Nói đến cảm biến mực nước chúng ta thường nghĩ ngay tới công tắc phao cảm biến mực nước. Bởi nó quá quen thuộc khi được sử dụng để đóng ngắt tự động mực nước bồn cho các hộ gia đình. Trong công nghiệp ngoài phao cảm biến mực nước còn có cảm biến mực nước không tiếp xúc, cảm biến mực nước điện dung, rơle cảm biến mực nước, cảm biến mực nước điện dung. Chúng ta cùng tìm hiểu nguyên lý cảm biến mực nước để có sự lựa chọn phù hợp nhất cho từng ứng dụng củ thể.
Contents
- 1 Nguyên lý cảm biến mực nước
- 2 Cảm biến mực nước công nghiệp
Nguyên lý cảm biến mực nước
Khi tôi còn chưa biết nhiều về các thiết bị đo. Khi chọn một cảm biến mức nước thôi thường chọn loại có giá thành thấp nhất vừa đủ để đáp ứng nhu cầu. Đến khi tôi biết nhiều hơn về ngành đo lường tôi cân nhắc giữa giá thành, công nghệ và xuất xứ & thương hiệu của sản phẩm. Để làm được điều đó bạn cần phải biết về nguyên lý cảm biến mực nước để có sự lựa chọn phù hợp nhất.
Cảm biến mực nước không tiếp xúc
Khi bạn hỏi báo giá cảm biến mực nước thì đa phần các công ty sẽ tư vấn và chào giá cho bạn cảm biến mực nuớc siêu âm. Đây là là loại cảm biến mực nước không tiếp xúc được sử dụng phổ biến nhất để đo mức nước bồn, đập chắn nước, sông suối … có khoảng cách từ 20m trở xuống. Cảm biến mực nước không tiếp xúc phù hợp cho các nơi có nhiệt độ thấp, không có suất hoặc áp suất thấp.
Cảm biến mực nước không tiếp xúc ULM-70N sử dụng dựa trên nguyên tắc sóng siêu âm. Một sóng có tần số bằng sóng siêu âm có tần số từ 30Khz cho tới 120Khz. Khoảng cách đo càng ngắn thì tần số phát ra càng cao.
Sóng âm sẽ phản hồi khi gặp chất lỏng. Cảm biến sẽ tính toán thời gian phát sóng cho tới khi nhận lại sóng phản hồi về. Dựa vào công nghệ điện tử sẽ tính toán ra được khoảng cách từ cảm biến cho tới mức nước hoặc khoảng cách từ đáy cho tới mặt nước.
Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm :
- Thang đo từ 0-1m … 0-20m
- Nguổn cấp : 24Vdc loop power
- Sai số 0.15%
- Độ phân giải 1mm
- Góc chiếu 10o
- Nhiệt độ làm việc max 70oC
- Áp suất chịu được cao nhất 1 bar
- Màn hình hiển thị Oled
- Chứng chỉ Atex zone 0 cho khu vực phòng nổ
Ưu điểm của cảm biến mực nước không tiếp xúc :
- Giá thành tương đối thấp đối với cảm biến radar
- Đo không tiếp xúc nên không lo lắng về các loại môi chất bên trong
- Độ chính xác cao
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Cài đặt được khoảng cách đo tuỳ ý trong phạm vi đo của cảm biến
- Được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ứng dụng : nước, nước thải, dầu …
- Hàng có sẵn khá nhiều
- Có hai loại có hiển thị ( ULM-70N ) và không hiển thị ( ULM-53N )
- Nhiều thương hiệu để tham khảo : Endress Hauser, Vega, Dinel …
Nhược điểm của cảm biến mực nước không tiếp xúc :
- Không chịu được nhiệt độ quá 80oC
- Áp suất cao nhất chịu được 1 bar
- Không đo được acid HCL và một số hoá chất khác
- Cần có một kiến thức kỹ thuật nhất định để cài đặt & sử dụng
- Cần phải có một khoảng cách nhất định từ cảm biến tới thành bồn
Cảm biến áp suất nước
Nếu như cảm biến siêu âm đo theo kiểu không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng thì cảm biến áp suất nước lại là phương pháp đo mức tiếp xúc trực tiếp. Đo mức nước bằng áp suất được gọi bằng nhiều tên khác nhau như cảm biến áp suất thuỷ tĩnh, cảm biến áp suất thả chìm, hydrostatic level, pressure level measurement.
Nguyên lý đo của cảm biến áp suất thuỷ tĩnh dựa vào sức nén của bề mặt nước lên đầu cảm biến. Mức nước càng cao thì áp suất càng lớn, chúng ta sẽ dựa vào áp suất để quy đổi sang mức nước cần đo. Theo đơn vị áp suất thì 1 bar = 100 Kpa = 10m nước ( H20 ).
Ưu điểm khi đo mức nước bằng áp suất
- Giá thành tương đối thấp
- Đo chính xác mực nước cần đo
- Dể lắp đặt – chỉ cần thả vào bồn chứa nước
- Không cần cài đặt như các loại cảm biến khác
- Thời gian đáp ứng rất nhanh
- Thiết kế nhỏ gọn
- Không phụ thuộc vào đường kính bồn chứa nước
- Khoảng cách đo có thể lên tới hàng trăm mét
- Dùng được cho nước song, ao hồ, nước thải, bồn chứa nước, nước giếng …
Nhược điểm cảm biến mức nước bằng áp suất
- Không thể cài đặt được nên phải chọn thang đo phù hợp ngay lúc ban đầu
- Chiều dài dây phải phù hợp với thang đo, thông thường chiều dài dây phải lớn hơn thang đo.
- Không dùng được cho bồn kín.
Lưu ý khi chọn cảm biến áp suất thả chìm :
- Một mét nước tương ứng với 0.1 bar nên nếu bạn cần đo 10m nước thì chỉ cần 1 bar là đủ.
- Chiều dài dây của cảm biến phải dài hơn thang đo của cảm biến vì dây này sẽ chìm trong nước.
Cảm biến mực nước điện dung
Cảm biến đo mức nước điện dung hoạt động dựa vào nguyên tắc sự thay đổi giá trị điện dung giữa cảm biến và bồn chứa. Mức nước thay đổi là thay đổi giá trị điện dung, thông qua mạch chuyển đổi của cảm biến sẽ biến giá trị điện dung thành giá trị Analog 4-20mA hoặc 0-10V.
Ưu điểm của cảm biến mức nước điện dung :
- Chịu được nhiệt độ cao, áp suất cao
- Đo được nhiều môi trường chất lỏng khác nhau : nước, dầu, nước cất, nước giải khát, siro …
- Nhiều loại thiết kế khác nhau cho từng môi chất nhất định
- Lắp đặt khá đơn giản, chỉ cần chọn độ dài phù hợp tương ứng với bồn chứa nước.
- Cài đặt khá đơn giản, dể dàng với các vít bên trong cảm biến.
Nhược điểm cảm biến mức nước điện dung :
- Khi lắp đặt thì phải có một khoảng cách nhất định từ thành bồn tới cảm biến & từ cảm biến tới đáy bồn.
- Độ dài của cảm biến không thể cắt được khi đo cho nước và các chất dẩn điện
- Độ chính xác không cao chỉ, sai số 1% trên toàn thang đo.
Cảm biến mực nước điện dung có thể đo được hầu hết các loại chất lỏng trong môi trường có nhiệt độ thấp cho đến cao. Kể cả môi trường áp suất cao cũng có thể đo được một cách chính xác mà không ảnh hưởng tới sai số.
Cảm biến mực nước công nghiệp
Trong các hộ gia đình chúng ta khá quen thuộc với phao mức nước được dùng để đóng ngắt bơm nước một cách tự động. Nhưng trong công nghiệp không ai dùng các phao này để điều khiển bơm. Bởi :
- Nó không được thiết kế dùng cho công nghiệp
- Tuổi thọ ngắn
- Độ tin cậy không cao
- Không thể điều khiển theo mong muốn một cách chính xác
Dù các phao mực nước dùng cho các hộ gia đình có thành chưa tới 100.000VND nhưng trong công nghiệp không ai sử dụng. Một hệ thống bơm công nghiệp có chi phí đầu tư rất lớn nên không ai dám mạo hiểm dùng một thiết bị không đảm bảo độ chính xác & an toàn. Chính vì thế cảm biến mực nước công nghiệp được ra đời phục vụ riêng cho ngành công nghiệp.
Cảm biến mực nước bồn
Trong tất cả các ứng dụng đo mức nước thì cảm biến mực nước bồn được dùng để báo có nước hoặc hết nước được sử dụng nhiều nhất. Mục đích để điều khiển bơm nước vào bồn. Khi nước đầy thì ngắt bơm, khi nước cạn thì khởi động bơm hoạt động.
Quá trình này sẽ diễn ra hoàn toàn tự động khi cảm biến được cài đặt chính xác, mà không cần có sự can thiệp của con người.
Cảm biến mực nước bồn CLS-23N-21
Được thiết kế dùng cho các loại chất lỏng dẫn điện. Vị trí lắp cảm biến chính là vị trí được kích hoạt bơm hoặc ngắt bơm. Khi mức nước dâng tới cảm biến thì cảm biến sẽ xuất ra một tín hiệu để điều khiển bơm.
Cảm biến mực nước bồn hoạt động theo 3 nguyên tắc chính : điện dung, tần số rung, công tắc cơ. Cả ba nguyên lý này khác nhau hoàn toàn nhưng đều cùng chung một chức năng là báo mức nước. Kiểu báo mức nước kiểu tần số được xem là chính xác nhất và có độ nhạy cao nhất. Tất nhiên giá thành cũng cao nhất đối với các loại cảm biến khác.
Chính vì thế mà cảm biến mực nước bồn kiểu điện dung được xem là giải pháp tối ưu khi vừa có độ chính xác vừa có giá thành khá thấp. Chi phí bỏ ra thấp, độ chính xác tương đối nên cảm biến đo mức kiểu điện dung được ưu tiên sử dụng trong hầu hêt các ứng dụng.
Công tắc phao cảm biến mực nước
Phao cảm biến biến mức nước trong công nghiệp có thiết kế hoàn toàn khác biệt đối với phao báo mức nước trong các hộ gia đình. Tại các vị trí của phao thì điểm giới hạn dưới sẽ là hở mạch và điểm giới hạn trên là đóng mạch.
Khi nước dân lên thì phao làm nhiệm vụ đóng mạch. Khi nước hạ xuống thì phao làm nhiệm vụ hở mạch. Thiết kế của quả phao là một quả cầu kim loại, còn thanh chứa quả phao là một nam châm. Quả cầu phao lên xuống theo mực nước làm thay đổi trạng thái đóng hoặc hỡ mạch. Thông qua, cách thiết kế này chúng ta có thể điều khiển bơm đóng hoặc mở tuỳ theo thiết kế của bộ điều khiển.
Cảm biến mức 3 que
Bộ cảm biến mực nước 3 que bao gồm 3 que CNP-18 và CDSU-522-W. Các que điện cực được đánh dấu lần lượt là 1 – 2 – 3. Trong đó , que số 1 được xem là báo mức đầy . Que số 2 là báo mức cạn ; Và que số 3 được xem là mass để đối chiếu với que 1 và 2.
Thông qua bộ điều khiển CDSU-522-W . Các tín hiệu từ CNP-18 sẽ được xuất ra dạng tín hiệu Relay điều khiển bơm. Độ dài của CNP-18 max tối đa là 2m cho que dài nhất. Các que còn lại chúng ta có thể cắt tuỳ ý theo mức nước cần điều khiển.
Như vậy. Để đo mực nước hiệu quả chúng ta cần biết rõ nguyên lý đo của từng loại cảm biến. Sau đó, xem yêu cầu kỹ thuật để chọn loại cảm biến phù hợp. Nếu bạn gặp khó khăn khi phân vân không biết lựa chọn loại cảm biến nào thì. Bạn nên nhờ sự tư vấn kỹ thuật của các kỹ thuật chuyên về đo lường.
Ms.Trần Thị Phương Dung
Mobi : 093727.6566
Mail : ris937610@gmail.com
