Tin tức
Cảm Biến Mức Nước: Phân Loại, Nguyên Lý và Cách Chọn Cảm Biến Phù Hợp
Jun
Trong vận hành nhà máy và quản lý hạ tầng, kiểm soát và giám sát mức chất lỏng là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn, tránh tràn hoặc cạn bể, và duy trì hiệu suất hệ thống. Cảm biến mức nước là thiết bị quan trọng giúp tự động hóa, cảnh báo sớm và tối ưu quy trình. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về cảm biến mức nước – từ nguyên lý hoạt động, phân loại đến những lưu ý khi lựa chọn, hỗ trợ doanh nghiệp ra quyết định đầu tư hiệu quả.
Cảm biến mức nước là gì?
Cảm biến mực nước là một thiết bị theo dõi mực nước trong các bể chứa, thùng chứa và hồ chứa. Các thiết bị này sử dụng các công nghệ khác nhau để đo mực nước chính xác, giúp chúng hữu ích cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Cảm biến mức nước được phân loại theo hai tiêu chí chính: theo phương pháp đo (đo mức liên tục và đo mức điểm) và theo nguyên lý tiếp xúc (tiếp xúc và không tiếp xúc).
Theo phương pháp đo
Cảm biến đo mức liên tục (Continuous Level Sensors)
Loại cảm biến này cung cấp dữ liệu mức nước theo thời gian thực, giúp giám sát và điều khiển quy trình một cách chính xác và hiệu quả. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát mức chất lỏng liên tục như bể chứa, bồn phối trộn,… Các công nghệ phổ biến bao gồm:
- Cảm biến siêu âm
- Cảm biến radar
- Cảm biến điện dung
Cảm biến đo mức điểm (Point Level Sensors)
Loại cảm biến này chỉ phát hiện khi mức nước đạt đến một điểm nhất định – thường là mức cao hoặc mức thấp – để đưa ra cảnh báo hoặc kích hoạt hệ thống bảo vệ. Chúng phù hợp với các ứng dụng như chống tràn, chống cạn hoặc kiểm soát mức tối thiểu/tối đa. Một số ví dụ:
- Công tắc phao
- Đầu dò mức
- Công tắc mức không xâm lấn
Theo nguyên lý tiếp xúc
Cảm biến mức tiếp xúc (Contact Level Sensors)
Đo mức nước thông qua tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Loại cảm biến này thường sử dụng phao cơ học, đầu dò điện cực hoặc cảm biến điện dung để phát hiện mức chất lỏng. Thích hợp cho các ứng dụng không yêu cầu cách ly giữa cảm biến và môi chất.
Cảm biến mức không tiếp xúc (Non-contact Level Sensors)
Đo mức nước mà không tiếp xúc vật lý với chất lỏng, sử dụng các công nghệ như siêu âm, radar hoặc laser. Thích hợp cho các môi trường yêu cầu vệ sinh cao, có chất lỏng ăn mòn, nguy hiểm hoặc không cho phép tiếp xúc trực tiếp.
Phân loại các cảm biến mức và nguyên lý hoạt động của chúng
Nguyên lý chung (dựa trên áp suất)
Một nguyên lý hoạt động của cảm biến mức nước là dựa trên sự thay đổi áp suất khi cảm biến được đặt vào chất lỏng. Khi cảm biến chìm trong nước, nó cảm nhận được trọng lượng của nước đè lên bề mặt của nó. Áp suất này tăng theo độ sâu, do đó, cảm biến cảm nhận áp suất càng lớn khi đi sâu hơn. Cảm biến sử dụng mối quan hệ giữa áp suất và độ sâu để chuyển đổi chỉ số áp suất thành phép đo mức nước thực tế. Áp suất đo được không chỉ từ nước mà còn bao gồm áp suất không khí trên bề mặt. Sau khi đo áp suất này, cảm biến chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Tín hiệu đó được đọc bởi một thiết bị hoặc hệ thống để hiển thị lượng nước trong bồn chứa, bể hoặc hồ chứa. Cảm biến mức là thiết bị được thiết kế để giám sát và đo mức chất lỏng. Khi mức chất lỏng được phát hiện, cảm biến chuyển đổi dữ liệu cảm biến thành tín hiệu điện.
Phân loại theo báo mức
Các cảm biến mức nước có thể được phân loại thành hai nhóm chính: báo mức liên tục và báo mức điểm.
Báo mức liên tục (Continuous Level Measurement)
Cảm biến áp suất (Pressure Sensors / Hydrostatic): Hoạt động bằng cách đo áp suất của cột nước phía trên cảm biến. Áp suất này được chuyển đổi thành chỉ số mức nước. Các cảm biến này thường được nhấn chìm trong nước. Màng chắn linh hoạt của cảm biến chìm uốn cong theo sự thay đổi áp suất và gửi tín hiệu điện. Chúng ổn định với đầu ra được điều chỉnh, nhạy, nhỏ gọn, nhẹ và bền.
Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Liquid Level Sensor): Hoạt động mà không tiếp xúc với chất lỏng. Cảm biến phát ra một xung âm thanh ngắn, tần số cao. Khi sóng âm chạm vào bề mặt nước, nó dội lại về cảm biến. Cảm biến đo thời gian sóng âm mất để quay trở lại. Từ đó, nó tính toán khoảng cách đến bề mặt chất lỏng và suy ra chiều cao chính xác của nước. Loại này không tiếp xúc, làm sạch. Có thể tạo ra phép đo mức điểm hoặc liên tục.
Cảm biến radar (Radar Level Gauge / Radar Level Sensor): Hoạt động tương tự cảm biến siêu âm, nhưng sử dụng sóng radar tần số cao (sóng điện từ) thay vì sóng âm thanh. Cảm biến phát ra một xung radar ngắn. Xung radar truyền qua không khí, chạm vào bề mặt chất lỏng và dội lại về cảm biến. Hệ thống đo thời gian cần thiết để xung quay trở lại và chuyển đổi thành khoảng cách chính xác đến bề mặt chất lỏng, được chuyển đổi thành chỉ số mức nước. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự phản xạ sóng điện từ. Sóng radar tốt hơn trong việc xuyên qua hơi nước, hơi, bụi hoặc khói dày. Chúng được biết đến với độ chính xác cao.
Cảm biến điện dung (Capacitance Liquid Level Sensor): Hoạt động bằng cách sử dụng hai bộ phận kim loại (thanh hoặc tấm) được đặt gần nhau. Chúng là một phần của mạch điện. Khi không có chất lỏng giữa chúng, mạch có một mức điện dung nhất định. Ngay khi nước hoặc chất lỏng khác tiếp xúc với chúng, điện dung thay đổi, và cảm biến nhận biết sự dịch chuyển này. Sự thay đổi điện dung này giúp cảm biến xác định lượng chất lỏng hiện có. Việc nhúng điện cực vào chất lỏng sẽ hoàn thành mạch. Bằng cách làm cho điện cực và thùng chứa có cùng chiều cao, có thể đo điện dung giữa các điện cực; không có điện dung có nghĩa là không có chất lỏng, điện dung đầy đủ biểu thị thùng chứa đầy. Sự thay đổi điện dung này được đo lường để xác định mức.
Báo mức điểm (Point Level Measurement)
Cảm biến phao (Float Water Level Sensor / Float Switches): Là một trong những loại được sử dụng rộng rãi nhất. Hoạt động thông qua một phao từ tính di chuyển lên xuống theo mức nước. Phao được kết nối với một thân cảm biến có chứa một công tắc. Khi phao di chuyển, nó mở hoặc đóng công tắc, tùy thuộc vào vị trí của nước. Chuyển động của phao từ tính tạo ra từ trường, kích hoạt công tắc lưỡi gà (reed switch) được hàn kín khí đặt trong thân cảm biến.
Cảm biến mức dạng âm thoa (Tuning Fork Level Sensor): Được mô tả là một công cụ báo mức điểm chất lỏng. Hoạt động bằng cách sử dụng dao động tự nhiên của một bộ phận kim loại hình nĩa. Nĩa được thiết kế để dao động ở một tần số ổn định khi ở trong không khí. Khi nĩa tiếp xúc với chất lỏng, dao động đó thay đổi (dịch chuyển tần số). Cảm biến phát hiện sự dịch chuyển tần số này để biết liệu có chất lỏng xung quanh nĩa hay không. Rung động của nĩa được tạo ra thông qua sự cộng hưởng của tinh thể áp điện.
Cảm biến mức dạng màng (Diaphragm Liquid Level Sensor / Pneumatic Level Sensor): Hoạt động bằng cách sử dụng áp suất không khí. Bên trong cảm biến có một bề mặt mỏng, linh hoạt gọi là màng chắn (diaphragm). Khi mức nước dâng lên, nó đẩy không khí bị kẹt trong một buồng nhỏ hoặc ống, làm tăng áp suất không khí. Khi áp suất đạt đến một điểm nhất định, nó ấn màng chắn vào bên trong, kích hoạt một công tắc nội bộ nhỏ. Khi mức chất lỏng giảm, áp suất không khí cũng giảm và công tắc mở ra.
Cảm biến quang học (Optical Water Level Sensor): Sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện sự có mặt của nước. Có bộ phát và bộ nhận ánh sáng. Khi ở trong không khí, ánh sáng phản xạ trực tiếp. Khi tiếp xúc với nước, ánh sáng phân tán và thoát ra ngoài chất lỏng. Sự thay đổi nhanh chóng này cho phép cảm biến biết liệu nó khô hay ướt (phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của chất lỏng). Điều này làm cho chúng hữu ích trong các tình huống cần ghi lại nhanh chóng và đáng tin cậy sự thay đổi trạng thái.
Gợi ý các loại Cảm biến mức nước phổ biến ở Valvelink.vn
Tại Valvelink, chúng tôi hiểu rằng mỗi ứng dụng đều có những yêu cầu riêng biệt. Chúng tôi cung cấp đa dạng các giải pháp cảm biến mức nước để đáp ứng mọi nhu cầu của nhà máy và doanh nghiệp:
Cảm biến mức chất lỏng
 |
|
 |
Kính thủy từ báo mức ISEN – Level gauge with switch & transmitter
|
 |
Cảm biến do mức nước lò hơi điện dung Ayvaz
|
 |
|
Cảm biến mức chất lỏng tuyến tính
 |
|
 |
|
 |
Cảm biến mức radar không tiếp xúc Suyi SYRD
|
 |
Cảm biến mức radar sóng dẫn hướng Suyi SYRD
|
Vai trò và tầm quan trọng của cảm biến mức nước
- Giám sát và Tự động hóa: Chúng cho phép giám sát mức nước theo thời gian thực và có thể kết nối với hệ thống điều khiển để tự động hóa các quy trình như làm đầy, thoát nước hoặc bơm.
- An toàn và phòng ngừa Sự cố: Giúp ngăn chặn các vấn đề như tràn bể, máy bơm chạy khô hoặc hết nước. Chúng phát hiện rò rỉ sớm, ngăn ngừa hư hại tài sản do nước gây ra và giảm chi phí sửa chữa.
- Hiệu quả: Tích hợp cảm biến giúp tối ưu hóa quy trình, đảm bảo chỉ sử dụng nước và năng lượng khi cần thiết, từ đó tiết kiệm tài nguyên và giảm chi phí.
- Độ tin cậy và Độ bền: Nhiều loại cảm biến không có bộ phận chuyển động, giúp chúng bền bỉ, ít hao mòn và cần ít bảo trì. Chúng cung cấp các phép đo chính xác và đáng tin cậy.
- Tiện lợi: Hầu hết các mẫu dễ lắp đặt, yêu cầu thiết lập và bảo trì tối thiểu. Kích thước nhỏ gọn cho phép sử dụng ở những nơi chật hẹp
Ứng dụng của cảm biến mức nước
Phạm vi ứng dụng của cảm biến mức nước là vô cùng rộng rãi trong mọi ngành công nghiệp:
- Bể nước sinh hoạt, bể nước PCCC trong các tòa nhà, nhà máy.
- Giếng khoan, trạm bơm, hệ thống cấp nước thành phố.
- Bể chứa nước thải, hố thu gom nước mưa và nước thải công nghiệp.
- Bồn chứa hóa chất (axit, bazơ, dung môi), thực phẩm (sữa, bia, nước giải khát), dược phẩm.
- Tháp giải nhiệt, nồi hơi, và các hệ thống xử lý công nghiệp khác.
Lưu ý khi lựa chọn Cảm biến mức nước
Việc lựa chọn cảm biến mức nước cần dựa trên đặc điểm ứng dụng cụ thể để đảm bảo hiệu quả đo lường, độ chính xác và độ bền thiết bị. Dưới đây là các yếu tố kỹ thuật quan trọng cần xem xét:
- Loại chất lỏng: Nước sạch cho phép sử dụng nhiều loại cảm biến phổ thông. Trong khi đó, với chất lỏng chứa tạp chất, hóa chất ăn mòn hoặc có độ nhớt cao, cần ưu tiên các cảm biến có khả năng chống ăn mòn, không bị ảnh hưởng bởi cặn, bọt hoặc chất rắn lơ lửng.
- Kích thước và hình dạng bể chứa: Cảm biến radar hoặc siêu âm thích hợp cho các bể lớn, sâu hoặc khó tiếp cận do khả năng đo không tiếp xúc và tầm đo xa. Với bể nhỏ hoặc không gian hạn chế, cảm biến phao, điện dung hoặc quang học là lựa chọn kinh tế và hiệu quả.
- Tần suất đo và yêu cầu giám sát: Ứng dụng cần giám sát liên tục nên sử dụng cảm biến có khả năng đo thời gian thực hoặc tích hợp truyền tín hiệu tự động. Nếu chỉ cần kiểm tra mức định kỳ, các thiết bị đơn giản, đọc thủ công cũng có thể đáp ứng.
- Tích hợp hệ thống điều khiển: Cảm biến có đầu ra tín hiệu điện hoặc kỹ thuật số cho phép kết nối với hệ thống điều khiển tự động (PLC, SCADA), hỗ trợ bật/tắt bơm, cảnh báo mức, tiết kiệm công sức vận hành. Cảm biến không có đầu ra chỉ thích hợp cho việc quan sát tại chỗ.
- Chi phí đầu tư và độ bền thiết bị: Các cảm biến sử dụng công nghệ cao thường có giá thành cao hơn nhưng mang lại độ chính xác, tuổi thọ và độ ổn định vượt trội, đặc biệt trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Cân nhắc giữa chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo trì/lỗi thiết bị trong dài hạn.
- Điều kiện môi trường làm việc: Các yếu tố như nhiệt độ cao, hơi nước, bụi bẩn, áp suất hoặc bọt bề mặt có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến. Lựa chọn cảm biến phù hợp với điều kiện thực tế giúp tránh lỗi đo và tăng tuổi thọ thiết bị.
- Yêu cầu lắp đặt và tích hợp: Cần xem xét vị trí lắp đặt (trên đỉnh, bên hông, đáy bể), vật liệu cảm biến có phù hợp với chất lỏng hay không, khả năng chống ăn mòn, cũng như giao diện truyền thông (analog, relay, Modbus, v.v.) để dễ tích hợp vào hệ thống hiện tại.
Cảm biến mức nước là một thành phần không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại, đóng vai trò then chốt trong việc tự động hóa, đảm bảo an toàn và quản lý tài nguyên hiệu quả. Sự đa dạng về công nghệ, từ phao cơ đơn giản đến radar cao cấp, mang đến nhiều lựa chọn nhưng cũng đòi hỏi sự am hiểu để đưa ra quyết định đúng đắn.
Việc hiểu rõ chức năng, môi trường đo, cấu trúc bồn chứa và các yếu tố khác như đã phân tích là chìa khóa để lựa chọn được giải pháp cảm biến mức nước tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp.
Nếu bạn cần tư vấn chuyên sâu hơn để lựa chọn loại cảm biến phù hợp nhất cho ứng dụng của mình, đừng ngần ngại liên hệ với đội ngũ kỹ sư của Valvelink để nhận được sự hỗ trợ chuyên nghiệp và nhanh chóng.
