Cảm biến đo mức và ứng dụng

Đo mức dùng phao Đo mức dùng áp suất Đo mức dùng phao từ tính Đo mức dùng cảm biến điện dung Đo mức dùng tia laser Đo mức dùng sóng siêu âm Đo mức dùng sóng radar Đo mức dùng phóng xạ Nguyên lý làm việc: đơn giản, phao là một vật nổi đặt trên mặt chất lỏng do trọng lực của chất lỏng và không khí phía trên tác động. Để theo dõi mức độ dao động của chất lỏng gắn một thiết bị cơ khí với phao.

TỔNG QUAN - PHƯƠNG PHÁP ĐO

• Đo mức dùng phao

• Đo mức dùng áp suất

• Đo mức dùng phao từ tính

• Đo mức dùng cảm biến điện dung

• Đo mức dùng tia laser

• Đo mức dùng sóng siêu âm

• Đo mức dùng sóng radar

• Đo mức dùng phóng xạ

ĐO MỨC DÙNG PHAO

Nguyên lý làm việc: đơn giản, phao là một vật nổi đặt trên mặt chất lỏng do trọng lực của chất lỏng và không khí phía trên tác động Để theo dõi mức độ dao động của chất lỏng gắn một thiết

bị cơ khí với phao.

Ưu và nhược điểm: Phương pháp này không giới hạn về mức cao của bồn, độ chính xác không cao, phí đầu tư thấp, giới hạn về mức áp suất làm việc.

ĐO MỨC DÙNG ÁP SUẤT

• Đo mức dùng ống thủy

Nguyên lý làm việc: Ống thủy hoạt động dựa trên định luật Archimedes Ống thủy được nhúng trong chất lưu Chất lưu trong ống thủy đậm đặc hơn ở ngoài bình chứa Khi chất lưu trong bình chứa dâng thì chất lưu trong ống thủy cũng dâng tương ứng Mức chất lưu trong ống thủy thay đổi sẽ tạo ra một áp lực Kiểm soát sự thay đổi

áp lực đó, ta biết được sự thay đổi mức chất lưu trong bình chứa

ĐO MỨC DÙNG ÁP SUẤT

• Đo mức bằng phương pháp sủi bọt

Nguyên lý làm việc: Cảm biến mức kiểu sủi bọt có một ống dẫn khí xuống đáy bình chứa để tạo bọt khí Khi khí được dẫn vào, áp suất trong ống sẽ tăng cho đến khi thắng được áp suất của chất lỏng trong bình Giám sát áp suất trong ống dẫn khí, ta sẽ tính ra mức chất lỏng trong bình chứa

ĐO MỨC DÙNG ÁP SUẤT

• Đo mức theo nguyên lý chênh áp

Nguyên lý làm việc: Cảm biến áp suất vi sai đo mức bằng cách đo độ chênh lệch

áp suất tổng ở đáy bình chứa và áp suất tĩnh hay còn gọi là áp suất của khoảng không khí trong bình chứa để tính ra mức của chất lỏng Loại cảm biến này lấy không khí bên ngoài làm tham chiếu

ĐO MỨC DÙNG PHAO TỪ TÍNH

Nguyên lý làm việc: Một chiếc phao từ tính đặt trong ống phụ gắn thông 2 đầu với bình chứa Do vậy, khi mức chất lỏng trong bình chứa tăng thì mức chất lỏng trong ống phụ cũng sẽ tăng tương ứng hoặc ngược lại Và phao từ tính trong ống phụ cũng dâng lên hoặc hạ xuống tương ứng theo mức chất lỏng trong ống phụ Một con thoi trên màn hình hiển thị chuyển động theo phao từ tính, do vậy ta xác định được mức chất lỏng Thước đo từ tính chỉ hoạt động được khi ống phụ được làm bằng vật liệu không hấp thụ từ tính Thước đo từ tính có thể được sử dụng ở những nơi có nhiệt độ, áp suất cao, hay trong những chất lỏng ăn mòn.

ĐO MỨC DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG

Nguyên lý làm việc: Cảm biến mức

điện dung hoạt động dựa trên sự

khác biệt hằng số điện môi giữa

chất lưu và không khí Điều kiện cần

thiết để áp dụng phương pháp này

là hằng số điện môi của chất lưu

phải lớn hơn hằng số điện môi của

không khí, thường là gấp đôi Khi

mức chất lưu thay đổi thì hằng số

điện môi cũng thay đổi tương ứng

ĐO MỨC DÙNG TIA LASER

Nguyên lý làm việc: Cảm biến mức tia laser có

nguyên lý hoạt động đơn giản, dùng tốc độ của

ánh sáng để xác định mức Cảm biến laser được

đặt trên nóc bình chứa phát một tia laser xuống bề

mặt chất lưu Tia này bị phản xạ ngược lại tới bộ

phát hiện của cảm biến Đo thời gian đi của tia

sáng và tính toán ra mức của chất lưu Lợi thế của

tia laser là không bị phân tán, không bị ảnh hưởng

bởi âm thanh và được truyền thẳng qua không khí

Phương pháp đo bằng tia laser có độ chính xác cao, ngay cả trong điều kiện môi trường hơi nước hay bọt bóng, và có

khoảng cách đo lớn Đây là phương pháp lý tưởng trong những bình chứa có nhiều vật cản, có áp suất và nhiệt độ cao

ĐO MỨC DÙNG SÓNG SIÊU ÂM

Nguyên lý làm việc: Cảm biến mức

dùng sóng siêu âm có nguyên lý

làm việc như cảm biến mức dùng tia

laser, tuy nhiên dùng tốc độ sóng

siêu âm để xác định mức thay vì

dùng tốc độ ánh sáng để xác định

mức Cảm biến mức dùng sóng siêu

âm xác định mức bằng cách đo

khoảng thời gian từ lúc truyền sóng

tới lúc nhận được sóng phản hồi tại

bề mặt vật liệu

Cảm biến mức sóng siêu âm sử dụng sóng

ở dải tần số 10 KHz Tốc độ truyền của sóng phụ thuộc vào loại khí và nhiệt độ của khí bên trong bình chứa

ĐO MỨC DÙNG SÓNG SIÊU ÂM

ĐO MỨC DÙNG SÓNG RADAR

Nguyên lý làm việc: Cảm biến mức radar sử dụng antenna đặt trên nóc bình chứa phát ra những chùm sóng radar xuống bề mặt chất lưu Tính toán khoảng cách từ đầu antenna tới bề mặt chất lưu dựa vào thời gian di chuyển của sóng radar từ lúc phát đi tới lúc nhận được Ở phương pháp này, nếu hằng số điện môi của chất lưu thấp có thể ảnh hưởng tới chất lượng của kết quả đo, vì lượng năng lượng sóng phản hồi phụ thuộc vào hằng số điện môi của chất lưu Nếu hằng số điện môi thấp, sóng radar sẽ bị hấp thụ vào dung dịch hoặc đi xuyên qua Sóng radar cũng bị phân tán giống như sóng siêu âm

ĐO MỨC DÙNG SÓNG RADAR

Nguyên lý làm việc (tt): Thành bình chứa, cặn bám vào antenna, hay các vật cản cũng có thể gây ra tín hiệu sai lệch cho cảm biến Để khắc phục nhược điểm này, những thuật toán phức tạp

sử dụng logic mờ được tích hợp cho bộ phát tín hiệu Nhưng nếu như vậy lại xảy ra một khó khăn khác đó là việc lập trình trở nên phức tạp và phải thay đổi theo từng môi trường Một giải pháp được coi là câu trả lời cho những khó khăn trên đó là một loại cảm biến radar dẫn sóng Một ống dẫn sóng làm bằng vật liệu cứng hay một dây antenna làm thiết bị dẫn sóng radar từ nóc bình chứa xuống bề mặt chất lưu và đưa tín hiệu về bộ nhận Phương pháp này tỏ ra hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp trước

ĐO MỨC DÙNG PHÓNG XẠ

Nguyên lý làm việc: Đo mức dùng phóng xạ là phương pháp đo không tiếp xúc, lắp bên ngoài bồn cần đo mức Phù hợp với môi trường nhiệt độ áp suất cao, vật liệu ăn mòn Tuy nhiên đòi hỏi các yêu cầu về an toàn nghiêm ngặt và giá cực cao, khi sử dụng phải có giấy phép sử dụng, chứng nhận và kiểm tra.

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU KHÁC

Cảm biến độ dẫn: Các cảm biến loại này dùng để

đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện

~ 50μScm-1)Scm-1)

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Sơ đồ cảm biến hình a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn điện Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~ 10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực) Dòng điện chạy qua các điện cực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng

Sơ đồ cảm biến hình b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa bằng kim loại

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Sơ đồ cảm biến hình c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cực ngắn ứng với một mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trong mạch thay đổi mạnh về biên độ

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Cảm biến tụ điện: Khi chất lỏng là chất cách điện,

có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bình chứa nếu thành bình làm bằng kim loại Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Cảm biến tụ điện (tt): Việc đo mức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng trong bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng

số điện môi của không khí (thường là gấp đôi)

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Cảm biến từ giảo: sử dụng vật liệu sắt từ để xác định vị trí của một nam châm dịch chuyển theo chiều dài của nó Thân của chúng được giữ cố định, còn nam châm được gắn với đối tượng cần

đo và dịch chuyển dọc theo thân cảm biến

MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN ĐO CHẤT LƯU

Nguyên lý hoạt động dựa theo tính chất từ giảo của vật liệu sắt từ Ảnh hưởng của từ trường lên những vật liệu này gây ra sự thay đổi về kích thước hoặc hình dạng của chúng Vật liệu thuận từ

nở ra, còn vật liệu nghịch từ co lại khi bị từ hóa Những nguyên tố thường được dùng trong cảm biến từ giảo là các kim loại như sắt, côban, niken…