Thiết bị đo mức. Nguyên lý và cấu hình lắp đặt

Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com

















THIẾT BỊ ĐO MỨC
NGUYÊN LÝ-CẤU HÌNH-LẮP ĐẶT-ỨNG
DỤNG






Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com

MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 5
1.1. Khái niệm chung 5
1.2. Các phƣơng pháp đo mức 6
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO MỨC 9
2.1. Đo mức sử dụng cảm biến áp suất 9
2.1.1. Nguyên lý 9
2.1.2. Hƣớng dẫn lắp đặt 13
2.1.3. Điều kiện hoạt động 14
2.1.4. Điều kiện công nghệ 15
2.2. Đo mức sử dụng cảm biến kiểu điện dung 15
2.2.1. Nguyên lý 15
2.2.2. Hƣớng dẫn lắp đặt 18
2.2.3. Điều kiện hoạt động 24
2.2.4. Điều kiện công nghệ 24
2.3. Đo mức sử dụng phao chìm (đo mức kiểu thế chỗ) 24
2.3.1. Nguyên lý 24
2.3.2. Hƣớng dẫn lắp đặt 27
2.3.3. Điều kiện hoạt động 29
2.3.4. Điều kiện công nghệ 29
2.4. Đo mức sử dụng sóng siêu âm 30
2.4.1. Nguyên lý 30
2.4.2. Hƣớng dẫn lắp đặt 31
2.4.3. Điều kiện hoạt động 35
2.4.4. Điều kiện công nghệ 35
2.5. Đo mức sử dụng sóng radar 36
2.5.1. Nguyên lý 36
2.5.2. Các kiểu cảm biến đo mức sử dụng sóng radar và ứng dụng 38

2.5.3. Tầm đo và khoảng cách giới hạn 41
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


2.5.4. Điều kiện đo 41
2.5.5. Hƣớng dẫn lắp đặt 42
2.5.6. Điều kiện hoạt động 44
2.5.7. Điều kiện công nghệ 45
2.6. Đo mức sử dụng phóng xạ 45
2.6.1. Nguyên lý và ứng dụng 45
2.6.2. Hệ thống đo 47
2.6.3. Tính toán tín hiệu đo 49
2.6.4. Giá trị đo, độ nhạy, tầm đo 52
2.6.5. Hƣớng dẫn lắp đặt 54
2.6.6. Điều kiện hoạt động 56
2.6.7. Điều kiện công nghệ 56

Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



1. MỤC ĐÍCH
Tài liệu này biên soạn nhằm mục đích giới thiệu các kiến thức cơ bản về
nguyên lý hoạt động, nguyên lý cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, cách thức lắp đặt, cấu hình,
kiểm tra và cân chỉnh các thiết bị đo mức.
2. PHẠM VI ÁP DỤNG
Tài liệu này áp dụng cho các thiết bị, hệ thống đo mức trong Nhà máy công
nghiệp. Tài liệu này không thay thế cho tài liệu nhà sản xuất, khi cần có thể tham khảo
tài liệu của nhà sản xuất.
3. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lƣờng và điều khiển – Lê Văn Doanh,
Nguyễn Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân – Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật – 2006.
Giáo trình cảm biến – Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật – 2008.
Giáo trình đo lƣờng điện và cảm biến đo lƣờng – Nguyễn Văn Hòa, Bùi
Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồn – Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam – 2009.
Tài liệu của các nhà sản xuất Endress & Hauser, Omega Engineering,
Yokogawa, Magnetrol,…
Website:

Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm chung
Mức là chiều cao điền đầy các chất lỏng hay hạt có tiết diện không thay đổi
trong các thiết bị công nghệ và là tham số cần xác định để kiểm tra chế độ làm việc
của thiết bị, điều khiển các quá trình sản xuất. Mặt khác nhờ đo mức ngƣời ta có thể
xác định đƣợc khối lƣợng chất lỏng trong các bồn, bể chứa, hoặc dùng để phân loại
hay kiểm kê hàng hóa,…Đơn vị đo mức là đơn vị đo chiều dài.
Nhu cầu tự động hóa các hệ thống xử lý, sự nghiêm ngặt của những quy chuẩn
trong điều khiển quá trình, và những yêu cầu ngày càng khắt khe trong môi trƣờng đo
mức khiến cho những hệ thống đo mức phải tin cậy hơn, chính xác hơn. Kết quả đo
chính xác cao hơn làm giảm thiểu những khả năng sai lệch trong quá trình xử lý, nâng
cao chất lƣợng của sản phẩm đầu ra, giảm chi phí.
Đo mức có thể thực hiện đo liên tục hoặc xác định theo ngƣỡng. Đo liên tục là
quá trình đo trong đó tín hiệu đo cho biết thể tích chất lƣu còn lại trong bồn chứa. Khi
đo theo ngƣỡng, cảm biến đƣa ra tín hiệu dƣới dạng nhị phân để phát hiện tình trạng
mức có đạt hay không để điều khiển quá trình làm việc của bồn chứa.
Những tác nhân của quá trình đo lƣờng ảnh hƣởng đến độ chính xác khi đo
mức là áp suất, nhiệt độ, chất ăn mòn, bọt khí, cánh khuấy, môi trƣờng và mức độ độc
hại của hoá chất,… Những tác nhân khi thay đổi về vật liệu ảnh hƣởng đến phép đo
mức là tỷ trọng, thành phần hoá học, vật liệu bám dính và các đặc tính về điện của vật

liệu, …
Theo phạm vi đo ngƣời ta chia thành phạm vi đo rộng và hẹp. Phạm vi đo
rộng (giới hạn từ
0.5 20
m) dùng cho các quá trình kiểm kê hàng hóa, còn phạm vi đo
hẹp (giới hạn từ
0 100
mm hay
0 45
mm) thƣờng dùng trong hệ thống điều khiển tự
động.
Khi công nghệ đo mức phát triển thì dữ liệu từ cảm biến truyền về hệ thống
điều khiển và giám sát phải đƣợc mã hóa ở dạng dữ liệu thích hợp. Trong đó, những
dạng tín hiệu đầu ra hữu dụng là dạng tín hiệu ở dạng mạch vòng (current loops), tín
hiệu tƣơng tự (analog signals) và tín hiệu số (digital signals). Tín hiệu điện áp tƣơng tự
là dạng tín hiệu dễ thiết lập và giải mã, tuy nhiên nó lại dễ bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


ngoại vi. Tín hiệu mạch vòng 4-20 mA là dạng tín hiệu thông dụng ngày nay. Dạng tín
hiệu này có thể truyền ở khoảng cách xa mà ít bị suy hao. Dạng tín hiệu số đƣợc mã
hóa dƣới dạng giao thức bất kỳ (nhƣ Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE,
Profibus hay RS-232) là dạng tín hiệu tốt nhất. Tuy nhiên, đối với những công nghệ cũ
nhƣ RS-232 thì tín hiệu số chỉ có thể đƣợc truyền ở khoảng cách nhất định. Nhờ vào
công nghệ không dây mới phát triển, tín hiệu dƣới dạng số có thể truyền đƣợc ở
khoảng cách xa hơn nhiều mà hầu nhƣ không ảnh hƣởng gì đến chất lƣợng tín hiệu
truyền.
1.2. Các phƣơng pháp đo mức
Hiện nay phép đo mức đƣợc thực hiện trong nhiều lĩnh vực công nghệ theo
những nguyên lý hoạt động khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố nhƣ kích thƣớc và

hình dáng của bồn, nhiệt độ và áp suất hoạt động, và các đặc tính của vật liệu, nhƣng
phổ biến nhất là phép đo mức dùng phao, đo mức dựa vào áp suất thủy tĩnh, đo mức
dùng cảm biến điện dung, đo mức dùng sóng siêu âm, đo mức bằng dùng radar, đo
mức dùng phóng xạ,…
- Đo mức dùng phao
Phao có nguyên lý làm việc rất đơn giản. Phao là một vật nổi đặt trên mặt
nƣớc do trọng lực của chất lỏng và không khí phía trên tác động. Để theo dõi mức độ
dao động của chất lỏng, ta gắn một thiết bị cơ khí với phao. Những hệ thống phao đầu
tiên sử dụng các thiết bị cơ khí nhƣ dây cáp, thƣớc dây, ròng rọc và bánh răng để theo
dõi mức dao động của chất lỏng. Ngày nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng phao từ.
Phƣơng pháp này không giới hạn về mức cao của bồn, độ chính xác không
cao, phí đầu tƣ thấp, giới hạn về mức áp suất làm việc.
- Đo mức dùng áp suất
Có nhiều phƣơng pháp đo mức dùng áp suất nhƣ: đo mức dùng ống thủy, đo
mức bằng phƣơng pháp sủi bọt và đo mức theo nguyên lý chênh áp.
Ống thủy hoạt động dựa trên định luật Archimedes. Ống thủy đƣợc nhúng
trong chất lƣu. Chất lƣu trong ống thủy đậm đặc hơn ở ngoài bình chứa. Khi chất lƣu
trong bình chứa dâng thì chất lƣu trong ống thủy cũng dâng tƣơng ứng. Mức chất lƣu
trong ống thủy thay đổi sẽ tạo ra một áp lực. Kiểm soát sự thay đổi áp lực đó, ta biết
đƣợc sự thay đổi mức chất lƣu trong bình chứa.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


Cảm biến mức kiểu sủi bọt có một ống dẫn khí xuống đáy bình chứa để tạo bọt
khí. Khi khí đƣợc dẫn vào, áp suất trong ống sẽ tăng cho đến khi thắng đƣợc 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.
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
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 tƣơng ứng hoặc ngƣợc lại. Và phao từ tính trong ống phụ cũng dâng lên hoặc hạ
xuống tƣơng 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 đƣợc mức chất lỏng. Thƣớc đo
từ tính chỉ hoạt động đƣợc khi ống phụ đƣợc làm bằng vật liệu không hấp thụ từ tính.
Thƣớc đo từ tính có thể đƣợc 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
Cảm biến mức điện dung hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điện môi
giữa chất lƣu và không khí. Điều kiện cần thiết để áp dụng phƣơng pháp này là hằng
số điện môi của chất lƣu phải lớn hơn hằng số điện môi của không khí, thƣờng là gấp
đôi. Khi mức chất lƣu thay đổi thì hằng số điện môi cũng thay đổi tƣơng ứng.
- Đo mức dùng tia laser
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 đƣợc đặt trên nóc bình chứa phát một tia laser
xuống bề mặt chất lƣu. Tia này bị phản xạ ngƣợc lại tới bộ phát hiện của cảm biến. Đo
thời gian đi của tia sáng và tính toán ra mức của chất lƣu. Lợi thế của tia laser là không
bị phân tán, không bị ảnh hƣởng bởi âm thanh và đƣợc truyền thẳng qua không khí.
Phƣơng pháp đo bằng tia laser có độ chính xác cao, ngay cả trong điều kiện
môi trƣờng hơi nƣớc hay bọt bóng, và có khoảng cách đo lớn. Đây là phƣơng pháp lý
tƣởng trong những bình chứa có nhiều vật cản, có áp suất và nhiệt độ cao.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


- Đo mức dùng sóng siêu âm
Cảm biến mức dùng sóng siêu âm có nguyên lý làm việc nhƣ 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 đƣợc 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 radar
Cảm biến mức radar sử dụng antenna đặt trên nóc bình chứa phát ra những
chùm sóng radar xuống bề mặt chất lƣu. Tính toán khoảng cách từ đầu antenna tới bề
mặt chất lƣu dựa vào thời gian di chuyển của sóng radar từ lúc phát đi tới lúc nhận
đƣợc. Ở phƣơng pháp này, nếu hằng số điện môi của chất lƣu thấp có thể ảnh hƣởng
tới chất lƣợng của kết quả đo, vì lƣợng năng lƣợng sóng phản hồi phụ thuộc vào hằng
số điện môi của chất lƣu. 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 nhƣ sóng siêu âm. 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 nhƣợc điểm này, những thuật toán phức tạp sử dụng logic mờ đƣợc tích hợp
cho bộ phát tín hiệu. Nhƣng nếu nhƣ vậy lại xảy ra một khó khăn khác đó là việc lập
trình trở nên phức tạp và phải thay đổi theo từng môi trƣờng.
Một giải pháp đƣợc 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 lƣu và đƣa tín
hiệu về bộ nhận. Phƣơng pháp này tỏ ra hiệu quả hơn nhiều so với phƣơng pháp trƣớc.
- Đo mức dùng phóng xạ
Đo mức dùng phóng xạ là phƣơng pháp đo không tiếp xúc, lắp bên ngoài bồn
cần đo mức. Phù hợp với môi trƣờng 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.

Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com

CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO MỨC
2.1. Đo mức sử dụng cảm biến áp suất

Hình 2.1.1. Cảm biến đo mức dựa vào áp suất
2.1.1. Nguyên lý
Do khối lƣợng, cột chất lỏng sẽ tạo ra một áp suất tại đáy bồn. Khi mức chất
lỏng càng cao thì áp suất tạo ra bởi cột chất lỏng này càng cao. Ví dụ cột chất lỏng có
chiều cao là h, tỷ trọng chất lỏng là ρ, gia tốc trọng trƣờng là g thì áp suất tạo bởi cột
chất lỏng này là
p g h


. Do đó, nếu chúng ta biết áp suất gây ra bởi cột chất lỏng
và tỷ trọng chất lỏng, chúng ta có thể tính đƣợc chiều cao của cột chất lỏng.
Áp suất gây ra bởi cột chất lỏng sẽ có thay đổi khi chất cần đo bị thay đổi tỷ
trọng. Sự thay đổi của tỷ trọng gây ra là do sự thay đổi nhiệt độ hoặc các thành phần
của lƣu chất cần đo.

- Đo mức trong bồn hở
Lƣu ý, áp suất đo đƣợc ở đáy bồn bao gồm cả áp suất khí quyển lên bề mặt
chất lỏng và áp suất thủy tĩnh gây ra bởi cột chất lỏng. Tuy nhiên, để xác định chiều
cao của cột chất lỏng, ta phải xác định áp suất tƣơng đối (áp suất gây ra bởi cột chất
lỏng), chứ không phải áp suất tuyệt đối.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


Phần tử đo hoạt động theo nguyên lý của một cảm biến đo chênh áp, đƣa ra
giá trị áp suất chênh lệch giữa áp suất tại đáy bồn và áp suất khí quyển, đó chính là áp
suất thủy tĩnh gây ra bởi cột chất lỏng.
Phần tử đo đƣợc cách ly với lƣu chất và bên ngoài bằng hai màng đo. Do đƣợc

bịt kín, nên phần tử đo hoàn toàn không bị ảnh hƣởng bởi sự ngƣng tụ của chất lỏng
hay sự xâm nhập của khí. Áp suất tại đáy bồn tác động lên phần tử đo bằng các
phƣơng tiện (màng ceramic, metallic hay dầu thủy lực, chẳng hạn) mà không gây tổn
hao áp suất.

Hình 2.1.2. Đo mức chất lỏng trong bồn hở
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.1.3. Đo mức chất lỏng trong bồn hở
Một số phần tử đo có tích hợp cảm biến nhiệt độ, để xác định phân bố nhiệt
độ. Từ đó có thể tính toán bù sai số do dao động nhiệt độ.
Giá trị áp suất chênh lệch sẽ đƣợc tính toán, xử lý, chuẩn hóa thành giá trị đo
mức và gửi ra hiển thị trên đồng hồ đo hay gửi về bộ điều khiển.
Vị trí của đồng hồ đo hoặc cảm biến là điểm tới hạn để xác định mức.
- Đo mức trong bồn kín
Có thể xác định áp suất chênh lệch trong bồn kín bằng cách sử dụng hai cảm
biến áp suất. Một cảm biến xác định áp suất ở bề mặt chất lỏng, một cảm biến xác định
áp suất ở đáy bồn. Các giá trị áp suất đo đƣợc từ hai cảm biến sẽ đƣợc gửi đến bộ xử lý
để xác định áp suất chênh lệch và từ đó tính toán ra giá trị đo mức.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.1.4. Đo mức chất lỏng trong bồn kín
Có thể xác định tỷ trọng của chất lỏng trong bồn nếu biết chiều cao cột chất
lỏng và áp suất do cột chất lỏng gây ra.

Hình 2.1.5. Xác định tỷ trọng chất lỏng

- Đo mức kết hợp với việc xác định tỷ trọng
Đo mức kết hợp với việc xác định lại tỷ trọng (khi có thay đổi môi trƣờng chất
lỏng trong bồn) có thể thực hiện đƣợc khi kết hợp với một Limit Switch. Limit Switch
luôn tác động tại một mực chất lỏng cố định. Tại điểm Limit Switch tác động, bộ xử lý
sẽ xác định tỷ trọng đúng của chất lỏng từ áp suất của cột chất lỏng đo đƣợc và khoảng
cách đã biết giữa cảm biến áp suất và Limit Switch. Giá trị tỷ trọng mới của chất lỏng
sẽ đƣợc sử dụng để tính toán giá trị đo mức.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.1.6. Đo mức kết hợp xác định tỷ trọng chất lỏng
2.1.2. Hƣớng dẫn lắp đặt
- Compact version
Luôn lắp đặt thiết bị ở dƣới điểm đo thấp nhất.
Không lắp đặt thiết bị tại các vị trí có màng che kín, tại ngõ ra của bồn hay tại
các vị trí trong bồn mà áp suất bị ảnh hƣởng bởi các thiết bị khác (nhƣ là bơm,
khuấy, ).
Việc hiệu chuẩn, kiểm tra chức năng của thiết bị có thể thực hiện dễ dàng nếu
lắp đặt thiết bị sau một valve khóa.
- Rod and cable version
Khi lắp đặt cảm biến kiểu Rod and cable, đảm bảo đầu dò đƣợc đặt tại vị trí
không bị ảnh hƣởng bởi dòng chảy. Để bảo vệ đầu dò khỏi va đập do chuyển động, lắp
đặt đầu dò trong một ống dẫn plastic, hay cố định bằng thiết bị kẹp.
Chiều dài của cáp và que đầu dò tùy thuộc vào việc lựa chọn điểm zero. Đỉnh
của đầu dò phải ở dƣới điểm zero.
- Thiết bị khác
Màng cách ly
Không sử dụng các vật sắc hay cứng để cầm, treo hay vệ sinh màng cách ly.
Việc lắp đặt màng cách ly không ảnh hƣởng đến kết quả đo nếu không làm thủng và

không đặt một sức nặng nào lên màng của phần tử đo áp suất. Một số cảm biến có
màng cách ly đƣợc bảo vệ khỏi hƣ hỏng cơ học bằng một vỏ plastic.
Làm kín thiết bị
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


Khi lắp đặt thiết bị vào bồn, đặt đệm làm kín vào đúng bề mặt làm kín. Quấn
và làm kín ren bằng cao su non. Khi siết chặt thiết bị, không đƣợc siết quá chặt, sử
dụng công cụ thích hợp, không đƣợc nắm housing của thiết bị vặn.
Làm kín hộp thiết bị, đấu nối
Lƣu ý, không để hộp thiết bị ẩm ƣớt khi lắp đặt đầu dò, kết nối thiết bị với hệ
thống. Luôn vặn chặt vỏ hộp và các đầu cáp. Vòng đệm làm kín của hộp phải đƣợc bôi
mỡ hay silicone làm kín.
Bộ chuyển đổi lắp đặt hộp thiết bị xa điểm đo trên bồn
Nếu không gian lắp đặt hạn chế, hoặc có dao động nhiệt độ mạnh tại thành
bồn, hoặc điều kiện môi trƣờng gần bồn không cho phép, thì có thể gắn housing tách
biệt khỏi điểm đo trên bồn bằng thiết bị thích hợp. Nhà sản xuất cung cấp các thiết bị
chuyển đổi và lắp đặt thích hợp, có thể lắp đặt trên đƣờng ống hay trên tƣờng.


Hình 2.1.7. Lắp đặt thiết bị tách biệt điểm đo
2.1.3. Điều kiện hoạt động
Lƣu ý các điều kiện giới hạn nhiệt độ môi trƣờng, khả năng chống rung, chống
sốc, cấp bảo vệ, tƣơng thích điện từ, bảo vệ quá áp.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


2.1.4. Điều kiện công nghệ
Lƣu ý các điều kiện giới hạn nhiệt độ chất lỏng, áp suất.

2.2. Đo mức sử dụng cảm biến kiểu điện dung

Hình 2.2.1. Cảm biến đo mức kiểu điện dung
2.2.1. Nguyên lý
Đo điện dung là một phép đo lƣợng điện tích lũy trên bản cực của một tụ điện.
Một tụ điện đƣợc chế tạo gồm hai bản cực dẫn điện đƣợc cách ly bằng chất điện môi
(không dẫn điện). Cảm biến kiểu điện dung có thể đƣợc sử dụng để đo mức cũng nhƣ
cảm biến áp suất. Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức kiểu điện dung dựa trên
sự thay đổi điện dung của tụ điện do sự thay đổi mức chất lỏng, rắn trong bồn.
Một điều quan trọng cần xem xét khi sử dụng cảm biến kiểu điện dung là khả
năng dẫn điện của chất lỏng. Cảm biến kiểu điện dung có thể làm việc với cả chất lỏng
dẫn điện và không dẫn 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 bồn
chứa nếu thành bồn làm bằng kim loại. Chất điện môi giữa hai điện cực chính là chất
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng. Việc đo mức
của chất lỏng đƣợc chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi
theo mức chất lỏng trong bồn. Điều kiện áp dụng phƣơng pháp này là hằng số điện
môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thƣờng là
gấp đôi).

Hình 2.2.2. Nguyên lý đo mức bằng cảm biến kiểu điện dung

Có một sự khác biệt đáng kể giữa hằng số điện môi của khí hoặc hơi và hằng
số điện môi của chất lỏng và chất rắn quá trình. Trong phép đo mức liên tục, giá trị
điện dung sẽ tăng khi mức của vật liệu cần đo tăng. Cảm biến nhận ra sự thay đổi về
điện dung khi mức thay đổi và chuyển đổi nó thành tín hiệu tỷ lệ với mức. Từ đó có
thể hiển thị giá trị đo mức.
Trong trƣờng hợp chất lỏng là chất dẫn điện, để tạo tụ điện ngƣời ta dùng một
điện cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp cách điện đóng vai trò chất điện môi
còn chất lỏng đóng vai trò điện cực thứ hai.
Trong nhiều trƣờng hợp mà đòi hỏi cảm biến kiểu điện dung có hai đầu dò.
Bởi vì khoảng cách từ thành bồn đến đầu dò sẽ khác nhau theo độ cao, ngõ ra của cảm
biến sẽ không tuyến tính theo sự thay đổi của mức trong bồn nếu thành bồn đƣợc sử
dụng nhƣ một bản cực của tụ điện. Để đo chính xác, khoảng cách giữa hai bản cực (hai
vật dẫn) của tụ điện phải luôn giống nhau trên toàn dải đo. Có thể sử dụng một cảm
biến mức với hai đầu dò nếu nhƣ thành bình không phải là vật liệu dẫn điện.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.3. Đo mức kiểu điện dung có hai đầu dò
Các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả đo của cảm biến kiểu điện dung là:
• Nhiệt độ tăng làm giảm hằng số điện môi của vật liệu.
• Nếu cấu tạo hoặc kích thƣớc các hạt của vật liệu quá trình thay đổi, hằng số
điện môi cũng bị ảnh hƣởng.
Lƣu ý, những vật liệu khác nhau sẽ có hằng số điện môi khác nhau. Nếu thành
phần của chất cần đo mức thay đổi thì dụng cụ đo phải đƣợc cân chỉnh lại.
Đầu dò điện dung sẽ có dải đo bằng với chiều dài của nó.
Phƣơng pháp này có ƣu điểm là đạt đƣợc độ tuyến tính trong khoảng đo lớn,
dùng đo mức của các chất lỏng dễ bay hơi, dễ nổ và ăn mòn, khoảng đo từ
05
m.

Hình 2.2.4. Nguyên lý đo mức bằng cảm biến kiểu điện dung một đầu dò
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.5. Nguyên lý đo mức bằng cảm biến kiểu điện dung hai đầu dò
Để cân chỉnh thiết bị đo mức kiểu điện dung, đƣa mức chất lỏng về điểm
zero (hoặc gần zero) và tiến hành cân chỉnh mức thấp. Tăng mức chất lỏng lên full
scale (hoặc gần full scale) và cân chỉnh mức cao. Transmitter sẽ tuyến tính hóa giá trị
đo dựa vào các thông số đo đƣợc của 2 điểm này.
2.2.2. Hƣớng dẫn lắp đặt
Khi lắp đặt cảm biến đo mức kiểu điện dung, cần lƣu ý:
Không nên lắp đặt đầu dò ở vị trí bị che chắn trong bồn vì đầu dò có thể không
kết hợp đƣợc với thành bồn để tạo thành hai bản cực.
Khi lắp đặt cảm biến đo mức trong các bồn có khuấy, trộn, phải lƣu ý lắp đặt
thiết bị tại các vị trí an toàn, đảm bảo khoảng cách tối thiểu với thiết bị khuấy.
Khi lắp đặt, không đƣợc để dòng chất lỏng chảy vào hay chất rắn đƣa vào bồn
chứa hƣớng thẳng trực tiếp vào đầu dò.
Phải lƣu ý góc của dòng vật liệu đƣa vào bồn hay ngõ ra của phiễu khi xác
định vị trí gắn đầu dò và chiều dài của đầu dò.
Khi lắp đặt nhiều đầu dò trong một bồn chứa, phải đảm bảo khoảng cách tối
thiểu giữa các đầu dò.
Khi lắp đặt các đầu dò, các khớp nối ren nên càng ngắn càng tốt.
Sự ngƣng tụ hay dƣ lƣợng sản phẩm có thể xảy ra tại khớp nối dài và ảnh hƣởng đến
tính chính xác của đầu dò.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


Trƣờng hợp nhiệt độ trong bồn chứa cao, phải cách ly bề mặt ngoài của bồn

chứa để tránh quá nhiệt thiết bị. Việc cách nhiệt cũng hạn chế tích tụ các chất gần đầu
dò, khớp nối, giảm nguy cơ, sai số.

Hình 2.2.6. Các vị trí lắp đặt
- Hƣớng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rod
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.7. Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rod
• Trƣờng hợp lắp đặt đúng
a. Để phát hiện mức cao nhất, sử dụng cảm biến có khớp nối ren ngắn.
b. Để phát hiện mức thấp nhất, sử dụng cảm biến có khớp nối ren ngắn
c. Nếu có thành bồn có tích tụ một lớp mỏng thì khớp nối đƣợc hàn bên trong.
Đầu dò đƣợc lắp đặt hơi hƣớng xuống để các chất bám trên đầu dò có thể trƣợt
xuống dễ dàng.
• Trƣờng hợp lắp đặt không đúng
d. Khớp nối quá dài, có thể gây tích tụ các chất bên trong và dẫn đến sai số.
e. Việc lắp đặt theo phƣơng ngang dẫn đến nguy cơ tác động sai khi các chất
tích tụ nặng trên thành bồn.
f. Lắp đặt tại vị trí xảy ra tích tụ các chất trong bồn, thiết bị sẽ không phát hiện
khi bồn rỗng.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com


• Lắp đặt trên thành bồn làm bằng xin măng, phải sử dụng một tấm thép đƣợc
nối đất, gắn vào thành bồn để tạo thành một bản điện cực. Lớp cách nhiệt sẽ đƣợc gắn
vào tấm thép và giúp ngăn việc tích tụ các chất tại khớp nối của đầu dò.

Hình 2.2.8. Lắp đặt dầu dò kiểu rod trên thành bồn làm bằng xi măng

• Lắp đặt trên thành bồn làm bằng nhựa, phải sử dụng một tấm thép gắn vào
thành bồn để tạo thành một bản điện cực.

Hình 2.2.9. Lắp đặt dầu dò kiểu rod trên thành bồn làm bằng nhựa
- Hƣớng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rope
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.10. Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rope
• Trƣờng hợp lắp đặt đúng
a. Trƣờng hợp có ngƣng tụ, tích lũy các chất bên dƣới nắp bồn, cảm biến đƣợc
sử dụng có phần độ dài không tích cực.
b. Lắp đặt tại vị trí có khoảng cách thích hợp với thành bồn, ngõ vào và ngõ ra
vật liệu trong bồn. Trƣờng hợp hằng số điện môi thấp, nên lắp đặt gần thành bồn.
• Trƣờng hợp lắp đặt không đúng
c. Lắp đặt quá gần ngõ vào, ngõ ra vật liệu, dòng chảy vật liệu có thể gây hƣ
hỏng đầu dò.
d. Khớp nối quá dài, có thể gây tích tụ các chất bên trong và dẫn đến sai số.
e. Lắp đặt quá gần thành bồn, khi đầu dò dao động qua lại có thể va vào thành
bồn hay dẫn đến sai số do bị ảnh hƣởng bởi các chất tích tụ trên thành bồn.
• Lắp đặt trên thành bồn dẫn điện
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.11. Lắp đặt dầu dò kiểu rope trên thành bồn dẫn điện
• Lắp đặt trên thành bồn làm bằng xin măng

Hình 2.2.12. Lắp đặt dầu dò kiểu rope trên thành bồn xi măng

• Lắp đặt trên thành bồn làm bằng nhựa, phải gắn một điện cực bên ngoài bồn.

Hình 2.2.13. Lắp đặt dầu dò kiểu rope trên thành bồn nhựa
• Lắp đặt housing cách xa đầu dò
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.2.14. Lắp đặt housing tách rời
2.2.3. Điều kiện hoạt động
Lƣu ý các điều kiện giới hạn nhiệt độ môi trƣờng, khả năng chống rung, chống
sốc, cấp bảo vệ, tƣơng thích điện từ.
2.2.4. Điều kiện công nghệ
Lƣu ý các điều kiện giới hạn nhiệt độ, áp suất.

2.3. Đo mức sử dụng phao chìm (đo mức kiểu thế chỗ)

Hình 2.3.1. Cảm biến đo mức kiểu thế chỗ
2.3.1. Nguyên lý
Nguyên lý hoạt động dựa trên lực đẩy Archimedes: khi một vật bị nhúng chìm
vào một chất lỏng thì nó chịu một lực tác động đúng bằng trọng lƣợng của khối chất
lỏng mà nó chiếm chỗ.
Diễn Đàn Bảo Dưỡng công nghiệp VN Vinamain.com



Hình 2.3.2. Nguyên lý cấu tạo cảm biến đo mức kiểu thế chỗ
Cảm biến đo mức kiểu thế chỗ bao gồm một phao hình trụ liên kết với một cơ
cấu truyền lực, gắn bên trong một bình chứa. Thông thƣờng phao hình trụ đƣợc chế tạo
bằng các vật liệu có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng nhúng chìm trong chất lỏng. Tuy nhiên,

tùy vào mức chất lỏng mà phao bị nhúng chìm một phần hay toàn phần, và nó chịu
một lực đẩy đúng bằng trọng lƣợng khối chất lỏng bị chiếm chỗ.
. . .
i
L
F V g D
L


Trong đó, V: thể tích của phao; Li: chiều dài của phao bị nhúng chìm; L: tổng
chìều dài của phao; g: gia tốc trọng trƣờng; D:tỷ trọng của chất lỏng.
Nhìn vào biểu thức ta thấy lực tác dụng lên phao tỷ lệ với phần phao bị
nhúng chìm trong chất lỏng có nghĩa là tỷ lệ với mức chất lỏng trong bồn.
Nhờ vào cơ cấu truyền lực và một mạch cơ/điện tích hợp trong Transmitter
mà lực đẩy này đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu đo và Transmitter có nhiệm vụ
chuyển đổi tín hiệu đo này thành tín hiệu chuẩn tỷ lệ với mức chất lỏng trong bồn để
truyền đi (4-20mA chẳng hạn).
Dải đo của cảm biến sẽ đƣợc xác định bởi chiều dài của phao. Khi mức chất
lỏng thấp hơn phao, không có lực đẩy tác dụng lên phao, chỉ thị mức zero. Khi mức
chất lỏng tăng lên ngập một phần phao, do lực đẩy của chất lỏng lên phao sẽ tăng lên,
chỉ thị sẽ di chuyển trên thang đo tỷ lệ với sự thay đổi của mức chất lỏng. Khi mức
chất lỏng ngập hoàn toàn phao, chỉ thị sẽ chỉ kết quả là 100% thang đo.