Cảm Biến Radar Đo Mức: Nguyên Lý, Phân Loại và Hướng Dẫn Lựa Chọn

Bạn cần một giải pháp đo mức chính xác, tin cậy cho nhà máy hoặc doanh nghiệp? Cảm biến radar đo mức chính là lựa chọn hoàn hảo. Với khả năng đo ổn định, chính xác ngay cả trong môi trường khắc nghiệt, công nghệ radar đang được nhiều ngành công nghiệp tin dùng để tối ưu vận hành và đảm bảo an toàn.

Cảm biến radar đo mức là gì?

Cảm biến radar đo mức là thiết bị dùng sóng radar để đo mức chất lỏng hoặc chất rắn trong bể, thùng chứa. Cảm biến hoạt động bằng cách phát sóng radar xuống bề mặt vật liệu, nhận tín hiệu phản xạ và tính toán mức dựa trên thời gian sóng đi – về.

Với nguyên lý đo không tiếp xúc, cảm biến radar không chạm vào chất lỏng hay vật liệu, giúp giảm rủi ro hỏng hóc, dễ bảo trì và hoạt động chính xác ngay cả khi bề mặt có bọt, bụi hoặc điều kiện khắc nghiệt.

Cảm biến radar phù hợp cho các ứng dụng đo mức liên tục, giám sát mức theo thời gian thực, được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa chất, thực phẩm, dược phẩm… vì độ chính xác cao, tin cậy và khả năng chịu môi trường khắc nghiệt.

Ngoài ra, cảm biến dễ lắp đặt, có thể tích hợp với các hệ thống điều khiển để giám sát từ xa, mang lại giải pháp đo mức an toàn, hiệu quả cho nhiều nhà máy và doanh nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến radar đo mức

Cảm biến mức radar là giải pháp đo mức chất lỏng hoặc chất rắn chính xác và đáng tin cậy, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Cảm biến sử dụng sóng vô tuyến (radio wave) để xác định khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất cần đo, giúp kiểm soát mức chất trong bồn chứa, silo hoặc thùng chứa.

Cảm biến radar ISEN	Cảm biến mức radar tiếp nhận RF Suyi	Cảm biến mức radar thả chìm Suyi

Cảm biến mức radar không tiếp xúc Suyi SYRD 26GHz	Cảm biến mức radar sóng dẫn hướng Suyi SYRD

Cách thức hoạt động của cảm biến mức radar

• Phát sóng vô tuyến từ cảm biến xuống bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn.
• Sóng vô tuyến truyền qua không khí, chạm vào bề mặt chất, sau đó phản xạ trở lại cảm biến.
• Cảm biến đo thời gian khứ hồi (thời gian sóng đi đến bề mặt và quay về).
• Khoảng cách được tính bằng công thức dựa trên tốc độ ánh sáng và thời gian khứ hồi.
• Từ khoảng cách đo được, cảm biến xác định mức chất lỏng hoặc chất rắn chính xác.

Chuyển đổi mức: Khoảng cách tính được được chuyển đổi thành giá trị mức chất lỏng và truyền đến hệ thống hiển thị hoặc điều khiển.

Phân loại Cảm biến radar đo mức

Cảm biến radar sóng dẫn hướng (radar loại tiếp xúc)

Cảm biến radar sóng dẫn (GWR) sử dụng đầu dò để dẫn xung radar trực tiếp đến môi trường, cung cấp các phép đo ổn định và đáng tin cậy.

Ứng dụng:

• Thích hợp cho các bể chứa bọt, hơi hoặc nhiễu loạn.
• Hoạt động tốt với chất lỏng, bùn và thậm chí cả chất rắn trong bể chứa hẹp hoặc phức tạp.

Ưu điểm

• Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện bên ngoài.
• Có thể sử dụng tốt trong môi trường có điện môi thấp hoặc môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến mức radar dạng xung (Không tiếp xúc)

Cảm biến mức radar xung là thiết bị không tiếp xúc truyền sóng điện từ qua không khí để đo mức.

Ứng dụng:

• Thường được sử dụng trong các bể chứa hở, hồ chứa hoặc khi không thể tiếp xúc với môi trường.
• Có hiệu quả đối với chất lỏng sạch, hóa chất ăn mòn và chất rắn dạng khối.

Ưu điểm

• Thiết kế không tiếp xúc giúp giảm thiểu bảo trì.
• Có khả năng chịu được điều kiện áp suất và nhiệt độ khắc nghiệt.

Cảm biến mức radar FMCW (Không tiếp xúc)

Cảm biến radar sóng liên tục điều chế tần số (FMCW) là cảm biến không tiếp xúc tiên tiến cung cấp phép đo có độ chính xác cao. Tần số càng cao, phép đo càng chính xác.

Ứng dụng:

• Lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như bể chứa nhỏ hoặc chất rắn dạng hạt.
• Chế biến thực phẩm, dược phẩm và sản xuất hóa chất chính xác.

Ưu điểm:

• Phép đo cực kỳ chính xác, ngay cả trong bể hẹp hoặc hình dạng phức tạp.
• Đo lường không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất hoặc bụi

Ưu điểm vượt trội của cảm biến radar đo mức

• Đo lường tin cậy: Cảm biến radar không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, hơi nước hoặc bụi, đảm bảo kết quả đo chính xác và ổn định hơn so với cảm biến siêu âm.
• Không tiếp xúc: Hoạt động dựa trên nguyên lý đo không tiếp xúc, loại bỏ nguy cơ ăn mòn, bám bẩn và giảm thiểu chi phí bảo trì.
• Phù hợp nhiều ứng dụng: Có thể đo chính xác mức chất lỏng, bùn, chất rắn và hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt với bọt, bụi hoặc bề mặt chất không ổn định.
• Độ chính xác cao: Độ phân giải tốt, phát hiện được những thay đổi nhỏ về mức, giúp kiểm soát và tối ưu quy trình sản xuất hiệu quả.
• Phạm vi đo rộng: Đo được khoảng cách lớn, có thể lên đến vài trăm feet, đáp ứng nhu cầu đo lường trong các ứng dụng đòi hỏi phạm vi đo xa.
• Đo liên tục theo thời gian thực: Cung cấp dữ liệu mức liên tục, giám sát 24/7, phát hiện kịp thời các thay đổi để điều chỉnh và ngăn ngừa sự cố.
• Dễ lắp đặt và bảo trì: Thiết bị dễ dàng cài đặt, yêu cầu bảo trì tối thiểu, không cần vệ sinh hoặc hiệu chuẩn thường xuyên như cảm biến tiếp xúc, giảm thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì.

Ứng dụng của cảm biến radar đo mức trong các ngành công nghiệp

Cảm biến radar đo mức đã trở thành công cụ không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp:

• Ngành hóa chất: Đo mức axit mạnh (H2​SO4​, HCl, HNO3​), bazơ (NaOH), dung môi hữu cơ, và các hóa chất độc hại/ăn mòn trong bồn chứa nguyên liệu, sản phẩm, bể phản ứng.
• Ngành dầu khí: Giám sát mức xăng, dầu thô, dầu diesel, LPG, LNG, nhựa đường, bùn khoan trên bờ, giàn khoan, tàu chở dầu. Đặc biệt quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu chuẩn phòng nổ và đo môi chất có hằng số điện môi thấp.
• Ngành thực phẩm và đồ uống: Đo mức sữa, nước trái cây, bia, rượu, dầu ăn, đường, bột các loại, ngũ cốc trong silo, bồn trộn, bồn lên men. Yêu cầu cao về vệ sinh (chuẩn EHEDG, 3-A).
• Ngành năng lượng: Đo mức nước trong bao hơi lò hơi (thường dùng GWR), silo chứa than, tro bay.
• Ngành xi măng, khai khoáng: Đo mức clinker, đá vôi, cát, quặng trong silo, phễu.
• Ngành xử lý nước và nước thải: Đo mức trong các bể lắng, bể trộn, bể bùn, kênh dẫn.

Lưu ý quan trọng khi lựa chọn Cảm biến radar đo mức

Việc lựa chọn cảm biến radar đo mức phù hợp đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng nhiều yếu tố:

• Loại môi chất cần đo: Cần xác định chất cần đo là chất lỏng, bột, hạt hay khối rắn, cũng như đặc tính hóa học của chúng như ăn mòn, độc hại, dễ cháy nổ, và đặc tính vật lý như độ nhớt, khả năng tạo bọt hoặc bám dính, vì các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn công nghệ radar phù hợp.
• Đặc tính phản xạ sóng radar: Hằng số điện môi (εr) của vật liệu là yếu tố then chốt quyết định khả năng phản xạ sóng radar. Vật liệu có hằng số điện môi cao, như nước, phản xạ sóng mạnh và dễ đo, trong khi vật liệu có hằng số điện môi thấp, như dầu hoặc hạt nhựa, phản xạ kém và thường cần radar dẫn sóng hoặc radar không tiếp xúc tần số cao như 80GHz.
• Điều kiện vận hành: Các yếu tố nhiệt độ và áp suất làm việc của môi chất cũng như môi trường xung quanh cần được xem xét kỹ lưỡng. Ngoài ra, môi trường có bụi, hơi nước bão hòa hoặc ngưng tụ nhiều cũng có thể ảnh hưởng đến tín hiệu đo, khi đó radar 80GHz và radar dẫn sóng thường hoạt động ổn định hơn.
• Đặc điểm bồn chứa hoặc silo: Hình dạng, kích thước bồn chứa, đặc biệt là các bồn cao, hẹp hoặc có đáy hình nón, sẽ ảnh hưởng đến khả năng đo. Sự xuất hiện của các vật cản bên trong như cánh khuấy, thang, hoặc ống gia nhiệt cũng là yếu tố quan trọng, với radar 80GHz có chùm tia hẹp thường là giải pháp phù hợp cho những bồn chứa nhiều vật cản.
• Vị trí và điều kiện lắp đặt: Vị trí lắp đặt cảm biến cần tránh dòng chảy trực tiếp, đảm bảo khoảng cách thích hợp đến thành bồn và lựa chọn hướng lắp đặt tối ưu. Nozzle quá dài hoặc hẹp có thể gây nhiễu tín hiệu radar, nhưng radar 80GHz ít bị ảnh hưởng hơn. Ngoài ra, cần chú ý đến vùng chết (Dead Zone) dưới antenna cảm biến, đảm bảo mức chất cao nhất không nằm trong khu vực không đo được.
• Yếu tố về an toàn và chứng nhận:
  • Chuẩn phòng nổ (ATEX, IECEx, Exd, Exia): Bắt buộc cho các khu vực nguy hiểm có khí, hơi, bụi dễ cháy nổ.
  • Yêu cầu vệ sinh (EHEDG, 3A): Đối với ngành thực phẩm, dược phẩm, thiết bị phải đáp ứng các tiêu chuẩn về vật liệu an toàn, thiết kế dễ làm sạch (CIP/SIP).

Với những ưu điểm vượt trội về độ chính xác, độ tin cậy và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, cảm biến radar đo mức đang là giải pháp đo lường không thể thiếu cho các nhà máy và doanh nghiệp hiện đại. Việc lựa chọn đúng loại cảm biến sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả quản lý tồn kho và đảm bảo an toàn vận hành.