Nên chừa dự phòng thay vì chọn sát dải tối đa. Thông số khoảng đo của nhà sản xuất thường được xác lập trong điều kiện tham chiếu; bọt, bụi, khuấy động và bề mặt phản xạ yếu có thể làm khoảng đo sử dụng thực tế giảm xuống.

Môi chất và khả năng phản xạ

Siêu âm cần bề mặt tạo được echo âm đủ rõ. Radar phụ thuộc vào khả năng phản xạ sóng điện từ, thường được đánh giá qua hằng số điện môi của môi chất. Nước và nhiều dung dịch phản xạ radar tốt; một số dung môi, dầu hoặc vật liệu có hằng số điện môi thấp cần được kiểm tra kỹ hơn.

Với hóa chất ăn mòn, ngoài nguyên lý đo còn phải chọn đúng vật liệu anten, vỏ, gioăng và kết nối ren hoặc mặt bích.

Khi nào nên chọn cảm biến siêu âm đo mức?

Siêu âm là lựa chọn hợp lý khi:

• Đo nước sạch, nước thải, bùn hoặc môi chất phù hợp trong bể hở, hố thu và kênh hở.
• Không gian phía dưới cảm biến tương đối thông thoáng, ít đường ống hoặc cánh khuấy.
• Bề mặt ít bọt dày, ít hơi và nhiệt độ không khí không biến đổi quá mạnh.
• Khoảng đo nằm trong dải cho phép và mức cao nhất không đi vào vùng mù.
• Cần giải pháp không tiếp xúc với chi phí hợp lý.

Cảm biến siêu âm Dinel ULM-53 được dùng cho phép đo liên tục không tiếp xúc trong bể, kênh và bồn; tùy phiên bản có ngõ ra 4-20 mA, 0-10 V hoặc RS-485 Modbus. Dinel ULM-54 hướng tới các ứng dụng ngoài trời như sông, kênh và hố thu, hỗ trợ cấu hình qua HART và có cấp bảo vệ IP68.

Thông tin ứng dụng và tùy chọn tín hiệu có thể đối chiếu thêm tại tài liệu chính hãng của Dinel ULM-53 và Dinel ULM-54.

Khi nào nên chọn cảm biến radar đo mức?

Radar thường đáng ưu tiên khi:

• Bồn kín có hơi, bọt hoặc điều kiện không khí thay đổi.
• Có nhiều đường ống, thanh giằng hoặc kết cấu cần tránh trong vùng đo.
• Đo silo bột, hạt, vật liệu rời có bụi và bề mặt nghiêng.
• Bồn hoặc silo cao, cần khoảng đo lớn.
• Cần chùm đo hẹp để giảm ảnh hưởng của thành bồn.
• Ứng dụng yêu cầu độ ổn định cao và ngân sách cho phép.

Flowline EchoBeam LR80, LR81, LR83 và LR85 sử dụng radar FMCW 80 GHz. Theo tài liệu hãng, dải đo tối đa thay đổi từ 10 m đến 120 m đối với chất lỏng và từ 5 m đến 60 m đối với chất rắn, tùy model và điều kiện tham chiếu.

Bảng chọn radar hay siêu âm theo ứng dụng thực tế

Ứng dụng	Hướng ưu tiên	Điều cần kiểm tra trước khi chốt
Bể nước hở, ít bọt	Siêu âm	Vùng mù, dòng nước nạp, khoảng đo, vị trí lắp
Hố thu hoặc trạm bơm	Siêu âm hoặc radar	Bọt, ngưng tụ, độ ẩm, cấp bảo vệ và nguy cơ ngập
Kênh hở, sông hoặc hồ	Siêu âm hoặc radar	Khoảng đo, gió, mưa, giá đỡ và cấp bảo vệ ngoài trời
Bồn kín có nhiều hơi	Radar	Nhiệt độ, áp suất, vật liệu anten và ngưng tụ
Bồn nước thải có bọt	Thường ưu tiên radar	Độ dày bọt, khuấy động, cặn bám và vị trí lắp
Bồn hóa chất	Thường ưu tiên radar	Hằng số điện môi, nhiệt độ, áp suất và vật liệu chống ăn mòn
Silo bột hoặc hạt	Thường ưu tiên radar	Bụi, bề mặt nghiêng, vị trí nạp và chiều cao silo
Chỉ báo đầy hoặc cạn	Công tắc mức	Không cần dùng radar hoặc siêu âm đo liên tục nếu chỉ cần một ngưỡng

Riêng ứng dụng nước, bài đo mức nước trong bồn không tiếp xúc trình bày kỹ hơn cách xác định vùng mù, xử lý echo giả và quy đổi tín hiệu về PLC.

Lắp radar và siêu âm đo mức cần lưu ý gì?

Một cảm biến đúng công nghệ vẫn có thể đo sai nếu lắp không đúng. Khi khảo sát và lắp đặt nên kiểm tra các điểm sau:

• Không đặt đầu đo ngay trên dòng nạp hoặc vùng bề mặt dao động mạnh.
• Tránh để thang, ống, thanh giằng và cánh khuấy nằm trong vùng phát sóng.
• Kiểm tra cổ bồn có đủ đường kính và chiều cao theo hướng dẫn của hãng hay không.
• Với siêu âm, kiểm tra vùng mù và chức năng bù nhiệt.
• Với radar, kiểm tra hướng anten, góc chùm và khả năng phản xạ của môi chất.
• Đối chiếu khoảng cách hiển thị với khoảng cách đo thực tế sau khi lắp.
• Ghi nhận và loại bỏ echo cố định nếu thiết bị có chức năng xử lý echo giả.

Công nghệ đo và tín hiệu đầu ra là hai bước lựa chọn khác nhau. Trước hết chọn radar hoặc siêu âm theo điều kiện ứng dụng; sau đó chọn 4-20 mA, HART, Modbus hoặc chuẩn khác theo ngõ vào của PLC, DCS, màn hình hay datalogger. Nếu hệ thống dùng analog, có thể xem thêm nhóm cảm biến đo mức 4-20 mA.

Model radar và siêu âm tham khảo

Nhóm ứng dụng	Model tham khảo	Đặc điểm lựa chọn chính
Siêu âm cho bồn, bể và kênh	Dinel ULM-53	Nhiều phiên bản dải đo; tùy chọn 4–20 mA, 0–10 V hoặc Modbus
Siêu âm ngoài trời	Dinel ULM-54	Lắp từ xa, cấu hình HART, cấp bảo vệ IP68
Radar cho dải đo cơ bản	Flowline LR80	Tối đa 10 m với chất lỏng hoặc 5 m với chất rắn theo điều kiện hãng; ngõ ra 4–20 mA
Radar dải đo đến 30 m	Flowline LR81	Tối đa 30 m với chất lỏng hoặc 15 m với chất rắn; có các tùy chọn tín hiệu theo cấu hình
Radar có màn hình	Flowline LR83	Dải tối đa 30/15 m, góc chùm 6°, có màn hình LCD
Radar cho bồn hoặc silo rất cao	Flowline LR85	Dải tối đa 120/60 m, góc chùm 4°, có màn hình LCD

Lưu ý về dải đo Flowline: Các mức tối đa nêu trên là thông số trong điều kiện tham chiếu của nhà sản xuất. Với LR80, LR81 và LR83, mức tối đa được công bố cho chất lỏng có hằng số điện môi từ 10 và không khuấy động; chất rắn có hằng số điện môi từ 6 và không bụi. LR85 áp dụng điều kiện khuấy động và bụi ở mức tối thiểu. Không nên chọn sát giới hạn nếu ứng dụng thực tế có bụi, bọt hoặc bề mặt dao động mạnh.

Nếu các model trên không phù hợp, hãy quay lại danh mục cảm biến đo mức để cân nhắc cảm biến thủy tĩnh, điện dung, phao hoặc công tắc mức thay vì cố dùng một công nghệ không phù hợp.

Thông tin cần cung cấp để chọn đúng cảm biến đo mức

Trước khi yêu cầu báo giá, nên chuẩn bị:

• Môi chất cần đo: nước, dầu, hóa chất, bùn, bột, hạt hay vật liệu rời.
• Chiều cao và đường kính bồn, bể hoặc silo.
• Khoảng cách từ vị trí lắp đến mức thấp nhất và mức cao nhất.
• Bồn kín hay hở; nhiệt độ và áp suất vận hành.
• Tình trạng hơi, bọt, bụi, khuấy động và dòng nạp.
• Cổ bồn, vật cản bên trong và vị trí có thể lắp cảm biến.
• Đo liên tục hay chỉ báo đầy/cạn.
• Tín hiệu cần đưa về PLC, màn hình, datalogger hoặc SCADA.
• Yêu cầu ngoài trời, chống ngập, chống ăn mòn hoặc phòng nổ nếu có.

Câu hỏi thường gặp về radar và siêu âm đo mức

Radar có luôn chính xác hơn siêu âm không?

Không. Độ chính xác phụ thuộc vào model, dải đo, môi chất, vị trí lắp và cách cấu hình. Radar thường ổn định hơn trong bồn có hơi, bọt hoặc nhiều kết cấu; siêu âm vẫn đáp ứng tốt nhiều bể nước hở và hố thu có điều kiện ổn định.

Bồn có bọt nên chọn radar hay siêu âm?

Nếu bọt xuất hiện thường xuyên, radar thường là hướng nên đánh giá trước vì bọt có thể làm echo siêu âm suy yếu. Tuy nhiên, bọt quá dày vẫn có thể ảnh hưởng đến radar nên cần cung cấp mức độ và tính chất bọt khi chọn thiết bị.

Đo bột và vật liệu rời có bắt buộc dùng radar không?

Không bắt buộc. Siêu âm có thể dùng trong một số silo phù hợp, nhưng radar thường thuận lợi hơn khi silo cao, nhiều bụi, bề mặt nghiêng hoặc có nhiều kết cấu bên trong.

Cảm biến siêu âm có rẻ hơn radar không?

Trong các ứng dụng cơ bản, siêu âm thường có chi phí đầu tư thấp hơn. Tuy nhiên, cần so sánh theo đúng dải đo, vật liệu, cấp bảo vệ, tín hiệu, chứng nhận và chi phí xử lý tín hiệu không ổn định trong điều kiện thực tế.

Radar và siêu âm có đưa tín hiệu về PLC được không?

Có. Nhiều model hỗ trợ 4-20 mA; một số phiên bản có HART, RS-485 Modbus hoặc chuẩn truyền thông khác. Cần đối chiếu loại ngõ vào, nguồn cấp và sơ đồ đấu dây của PLC trước khi đặt hàng.

Tư vấn chọn radar hay siêu âm đo mức

Để chọn đúng cảm biến, hãy gửi cho Chuyendoitinhieu.vn thông tin về môi chất, kích thước bồn, khoảng đo thực tế, bọt, hơi, bụi, nhiệt độ, áp suất, vị trí lắp và tín hiệu đầu ra. Các dữ liệu này giúp đối chiếu đúng công nghệ, dải đo, vật liệu và model trước khi báo giá.

Hotline: 0886 0884 96Gửi yêu cầu kỹ thuật