Cảm Biến Mức Là Gì? Cấu Tạo Và Các Loại Phổ Biến

Trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, việc kiểm soát mức chất lỏng hoặc vật liệu bên trong bồn chứa là yếu tố quan trọng. Để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục và an toàn thì cảm biến mức chính là thiết bị đo lường không thể thiếu. Hãy cùng Nhật An Khang tim hiểu rõ hơn về thiết bị này qua bài viết dưới đây nhé.

Cảm Biến Mức Là Gì?

Cảm biến mức (level sensor hoặc level transmitter) là thiết bị dùng để đo và giám sát mức chất lỏng hoặc chất rắn bên trong bồn chứa, silo hoặc đường ống. Thiết bị này có khả năng phát hiện vị trí của môi chất và chuyển đổi thông tin đó thành tín hiệu điện để truyền về PLC, HMI hoặc hệ thống điều khiển trung tâm.

Trong các chu trình tự động hóa, cảm biến mức đóng vai trò quan sát của hệ thống quản lý lưu chất:

• Giám sát mức tồn chứa: Theo dõi lượng chất lỏng hoặc vật liệu còn lại trong bồn chứa theo thời gian thực.
• Ngăn ngừa tràn hoặc cạn bồn: Cảm biến mức giúp cảnh báo khi mức chất lỏng vượt quá hoặc thấp hơn giới hạn cho phép.
• Tự động hóa quy trình sản xuất: Dữ liệu từ cảm biến được truyền về hệ thống điều khiển để tự động đóng mở bơm, van hoặc thiết bị cấp liệu.

Xem thêm: Thiết Bị Đo Mức Và Quan Sát

Cấu Tạo Của Cảm Biến Mức

Mặc dù có rất nhiều dòng sản phẩm áp dụng các công nghệ đo khác nhau, cấu tạo của một bộ cảm biến mức tiêu chuẩn luôn bao gồm các bộ phận cốt lõi sau:

• Đầu cảm biến: Là bộ phận trực tiếp tiếp xúc hoặc hướng về phía môi chất để ghi nhận sự thay đổi của mực chất lỏng hoặc chất rắn.
• Bộ xử lý tín hiệu: Chứa bo mạch điện tử có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu thô từ đầu cảm biến, tính toán và chuyển đổi thành tín hiệu điện chuẩn công nghiệp.
• Thân cảm biến: Lớp vỏ bọc bên ngoài bảo vệ bo mạch điện tử khỏi các tác động từ môi trường. Thường làm bằng nhựa chịu lực, nhôm đúc hoặc Inox.
• Bộ kết nối điện: Nơi đấu nối dây cáp nguồn và dây truyền tín hiệu từ cảm biến về tủ điều khiển.
• Kết nối cơ khí: Bộ phận dùng để gá lắp cố định cảm biến lên đỉnh hoặc thành bồn chứa. Các kiểu kết nối phổ biến gồm:
  • Ren: Phổ biến nhất, vặn trực tiếp vào lỗ ren trên bồn.
  • Mặt bích: Thích hợp cho bồn chứa áp lực lớn hoặc môi trường cần độ chắc chắn cao.
  • Clamp: Dạng khớp nối nhanh vi sinh, chuyên dùng cho ngành thực phẩm, dược phẩm để dễ tháo lắp vệ sinh.

Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Mức

Tùy theo nhu cầu giám sát của hệ thống, cảm biến mức được thiết kế để vận hành theo hai nguyên lý đo độc lập:

• Đo mức liên tục: Cảm biến liên tục quét và đo đạc khoảng cách từ đầu dò đến bề mặt môi chất, xuất ra tín hiệu analog tuyến tính. Phương pháp này cho biết chính xác bồn chứa đang còn bao nhiêu lít hoặc bao nhiêu mét khối môi chất tại mọi thời điểm.
• Đo mức điểm: Cảm biến chỉ quan tâm đến các vị trí cố định được cài đặt trước. Khi môi chất dâng lên chạm vào đầu cảm biến, thiết bị lập tức đảo trạng thái tiếp điểm điện để kích hoạt dừng hoặc chạy thiết bị ngoại vi ngay lập tức.
• Chuyển đổi tín hiệu về PLC hoặc hệ thống điều khiển: Dù đo liên tục hay đo điểm, các tín hiệu điện ngõ ra. Từ cảm biến đều được dẫn truyền trực tiếp về bộ điều khiển PLC, màn hình HMI hoặc hệ thống SCADA tổng của nhà máy. Tại đây, hệ thống điều khiển sẽ tự động đưa ra các lệnh đóng thiết bị phù hợp theo thuật toán được lập trình sẵn.

Các Loại Cảm Biến Mức Phổ Biến

Cảm Biến Mức Phao (Float Level Switch)

• Đặc điểm: Dòng cảm biến đo mức điện truyền thống, giá thành rẻ, lắp đặt đơn giản.
• Nguyên lý hoạt động: Sử dụng một quả phao rỗng có tích hợp nam châm vĩnh cửu bên trong nổi trên mặt nước. Khi mực nước thay đổi, quả phao di chuyển dọc theo trục cảm biến, lực từ trường từ nam châm sẽ tác động làm đóng hoặc mở tiếp điểm lưỡi gà đặt cố định bên trong trục.
• Ứng dụng: Đo báo cạn hoặc đầy cho bồn nước sinh hoạt, bồn dầu nhỏ, nước thải công nghiệp dạng sạch không bám cặn.

Cảm Biến Mức Điện Dung (Capacitive Level Sensor)

• Đặc điểm: Không có bộ phận chuyển động cơ học nên độ bền rất cao, chịu được môi trường nhiệt độ và áp suất lớn.
• Nguyên lý hoạt động: Thanh dò cảm biến và thành bồn chứa đóng vai trò như hai điện cực của một tụ điện. Khi môi chất dâng lên che khuất thanh dò, hằng số điện môi thay đổi làm giá trị điện dung giữa hai điện cực thay đổi theo. Thiết bị sẽ đo giá trị này để suy ra mức môi chất.
• Ứng dụng: Đo mức nước cho hệ thống nồi hơi, đo mức dầu thủy lực, hóa chất ăn mòn, hoặc chất rắn dạng hạt.

Cảm Biến Mức Siêu Âm (Ultrasonic Level Sensor)

• Đặc điểm: Thuộc dòng đo mức liên tục cao cấp theo phương thức không tiếp xúc, hoạt động tốt trong dải nhiệt độ trung bình.
• Nguyên lý hoạt động: Đầu cảm biến phát ra chùm sóng siêu âm hướng thẳng xuống bề mặt môi chất. Sóng chạm bề mặt và phản xạ ngược lại đầu dò. Thiết bị tính toán thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng để quy đổi ra khoảng cách chính xác dựa trên vận tốc âm thanh.
• Ứng dụng: Đo bồn hóa chất độc hại, axit ăn mòn mạnh, bể gom nước thải công nghiệp.

Cảm Biến Mức Radar (Radar Level Sensor)

• Đặc điểm: Công nghệ đo liên tục không tiếp xúc tiên tiến nhất hiện nay, hoạt động độc lập không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất, bụi mịn hay hơi nước bốc lên.
• Nguyên lý hoạt động: Tương tự như siêu âm nhưng thiết bị phát ra sóng điện từ với tần số cực cao. Sóng radar có khả năng xuyên qua lớp bụi mỏng và sương mù để phản xạ chính xác từ bề mặt môi chất về đầu nhận.
• Ứng dụng: Chuyên dùng đo mức silo xi măng bụi mù mịt, bồn dầu thô, bồn hóa chất kín, trạm hơi có áp lực lớn.

Cảm Biến Mức Thủy Tĩnh (Hydrostatic Level Transmitter)

• Đặc điểm: Dòng cảm biến thả chìm, chuyên dùng đo cho các bể chứa, giếng sâu hoặc bồn chứa hở có chiều cao lớn.
• Nguyên lý hoạt động: Dựa trên nguyên lý áp suất thủy tĩnh. Áp suất chất lỏng tác động lên đáy bồn tỷ lệ thuận với chiều cao của cột chất lỏng đó. Đầu cảm biến thả chìm xuống đáy bể đo áp lực đè lên màng và quy đổi ngược lại ra chiều cao mực nước.
• Ứng dụng: Đo mức nước giếng khoan, bể chứa nước ngầm, hồ chứa nước thải, bồn nước thô có chiều sâu lớn hơn 5m.

Cảm Biến Mức Rung (Tuning Fork Level Switch)

• Đặc điểm: Dòng cảm biến báo mức điểm cực kỳ tin cậy cho cả chất lỏng và chất rắn dạng bột mịn.
• Nguyên lý hoạt động: Đầu cảm biến có dạng một thanh rung hình nĩa được kích hoạt rung liên tục ở một tần số cố định nhờ cơ cấu gốm áp điện bên trong. Khi môi chất dâng lên bao phủ thanh nĩa, tần số rung bị suy giảm đáng kể. Sự thay đổi tần số này được mạch điện tử phát hiện và chuyển đổi thành tín hiệu ngõ ra relay.
• Ứng dụng: Báo đầy hoặc cạn trong các silo chứa bột mì, hạt nhựa, xi măng, hoặc bồn chứa chất lỏng có bọt.

Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của Cảm Biến Mức

Ưu điểm

• Giám sát mức chính xác: Giúp kiểm soát dung tích bồn chứa với độ sai số cực thấp.
• Tự động hóa hệ thống: Cung cấp dữ liệu liên tục cho PLC, giúp vận hành mượt mà các chu trình bơm xả tự động.
• Giảm nhân công vận hành: Thay thế hoàn toàn phương pháp đo thủ công bằng thước dây hay quan sát bằng mắt. Đồng thời loại bỏ rủi ro cho người lao động khi phải leo trèo bồn cao.
• Hoạt động ổn định: Các dòng cảm biến thế hệ mới có kết cấu chống nhiễu, tuổi thọ bo mạch cao.
• Phù hợp nhiều loại môi chất: Đa dạng công nghệ đo giúp đáp ứng tốt từ nước sạch đến các loại lưu chất đặc thù như axit, hóa chất ăn mòn, bùn đặc, vật liệu rời.

Nhược điểm

• Cần lựa chọn đúng công nghệ đo: Mỗi loại môi chất sẽ phù hợp với một công nghệ đo mức khác nhau.
• Một số loại bị ảnh hưởng bởi bọt hoặc hơi nước: Đặc biệt là cảm biến siêu âm trong môi trường có nhiều hơi hoặc bề mặt dao động mạnh.
• Chi phí đầu tư có thể cao với ứng dụng đặc biệt: Các dòng radar hoặc cảm biến dùng cho môi trường nguy hiểm thường có giá thành cao hơn.

Xem thêm: Kính Thủy Lò Hơi Là Gì?

Ứng Dụng Của Cảm Biến Mức

Cảm biến mức phủ sóng ở hầu hết các công đoạn sản xuất, lưu trữ trong công nghiệp:

• Bồn chứa nước: Giám sát mực nước sạch tại các nhà máy cấp nước, tòa nhà thương mại, chung cư.
• Hệ thống xử lý nước thải: Đo mức nước tại các bể thu gom, bể điều hòa, bể tự hoại đầy bùn đất.
• Nhà máy thực phẩm và đồ uống: Đo mức sữa, nước trái cây, bồn chứa bia, nước ngọt .
• Nhà máy hóa chất: Quản lý mức tồn kho axit, bazơ, các dung môi dễ cháy nổ bằng cảm biến phòng nổ.
• Ngành dầu khí: Đo bồn chứa xăng dầu, dầu thô tại các kho cảng đầu mối.
• Ngành xi măng và vật liệu rời: Giám sát mức chứa của các silo xi măng, cát, tro bay, hạt nhựa.
• Hệ thống hơi và lò hơi: Đo và duy trì mực nước trong lò hơi, đảm bảo ống lò luôn ngập nước khi đầu đốt hoạt động. Ngăn chặn thảm họa cạn nước gây nổ lò.

Xem thêm: Kính Quan Sát Là Gì?

Cảm biến mức là giải pháp hiệu quả để giám sát và kiểm soát mức chất lỏng, chất rắn trong các hệ thống công nghiệp. Việc lựa chọn đúng loại cảm biến phù hợp với môi chất và điều kiện vận hành sẽ giúp nâng cao độ chính xác, tăng tính tự động hóa và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định lâu dài. Nhât An Khang mong rằng qua bài viết trên bạn sẽ hiểu rõ hơn và chọn được thiết bị phù hợp cho hệ thống của mình.

Nhật An Khang Đại Lý Phân Phối Van Công Nghiệp Chính Hãng Và Uy Tín

Công ty Nhật An Khang với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực van công nghiệp và các thiết bị đo lường chúng tôi tự hào là một trong những đơn vị cung cấp các giải pháp toàn diện từ tư vấn, hỗ trợ, cung cấp thiết bị một cách chỉnh chu nhất.

Nhật An Khang là nhà phân phối chính hãng của nhiều thương hiệu van công nghiệp nổi tiếng thế giới như YNV, SOY, HELS, AUTOMA, BVALVE,… không chỉ là sản phẩm đa dạng mà còn cung cấp đầy đủ chính hãng CO-CQ, đảm bảo giá cạnh tranh nhất.

Hãy để Công ty Nhật An Khang mang đến sự yên tâm cho bạn. Chúng tôi cam kết về chất lượng sản phẩm. Chúng tôi cũng đảm bảo sự tận tâm từ dịch vụ. Mục đích là để tối ưu nhất cho cơ quan, doanh nghiệp của bạn.

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT NHẬT AN KHANG

• Website chính thức: https://nakvalve.com.vn/
• Hotline: 0906 392 003
• Đ/c: 102/87/3 Lê Văn Thọ, Phường 11, Quận Gò Vấp, TP. HCM