Bài tiểu luận dụng cụ đo 9.5 điểm (THIẾT BỊ ĐO MỨC CHẤT LỎNG)

GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
-------------------------------------TÌM HIỂU: DỤNG CỤ ĐO MỨC CHẤT LỎNG

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Minh Việt

Tên sinh viên

:Nguyễn Văn Nam

MSV

:107414.....

Lớp

: ĐH Hóa 2 – K...

Hà Nội _ 2016


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..........................................................................................5
1.1. Khái niệm chung.................................................................................................5
1.2. Các phương pháp đo mức....................................................................................6
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC..........................................................10
2.1. Đo mức sử dụng cảm biến áp suất.....................................................................10
2.1.1. Nguyên lý...................................................................................................10
2.1.2. Hướng dẫn lắp đặt......................................................................................14
2.1.3. Điều kiện hoạt động...................................................................................15
2.1.4. Điều kiện công nghệ...................................................................................16
2.2. Đo mức sử dụng cảm biến kiểu điện dung.........................................................16
2.2.1. Nguyên lý...................................................................................................16
2.2.2. Hướng dẫn lắp đặt......................................................................................19
2.2.3. Điều kiện hoạt động...................................................................................25
2.2.4. Điều kiện công nghệ...................................................................................25
2.3. Đo mức sử dụng phao chìm (đo mức kiểu thế chỗ)...........................................25
2.3.1. Nguyên lý...................................................................................................25
2.3.2. Hƣớng dẫn lắp đặt......................................................................................28
2.3.3. Điều kiện hoạt động...................................................................................30
2.3.4. Điều kiện công nghệ...................................................................................30
2.4. Đo mức sử dụng sóng siêu âm...........................................................................31

2.4.1. Nguyên lý...................................................................................................31
2.4.2. Hƣớng dẫn lắp đặt......................................................................................32
2.4.3. Điều kiện hoạt động...................................................................................36
2.4.4. Điều kiện công nghệ...................................................................................36
2.5. Đo mức sử dụng sóng radar...............................................................................37
2.5.1. Nguyên lý...................................................................................................37


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

2.5.2. Các kiểu cảm biến đo mức sử dụng sóng radar và ứng dụng......................39
2.5.3. Tầm đo và khoảng cách giới hạn................................................................42
2.5.4. Điều kiện đo...............................................................................................42
2.5.5. Hƣớng dẫn lắp đặt......................................................................................43
2.5.6. Điều kiện hoạt động...................................................................................46
2.5.7. Điều kiện công nghệ...................................................................................46
2.6. Đo mức sử dụng phóng xạ.....................................................................................47
2.6.1. Nguyên lý và ứng dụng..............................................................................47
2.6.2. Hệ thống đo................................................................................................49
2.6.3. Tính toán tín hiệu đo...................................................................................51
2.6.4. Giá trị đo, độ nhạy, tầm đo.........................................................................54
2.6.5. Hƣớng dẫn lắp đặt......................................................................................56
2.6.6. Điều kiện hoạt động...................................................................................58
2.6.7. Điều kiện công nghệ...................................................................................58


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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.

CHƯƠNG 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 ngưỡng. Đo liên tục là
quá trình đo trong đó tín hiệu đo cho biết thể tích chất lƣu còn lại trong bồn chứa. Khi


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

đo theo ngưỡng, 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 lường ảnh hưởng 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20m) 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 được 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 tương tự (analog signals) và tín hiệu số (digital signals). Tín hiệu điện áp tương tự
là dạng tín hiệu dễ thiết lập và giải mã, tuy nhiên nó lại dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố
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 được mã
hóa dưới 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
như RS-232 thì tín hiệu số chỉ có thể được truyền ở khoảng cách nhất định. Nhờ vào
công nghệ không dây mới phát triển, tín hiệu dưới dạng số có thể truyền được ở
khoảng cách xa hơn nhiều mà hầu như không ảnh hưởng gì đến chất lượng tín hiệu
truyền.
1.2. Các phương pháp đo mức
Hiện nay phép đo mức được thực hiện trong nhiều lĩnh vực công nghệ theo
những nguyên lý hoạt động khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước và
hình dáng của bồn, nhiệt độ và áp suất hoạt động, và các đặc tính của vật liệu, nhưng
phổ biến nhất là phép đo mức dùng phao, đo mức dựa vào áp suất thủy tĩnh, đo mức

GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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 như 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.
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
Có nhiều phương pháp đo mức dùng áp suất như: đo mức dùng ống thủy, đo
mức bằng phương pháp sủi bọt và đo mức theo nguyên lý chênh áp.
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 tƣơng 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.
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 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.
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


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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.
Thƣớc 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
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, thƣờng là gấp đôi.
Khi mức chất lưu thay đổi thì hằng số điện môi cũng thay đổi tương 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 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
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 radar


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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 lƣu thấp có thể ảnh hưởng
tới chất lượng của kết quả đo, vì lượng năng lƣợng 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. 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 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 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 lƣu 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
Đo mức dùng phóng xạ là phương 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.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG 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 lượng, 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 lưu chất cần đo.

- Đo mức trong bồn hở
Lƣu ý, áp suất đo được 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

GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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.
Phần tử đo hoạt động theo nguyên lý của một cảm biến đo chênh áp, đưa 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 được cách ly với lưu chất và bên ngoài bằng hai màng đo. Do đƣợc
bịt kín, nên phần tử đo hoàn toàn không bị ảnh hưởng 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
phương tiện (màng ceramic, metallic hay dầu thủy lực, chẳng hạn) mà không gây tổn
hao áp suất.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.1.2. Đo mức chất lỏng trong bồn hở

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 được 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 được gửi đến bộ xử
lý để xác định áp suất chênh lệch và từ đó tính toán ra giá trị đo mức.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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 trường chất
lỏng trong bồn) có thể thực hiện được 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 được và khoảng
cách đã biết giữa cảm biến áp suất và Limit Switch. Giá trị tỷ trọng mới của chất lỏng
sẽ được sử dụng để tính toán giá trị đo mức.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.1.6. Đo mức kết hợp xác định tỷ trọng chất lỏng
2.1.2. Hướng dẫn lắp đặt

- Compact version
Luôn lắp đặt thiết bị ở dưới 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 hởng bởi các thiết bị khác (nhờ 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 được đặt tại vị trí
không bị ảnh hưởng 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 hưởng 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 được bảo vệ khỏi hư hỏng cơ học bằng một vỏ plastic.
Làm kín thiết bị


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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 được siết quá chặt, sử
dụng công cụ thích hợp, không được nắm housing của thiết bị vặn.
Làm kín hộp thiết bị, đấu nối
Lƣu ý, không để hộp thiết bị ẩm ướt 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 được 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 trường 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 đường ống hay trên tường.

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 trường, khả năng chống rung, chống
sốc, cấp bảo vệ, tương thích điện từ, bảo vệ quá áp.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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 lượng điện tích lũy trên bản cực của một tụ điện.
Một tụ điện được chế tạo gồm hai bản cực dẫn điện được cách ly bằng chất điện môi
(không dẫn điện). Cảm biến kiểu điện dung có thể được sử dụng để đo mức cũng như
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


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

chứa nếu thành bồn 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. Việc đo mức
của chất lỏng được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo
mức chất lỏng trong bồn. Điều kiện áp dụng phương pháp này là hằng số điện môi của
chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí (thường 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 trường hợp chất lỏng là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người 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 trường 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 được sử
dụng như 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 như thành bình không phải là vật liệu dẫn điện.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.2.3. Đo mức kiểu điện dung có hai đầu dò Các
yếu tố ảnh hưởng 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 thước các hạt của vật liệu quá trình thay đổi, hằng

số điện môi cũng bị ảnh hƣởng.
Lưu 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 được cân chỉnh lại.
Đầu dò điện dung sẽ có dải đo bằng với chiều dài của nó.
Phƣơng pháp này có ưu 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 0 5 m.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.2.4. Nguyên lý đo mức bằng cảm biến kiểu điện dung một đầu dò

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, đưa 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 được của 2 điểm này.
2.2.2. Hướng 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 được 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 được để dòng chất lỏng chảy vào hay chất rắn đưa vào bồn
chứa hướng thẳng trực tiếp vào đầu dò.
Phải lƣu ý góc của dòng vật liệu đưa 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 ngưng tụ
hay dư lượng sản phẩm có thể xảy ra tại khớp nối dài và ảnh hưởng đến tính chính xác
của đầu dò.


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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
- Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rod


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.2.7. Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rod
• Trường 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 được hàn bên trong.
Đầu dò được lắp đặt hơi hướng xuống để các chất bám trên đầu dò có thể trượt
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 phương 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

GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

khi bồn rỗng.
• 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
- Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rope


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.2.10. Hướng dẫn lắp đặt đối với đầu dò kiểu rope
• Trường hợp lắp đặt đúng
a. Trường hợp có ngưng tụ, tích lũy các chất bên dưới nắp bồn, cảm biến được
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. Trường hợp hằng số điện môi thấp, nên lắp đặt gần thành bồn.
• Trường hợp lắp đặt không đúng
c. Lắp đặt quá gần ngõ vào, ngõ ra vật liệu, dòng chảy vật liệu có thể gây hư

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 hưởng bởi các chất tích tụ trên thành bồn.
• Lắp đặt trên thành bồn dẫn điện


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

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


GVHD : Nguyễn Minh Việt

SV : Nguyễn Văn Nam

Hình 2.2.14. Lắp đặt housing tách rời
2.2.3. Điều kiện hoạt động
Lưu ý các điều kiện giới hạn nhiệt độ môi trường, 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 lượng của khối chất
lỏng mà nó chiếm chỗ.