Tìm hiểu và thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng

NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1 – K11 - ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
MÔN : ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
ĐỀ TÀI:

Tìm hiểu và thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai
trong hệ thống sản xuất chất lỏng .

Giáo viên hướng dẫn :

TH.S HÀ VĂN PHƯƠNG

Trang 1


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Trang 2


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trên con đường công nghiệp hóa – hiện đại hóa,việc áp dụng tự động
hóa vào dây chuyền sản xuất là việc làm quan trọng và hàng đầu của ngành khoa học –
kĩ thuật hiện nay.
Đối với các ngành công nghiệp nói chung, và các ngành sản xuất chất lỏng đóng chai
cần độ chính xác rất cao và phức tạp.Việc áp dụng tự động hóa vào tính toán và hoạt
động là một bài toán khó và thú vị.
Nhận thức được điều này nhóm chúng em đã quyết định tìm hiểu về đề tài “Thực

hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng”.Sau khi học xong
môn Cảm biến đo lường cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo: Hà Văn Phương đã
giúp chúng em đã hoàn thành đề tài .
Việc tìm hiểu về đề tài đã giúp các thành viên trong nhóm hiểu thêm về quy trình rót
chất lỏng vào chai theo các tỉ lệ khác nhau và việc sử dụng các thiết bị sử dụng trong
dây chuyền công nghệ.
Trong quá trình tìm hiểu và đưa ra các phương pháp nhóm chúng em không tránh
khỏi sai sót. Mong thầy, cô giáo và bạn đọc thông cảm và đưa ra các ý kiến đóng góp
để đề tài của nhóm chúng em hoàn thiện tốt hơn.
Chúng em những người thực hiện xin chân thành cảm ơn !

Trang 3


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Tìm hiểu tổng quan về các hệ thống rót chất lỏng vào chai.
Tính toán lựa chọn các loại cảm biến.
Cấu tạo, chức năng, cách hoạt động của các loại cảm biến.
Sơ đồ vị trí lắp ráp cảm biến.
Sơ đồ lắp đặt dây chuyền.

Một số thông số cơ bản của các loại cảm biến.
Nhận xét đánh giá về dây chuyền.

Trang 4


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Chương 1: Tổng quan về hệ thống
Hệ thống bao gồm: Dây chuyền băng tải, tủ điện điều khiển tắt mở hệ thống,bồn
chiết xuất,bồn trộn, bồn chứa chất lỏng , máy rót chất lỏng vào chai trên băng tải

Nguyên lý vận hành hệ thống
Khi ấn nút START trong tủ điều khiển hệ thống bắt đầu vận hành. Chất lỏng trong bồn
chiết xuất sẽ được bơm sang bồn trộn theo tỉ lệ đã định sẵn rồi được chuyển sang bồn
chứa. Sau khi qua bồn chứa chất lỏng sẽ đi vào hệ thống van chiết rót
Chất lỏng trong van chiết rót sẽ đi qua máy bơm chất lỏng bơm vào các chai trên băng
tải. Lượng chất lỏng được bơm vào chai theo tỉ lệ cài định sẵn. Sau khi chất lỏng được
đưa vào chai sẽ chuyển sang khâu vặn nắp chai và dán nhãn sản phẩm.
Khi ấn nút STOP trong tủ điều khiển hệ thống sẽ dừng lại .
Ở đây chúng em tập trung vào khâu “ rót chất lỏng vào chai theo thể tích đã định
sẵn ”

Trang 5


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Chương 2: Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống
2.1 Hệ thống băng tải

Băng tải được hiểu một cách đơn giản là một thiết bị vận chuyển các đồ vật nhẹ
như thùng carton, hộp giấy, túi, … và vận chuyển một lượng lớn vật nặng như thực
phẩm, các linh kiện điện tử,… từ nơi này đến nơi khác, từ điểm A đến điểm B.
Băng tải là một sự sáng tạo đặc biệt mang tính ứng dụng rất cao. Thay vì vận chuyển
bằng sức người vừa tốn thời gian lại vừa tốn kém chi phí nhân công lại tạo khung cảnh
lộn xộn cho nơi làm việc. Hiểu được điều đó, nên hiện nay băng tải đang được ứng
dụng rất nhiều trong đời sống công nghiệp hiện đại. Ứng dụng công nghệ băng
tải vào sản xuất đã giúp tiết kiệm được rất nhiều thời, công sức, tiền của cho nhà sản
xuất.

Bộ con lăn, bộ truyền lực chủ động.
- Động cơ giảm tốc cho trục vít và một bộ điều khiển kiểm soát tốc độ.
- Hệ thống khung đỡ cho con lăn.
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn.
• Các loại băng tải:
- Băng tải cao su: lắp đặt dễ dàng
- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng
- Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng
tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.
- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa ở những độ cao khác nhau.
- Băng tải xoắn ốc
- Băng tải linh hoạt
- Băng tải rung
•

Băng tải có rất nhiều hình dạng, chức năng và ứng dụng khác nhau, cho nên bạn
hãy cân nhắc lựa chọn cho mình loại băng tải phù hợp nhất với mục đích sử
dụng. Phù hợp với chức năng của từng loại băng tải để băng tải có thể phát huy
Trang 6

NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

hết chức năng của mình phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hóa. Đồng thời,
bạn sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí và tăng năng xuất cho công việc.
2.2 Van chiết rót

Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào
trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được
điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách
chính xác.
Máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng thường được áp dụng cho những trường hợp
yêu cầu năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh thực phẩm. Tùy theo
tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính,
các cơ cấu rót.
Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng đựơc áp dụng
cho nước giải khát, nuớc trái cây, bia, rượu, nước giải khát có ga, sữa, mứt, các loại
dung dịch thực phẩm cô đặc, v.v..
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
•

Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ
bình định mức trước khi rót vào chai.

•

Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức
lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai có bằng

nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng đựoc chiết tới khi
ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác không cao,
tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.

•

Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong
khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không đổi.
phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, không yêu cầu độ
chính xác định lượng.
Trang 7


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Trong ba phương pháp định lượng cơ bản: theo bình định mức, định lượng theo mức
và định lượng theo thời gian chảy thì phổ biến nhất đối với sản phẩm lỏng là hai
phương pháp đầu.
Có 3 phương pháp chiết sản phẩm:
•

Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh
lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt.

•

Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất
lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai. Lượng
chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù trừ hoặc
chiết đầy chai.

•

Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm
có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển
nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng. Với phương pháp rót đẳng áp
thông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng
áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ
chênh lệch độ cao.
Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót được bố
trí chiết cho 1 chai. Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc
(máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy
chiết bàn quay)
CÁC CƠ CẤU CỦA MÁY CHIẾT RÓT
 Cơ cấu rót kiểu van

Cơ cấu rót kiểu van là một trong các cơ cấu đơn giản nhất, nó gồm có bình lường có
chia vạch, van ba ngã, ống thông hơi có thể dịch chuyển lên xuống được, ống nối để
nạp đầy bình lường và ống để rót thể tích đã đinh lượng vào bao bì chứa.
Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới của ống
thông

.
Trang 8


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Cơ cấu rót kiểu van
Ở vị trí nạp, nút van ba ngã xoay nối ống dẫn chất lỏng trong bình chứa chảy vào bình

lường, đẩy không khí trong bình ra qua ống thông hơi. Khi đầu dưới của ống ngập
dưới mực chất lỏng thì không khí không thoát ra được nữa, chất lỏng dâng lên cao hơn
miệng ống một đoạn nhỏ, rồi dừng lại. Khoảng dâng cao hơn miệng ống thông hơi phụ
thuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng chứa. Khi đó áp suất không khí trong bình bị
nén tới áp suất bằng với áp suất chất lỏng có độ sâu tính từ mặt thoáng trong thùng
chứa và mặt thoáng trong bình lường, chất lỏng không chảy vào bình lường được nũa.
Chất lỏng trong ống thông hơi sẽ dâng lên và theo quy tắc bình thông nhau đến bằng
mực chất lỏng ở trong thùng chứa.
Ðể tháo chất lỏng vào bao bì chứa, xoay van ba ngã tới vị trí tháo. Chất lỏng trong
bình định lượng sẽ theo ống dẫn chảy xuống bao bì chứa bên dưới.
Thể tích chất lỏng trong bình có thể điều chỉnh bằng cách nâng hoặc hạ ống thông hơi
xuống.Tùy theo cách quay van mà những máy dùng cơ cấu rót này thuộc loại quay tay,
bán tự động và tự động. Chất lỏng chảy ra càng nhanh thì năng suất máy càng lớn

 Cơ cấu rót tới định mức

Cơ cấu rót tới mức định trước: giai đoạn chuẩn bị, đang rót và hoàn tất rót
 Cơ cấu rót có bình lường và van trượt

Cơ cấu rót có bình lường và van trượt được dùng trong ngành sữa, rượu, rượu vang, và
trong nhiều lãnh vực công nghiêp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực phẩm lỏng ít
nhớt.0
Trong thùng rót có bình lường, đáy bình vặn chặt với van trượt. Phần bên trên của van
trượt rỗng còn phần bên dưới đặc. Bên phần rỗng của van trượt có lỗ. Van trượt di
Trang 9


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

chuyển lên xuống được bên trong một ống lót lắp cố định dưới đáy thùng. Ống lót có

lỗ nối với ống dẫn sản phẩm vào bao bì.
Một lò xo lắp ở đáy bình chứa luôn luôn giữ cho van trượt ở vị trí thấp nhất. Khi đó
miệng của bình lường nằm bên dưới mặt thoáng chât lỏng trong bình chứa. Khi nâng
van trượt lên một khoảng (chu kỳ rót) thì bình lường chứa chất lỏng được đưa lên cao
hơn mặt thoáng trong bình chứa, đồng thời xảy ra sự trùng khít các lỗ của van trượt và
ống lót, nhờ đó chất lỏng ở trong bình lường chảy vào vào bao bì chứa. Sau khi chảy
hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống, chất lỏng lại chảy vào đầy bình lường và
chu trình làm việc sẽ lặp lại.
Lượng chất lỏng chảy vào trong bao bì bằng thể tích của bình lường, do đó khi cần
thay đổi định lượng phải thay đổi bình lường khác có thể tích thích hợp.

Cơ cấu rót chính xác có bình lường-van trượt
 Cơ cấu rót đẳng áp để rót chất lỏng có nạp khí

Trang 10


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Ðể tránh tổn thất khi rót chất lỏng có nạp ga CO2 người ta sử dụng loại cơ cấu rót đẳng
áp. Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:
•

Nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất của chất lỏng đã nạp khí;

•

Mở lỗ nạp chất lỏng;

•

Chất lỏng chảy vào bao bì chứa không có chênh lệch áp suất mặt thoáng, chỉ
chảy nhờ chênh lệch cột áp;

•

Nạp vào đầy bao bì đến mức chất lỏng đã định trước hoặc theo thời gian (thông
thường thì không có thiết bị định lượng );

•

Đóng lỗ nạp chất lỏng.
Với quy trình nạp như vậy, sản phẩm trong chai còn giữ được hàm lượng khí CO 2 cần
thiết. Thông thường quá trình rót đẳng áp được tiến hành ở nhiệt độ thấp để giảm thiểu
sự thoát CO2 ra khỏi sản phẩm lỏng.
 Cơ cấu rót chân không

Trong cơ cấu rót chân không hiện nay dùng van bi hoặc van trượt. Trong thân của cơ
cấu rót có hai rãnh. Một trong hai rãnh đó được nối với bơm chân không, rãnh còn lại
nối với bình chứa sản phẩm.
Ở vị trí đóng, van trượt (hoặc van bi) đóng cả hai đường thông với bơm chân không và
sản phẩm. Khi có chai đưa vào, van được nâng lên và quá trình rót bắt đầu. Không khí
trong chai được bơm chân không hút làm áp suất giảm. Khi đó sản phẩm từ bình chứa
sẽ chảy vào trong chai. Quá trình diễn ra liên tục đến khi chai được nạp đầy sản phẩm.
Khi đó đường ống hút khí sẽ bị ngắt khỏi bơm chân không, bên trong chai được thông
áp và sản phẩm ngừng chảy vào trong chai. Tuy nhiên sẽ có một lượng nhỏ sản phẩm
bị hút theo không khí, phần sản phẩm nầy sẽ được tách ra ờ bình tách lỏng đặt trước
máy hút chân không. Thông thường người ta điều chỉnh lượng sản phẩm trong chai
bằng cách sử dụng ống thông áp có thể dịch chuyển được hoặc thay đổi thời gian hút
chân không

Cơ cấu rót chân không được dùng để rót các sản phẩm dễ hư hỏng hoặc giảm chất
lượng khi tiếp xúc với không khí, hoặc được sử dụng trong các trường hợp các sản
phẩm dễ rót và yêu cầu năng suất rót lớn, thời gian rót cho một chai nhanh.

Trang 11


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Máy chiết chai kiểu bàn quay

Máy chiết dạng băng chuyền thẳng

Chương 3 Phương pháp đo mức chất lỏng
3.1 Phương pháp đo mức chất lỏng
a) Mục đích và phương pháp đo.
Xác định mức độ, thể tích hoặc khổi lượng chất lưu trong bình chứa.
Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.
Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lại
trong bình chứa. Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân
cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
Phương pháp đo: có nhiều phương pháp đo mức : thổi bọt khí, chênh áp, đo lực
căng, phao nổi, công tắc khoảng hở, loadcell, độ dẫn điện, hạt nhân, radar, RF
Admittance, siêu âm, …
Độ dẫn điện: Rẻ, đơn giản hơn loại trên, không có bộ phận di chuyển, đo điểm, dùng
cho chất lỏng dẫn điện, dễ bị ảnh hưởng bởi lớp vật liệu bám dính trên điện cực.
Chênh áp: Thông dụng, đo liên tục, giá hợp lý, dễ lắp đặt nhưng thị phần càng ngày
cànggiảm. Dễ bị ảnh hưởng bởi tỷ trọng của vật liệu, không phù hợp khi đo các chất
lỏng códạng hột, khoảng đo nhỏ rất khó sử dụng, đặc biệt lưu ý đến sự ăn mòn của hoá
chất.

Phao: Phương pháp này không giới hạn về mức cao của bồn, độ chính xác không
cao, phí đầu tư thấp nếu không có phần hiển thị từ xa, giới hạn về mức áp suất làm
Trang 12


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

việc. Chokết quả đo liên tục & đo điểm. Khi đo điểm có thể đo được cả mặt cách ly.
Đối với chất lỏng sệt +hột là không phù hợp, cánh khuấy cũng ảnh hưởng đến độ
chính xác.
RF Admittance: Kỹ thuật mới cho việc đo điểm cũng như liên tục, dải áp suất nhiệt
độlàm việc rộng, đo được mọi chất liệu. Khi hằng số điện môi của vật liệu thay đổi
dẫn đếnviệc thay đổi cảm biến và bộ truyền phù hợp. Không bị ảnh hưởng bởi sự bám
dính trêncảm biến.
Siêu âm: Kỹ thuật đo liên tục không tiếp xúc, không có phần tử dịch chuyển. Nhạy
cảm về vị trí hơn các kỹ thuật khác. Ảnh hưởng bởi hơi nước, bọt khí, dải nhiệt độ và
áp suất làm việc không cao cũng như cấu trúc bên trong bồn bể. Không thể hoạt động
trong môi trường chân không.
Radar: Đo mức liên tục với độ chính xác cao, bỏ qua hơi nước. Điều kiện làm việc
giới hạn bởi dải áp suất làm việc thấp. Có thể đo được mức mặt cách ly.
Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuât đo và phát hiện mức chất lưu:
- Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện;
- Phương pháp điện dựa trên tính đẫn điện của chất lưu;
- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
 Phương pháp thuỷ tĩnh

Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa. Trên hình 1
giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thuỷ tĩnh.

Hình 1: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai
Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) nổi trên mặt chất lưu được nối với đối trọng (5)
bằng dây mềm (2) qua các ròng rọc (3), (4). Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1)
nâng lên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc (4), một cảm biến vị trí gắn với trục
quay của ròng rọc sẽ cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu.

Trang 13


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Trong sơ đồ hình 1, phao hình trụ (1) nhúng chìm trong chất lưu, phía trên được
treo bởi một cảm biến đo lực (2). Trong quá trình đo, cảm biến chịu tác động của
một lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu:

Trong đó:
P - trọng lượng phao.
h - chiều cao phần ngập trong chất lưu của phao.
S - tiết diện mặt cắt ngang của phao.
ρ - khối lượng riêng của chất lưu.
g - gia tốc trọng trường.
Trên sơ đồ hình 1c, sử dụng một cảm biến áp suất vi sai dạng màng (1) đặt sát
đáy bình chứa. Một mặt của màng cảm biến chịu áp suất chất lưu gây ra:

Mặt khác của màng cảm biến chịu tác động của áp suất p0 bằng áp suất ở đỉnh
bình chứa. Chênh lệch áp suất p - p0sinh ra lực tác dụng lên màng của cảm biến làm
nó biến dạng. Biến dạng của màng tỉ lệ với chiều cao h của chất lưu trong bình chứa
được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ các bộ biến đổi điện thích hợp.
 Phương pháp điện

Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt động theo nguyên tắc chuyển
đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện của
chất lưu. Các cảm biến thường dùng là cảm biến độ dẫn và cảm biến điện dung.
* 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). Trên hình 2 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng.

Trang 14


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

a) Cảm biến hai điện cực

b) Cảm biến một điện cực

c) Cảm biến phát hiện

mức
Sơ đồ cảm biến hình 2a 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 2b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa
bằng kim loại.
Sơ đồ cảm biến hình 2c 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.
* 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. 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).
Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điện
cực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi còn
chất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai.
Trang 15


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11
 Phương pháp bức xạ

Cảm biến bức xạ cho phép đo mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi
trường đo, ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường đo có nhiệt
độ, áp suất cao hoặc môi trường có tính ăn mòn mạnh.
Trong phương pháp này cảm biến gồm một nguồn phát tia (1) và bộ thu (2) đặt ở
hai phía của bình chứa. Nguồn phát thường là một nguồn bức xạ tia γ, bộ thu là một
buồng ion hoá. Ở chế độ phát hiện mức ngưỡng (3a), nguồn phát và bộ thu đặt đối
diện nhau ở vị trí ngang mức ngưỡng cần phát hiện, chùm tia của nguồn phát mảnh
và gần như song song. Tuỳ thuộc vào mức chất lưu (3) cao hơn hay thấp hơn mức
ngưỡng mà chùm tia đến bộ thu sẽ bị suy giảm hoặc không, bộ thu sẽ phát ra tín
hiệu tương ứng với các trạng thái so với mức ngưỡng.
Ở chế độ đo mức liên tục (3b), nguồn phát (1) phát ra chùm tia với một góc mở
rộng quét lên toàn bộ chiều cao của mức chất lưu cần kiểm tra và bộ thu.

Cảm biến đo mức bằng tia bức xạ
a) Cảm biến phát hiện ngưỡng b) Cảm biến đo mức liên tục
Chú thích:

1. Nguồn phát tia bức xạ 2. Bộ thu

3. Chất lưu

Khi mức chất lưu (3) tăng do sự hấp thụ của chất lưu tăng, chùm tia đến bộ thu
(2) sẽ bị suy giảm, do đó tín hiệu ra từ bộ thu giảm theo. Mức độ suy giảm của
chùm tia bức xạ tỉ lệ với mức chất lưu trong bình chứa.
 Cảm biến mức sóng siêu âm

Cảm biến mức sóng siêu âm xác định mức bằng cách đo khoảng thời gian từ lúc
truyền sóng tới lúc nhận được sóng phản hồi. Khác với cảm biến từ giảo, cảm biến
mức sóng siêu âm sử dụng sóng ở dải tần số 10 KHz. Tốc độ truyền của sóng
Trang 16


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

(340m/giâytrong không khí ở 15 độ C) phụ thuộc vào loại khí và nhiệt độ của khí
bên trong bình chứa.
S = v*t/2
v= 340 m/s
t = thời gian từ khi phát đến khi nhận sóng

3.2 Phương pháp đo lưu lượng
Có rất nhiều phương pháp đo lưu lượng và hầu hết các phương pháp đo điều cho
kết quả khá chính xác. Sau đây là một số phương pháp đo cơ bản và khá phổ biến

có thể dùng cho đề tài:
 Lưu lượng kế điện từ

Cảm biến lưu lượng điện từ hoạt động dựa vào định luật điện từ Faraday và được
dùng để đo dòng chảy của chất lỏng có tính dẫn điện. Hai cuộn dây điện từ để tạo ra
từ trường (B) đủ mạnh cắt ngang mặt ống dẫn chất lỏng (hình 2). Theo định luật
Faraday, khi chất lỏng chảy qua đường ống sẽ sinh ra một điện áp cảm ứng. Điện áp
này được lấy ra bởi hai điện cực đặt ngang đường ống. Tốc độ của dòng chảy tỷ lệ
trực tiếp với biên độ điện áp cảm ứng đo được.
Cuộn dây tạo ra từ trường B có thể được kích hoạt bằng nguồn AC hoặc DC. Khi
kích hoạt bằng nguồn AC - 50Hz, cuộn dây sẽ được kích thích bằng tín hiệu xoay
chiều. Điều này có thuận lợi là dòng tiêu thụ nhỏ hơn so với việc kích hoạt bằng
nguồn DC. Tuy nhiên phương pháp kích hoạt bằng nguồn AC nhạy cảm với nhiễu.
Do đó, nó có thể gây ra sai số tín hiệu đo. Hơn nữa, sự trôi lệch điểm “không”
Trang 17


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

thường là vấn đề lớn đối với hệ đo được cấp nguồn AC và không thể căn chỉnh
được. Bởi vậy, phương pháp kích hoạt bằng nguồn xung DC cho cuộn dây từ trường
là giải pháp mang lại hiệu quả cao. Nó giúp giảm dòng tiêu thụ và giảm nhẹ các vấn
đề bất lợi gặp phải với nguồn AC.

Hình: Cảm biến lưu lượng điện từ: điến áp cảm ứng E=KDBv, B - từ trường, D chiều dài chất dẫn điện (khoảng cách 2 điện cực đo điện áp cảm ứng), v - vận tốc
dòng chảy, K - hệ số.
Đối với hệ thống lắp đặt cảm biến lưu lượng điện từ cần lưu ý đến các điểm sau:
- Chỉ có thể đo chất lỏng có khả năng dẫn điện;
- Sự chọn lựa các điện cực thay đổi tùy thuộc vào độ dẫn điện, cấu tạo đường ống
và cách lắp đặt;

- Không có tổn hao trong hệ áp suất, nên cần lưu ý đến dải đo lưu lượng thấp;
- Độ chính xác cao, sai số ±1% dải chỉ thị lưu lượng;
 Phương pháp đo lưu lượng dựa trên nguyên tắc sự chênh lệch áp

suất
Lưu lượng kế loại này hoạt động dựa vào nguyên lý Bernoulli. Tức là sự chênh
lệch áp suất xảy ra tại chỗ thắt ngẫu nhiên nào đó trên đường chảy, dựa vào sự
chênh áp suất này để tính toán ra vận tốc dòng chảy. Cảm biến lưu lượng loại này
thường có dạng lỗ orifice, ống pitot và ống venture. Hình 1 thể hiện loại cảm biến
tâm lỗ orifice, lỗ này tạo ra nút thắt trên dòng chảy. Khi chất lỏng chảy qua lỗ này,
theo định luật bảo toàn khối lượng, vận tốc của chất lỏng ra khỏi lỗ tròn lớn hơn vận
Trang 18


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

tốc của chất lỏng đến lỗ đó. Theo nguyên lý Bernoulli, điều này có nghĩ là áp suất ở
phía mặt vào cao hơn áp suất mặt ra. Tiến hành đo sự chênh lệch áp suất này cho
phép xác định trực tiếp vận tốc dòng chảy. Dựa vào vận tốc dòng chảy sẽ tính được
lưu lượng thể tích dòng chảy.

Hình : Cảm biến lưu lượng chênh lệch áp suất kiểu lỗ tròn (orifice)
Khi chọn lựa, lắp đặt thiết bị đo lưu lượng loại này trong ứng dụng công nghiệp
cần lưu ý các điểm sau:
- Cảm biến được chế tạo dựa trên công nghệ cổ điển, hoạt động ổn định-bền
vững, dễ bảo trì-bảo dưỡng;
- Phù hợp cho dòng chảy hỗn hợp;
- Độ chính xác thấp ở dải lưu lượng nhỏ;
- Sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng chiết tách trong một đoạn ống dẫn, vì vậy đỏi
hỏi phải tiêu hao thêm năng lượng khi chạy bơm;

- Yêu cầu chính xác vị trí lắp đặt tấm lỗ orifice, điểm trích lỗ đo áp suất đầu
nguồn và điểm trích lỗ đo áp suất phía hạ nguồn dòng chảy.
3.3 Phương pháp đo mức chất lỏng trong chai
 Cảm biến quang loại thu phát độc lập
Là loại cảm biến có phần phát và phần thu ở trong 2 bộ phận độc lập nhau và đặt
đối diện nhau

Trang 19


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Hình: cảm biến quang thu phát độc lập
Khi không có đối tượng xuất hiện ở vị trí trên đường đi của tia sáng thì bộ phận
nhận ở mức thấp, khi đối tượng xuất hiện thì bộ phận nhận sẽ ở mức cao.

Đặc điểm
-Độ tin cậy cao
-Thích hợp với việc dùng để phát hiện các đối tượng mờ đục, không trong suốt
hay các đối tượng có tính phản chiếu.
-Không thích hợp để phát hiện các đối tượng trong suốt.
-Tầm hoạt động xa nhất so với 2 loại còn lại, 1 số có thể hoạt động đến cự li
274m.
-Khoảng cách phát hiện xa.
-Không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, bề mặt đối tượng.
 Cảm biến quang loại phản xạ

Cảm biến quang loại phản xạ có bộ phát và nhận tích hợp chung trong 1 vỏ hay
còn gọi là 2 trong 1. Vị trí 2 bộ phận này song song nhau:

Trang 20


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Hình : Cảm biến quang loại phản xạ
Ánh sáng được chiếu đến bộ phận phản xạ và quay trở lại bộ phận tiếp nhận. Khi
có đối tượng chặn ánh sáng, ngõ ra của cảm biến thay đổi trạng thái. Các đối tượng
được nhận biết khi ánh sáng bị ngắt không phản xạ lại.
Đặc điểm
-Độ tin cậy cao
-Giảm bớt dây dẫn
-Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng.

Trang 21


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Chương 4 Tính chọn thiết bị
4.1 Lựa chọn cảm biến mức
Chọn cảm biến siêu âm vì cảm biến loại này có độ chính xác cao, không tiếp xúc,
không có phần tử dịch chuyển. Nhạy cảm về vị trí hơn các kỹ thuật khác. Thiết kế nhỏ
gọn, dễ dàng lắp đặt cũng như bảo dưỡng, sửa chữa.
4.2 Lựa chọn cảm biến lưu lượng
Đối với hệ thống này, chất lỏng cần rót có tính dẫn điện, không có tính ăn mòn
hóa học nên nhóm chúng em chọn cảm biến lưu lượng loại điện từ.
4.3 Lựa chọn cảm biến quang.
Chọn cảm biến quang loại phản xạ vì loại này có độ chính xác cao, giảm bớt
được dây dẫn so với cảm biến quang loại thu phát độc lập,có thể phát hiện thùng

trong suốt, mờ, bóng loáng,dễ dàng lắp đặt.

4.4 Tính chọn các thiết bị
 Chọn cảm biến siêu âm SR04

Trang 22


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

+ Nguồn làm việc: 5V (một số mạch điện tử có thể cấp nguồn 3.3V vẫn hoạt
động bình thường nhưng cảm biến siêu âm cần hoạt động ở mức 5V)
+ Dòng tiêu thụ : nhỏ hơn 2mA
+ Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) và LOW (0V)
+ Khoảng cách đo: 2cm - 300cm (3 mét)
+ Độ chính xác: 0.5cm
+ Cảm biến gồm có 4 chân
•
•
•
•

Vcc -> nguồn 5V
Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát)
Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu)
Gnd -> nối âm

 Chọn cảm biến lưu lượng điện từ.

Chọn cảm biến lưu lượng điện từ loại Mag5100W là dòng sản phẩm được

Siemens chế tạo chủ yếu cho các ứng dụng đo lưu lượng của nước và nước thải,
hoặc các chất lỏng dẫn điện không ăn mòn như nước mía, nước trái cây không yêu
cầu kiểu lắp đặt theo chuẩn vệ sinh với nhiệt độ cho phép của chất lỏng cần đo lên
tới 70 độ C.

Trang 23


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

Hình : Cảm biến lưu lượng Mag 5100W
Kết hợp sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu Mag 6000. Mag 6000 có độ chính xác
cao 0.25% và nó có dầy đủ các tính năng như định mẻ, có thể giao tiếp truyền thông
theo chuẩn Hart, Modbus, Profibus…
+ Độ chính xác 0.25%.
+ Có chức năng định mẻ.
+ Hiển thị lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng, có thể hiển thị lưu lượng tổng
theo chiều thuận, ngược của dòng chảy và lưu lượng tuyệt đối. Có thể tuỳ chọn
không có màn hình hiển thị.

Hình : Bộ chuyển đổi tín hiệu Mag 6000
Trang 24


NHÓM 4- LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1- K11

+ Tín hiệu ra: Một tín hiệu ra tương tự 4-20 mA, một tín hiệu ra xung, một tín
hiệu ra Relay.
+ Nguồn cung cấp: Có thể chọn DC 11…30V, AC 11 … 24V hoặc AC 115…
230V.

 Chọn cảm biến quang phản xạ.

Chọn loại phản xạ gương 4m E3Z-R61 2M

+Vị trí lắp đặt: Bên dưới van 2 sao cho cảm biến bắt thùng dừng lại để van 2
chính giữa miệng thùng.
+Nguồn cấp: 12~24VDC
+Ngõ ra: NPN ,26.4VDC max, 100mA max.
+Chọn ngõ ra Light-ON/ Dark-ON
+Nguồn sáng: Red LEG(660 nm)
+Thời gian đáp ứng: 1ms max.
+Biến trở điều chỉnh độ nhạy.
+Ổn định với ánh sáng của môi trường: đèn huỳnh quang: 3000 lx max; ánh sáng
mặt trời : tối đa 10.000 lx
+Tiêu chuẩn: IEC, IP67

Trang 25