Trong thế giới công nghiệp hiện đại, việc kiểm soát chính xác mức chất lỏng và chất rắn là yếu tố then chốt để đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn. Trong số các công nghệ đo mức tiên tiến, cảm biến mức siêu âm (Ultrasonic Level Sensor) nổi lên như một giải pháp đo không tiếp xúc linh hoạt và được ứng dụng rộng rãi.
Bạn đang tìm hiểu về công nghệ này? Hay đang cân nhắc liệu cảm biến mức siêu âm có phù hợp với ứng dụng của mình? Hãy cùng Ecozen đi sâu vào nguyên lý hoạt động, phân tích ưu nhược điểm và khám phá các ứng dụng thực tế của loại cảm biến này trong bài viết dưới đây.
Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Mức Siêu Âm
Cảm biến mức siêu âm hoạt động bằng cách phát ra sóng âm tần số cao (sóng siêu âm) hướng về bề mặt của chất lỏng hoặc vật liệu rắn cần đo. Bộ phận phát sóng – gọi là đầu dò – tạo ra một xung siêu âm truyền đi trong không khí (hoặc môi trường khác) cho đến khi gặp bề mặt vật liệu, sau đó phản xạ trở lại cảm biến.
Cảm biến sẽ đo thời gian sóng siêu âm truyền từ cảm biến đến bề mặt vật liệu rồi quay trở lại. Dựa trên thời gian này và vận tốc âm thanh trong không khí (là một hằng số đã biết), thiết bị tính được khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt vật liệu.
Khi biết khoảng cách này và chiều cao lắp đặt cố định (tính từ điểm tham chiếu như miệng bể), cảm biến có thể xác định chính xác mức vật liệu còn lại trong bể.
Quá trình này tương tự như cách dơi sử dụng sóng âm để xác định khoảng cách đến vật thể (echolocation). Cảm biến siêu âm liên tục thực hiện các phép đo như vậy để cung cấp dữ liệu mức chất lỏng hoặc vật liệu theo thời gian thực.
Ưu Điểm Nổi Bật Của Cảm Biến Mức Siêu Âm
- Đo lường không tiếp xúc: Không giống như các cảm biến mức cơ học truyền thống, cảm biến siêu âm không yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với môi chất được đo. Phương pháp tiếp cận không xâm lấn này làm giảm nguy cơ ăn mòn, bám dính hay nhiễm bẩn và đảm bảo cảm biến vẫn đáng tin cậy theo thời gian. Rất lý tưởng cho hóa chất ăn mòn, thực phẩm, dược phẩm, nước thải…
- Không có bộ phận chuyển động: Tăng độ tin cậy, giảm nhu cầu bảo trì và kéo dài tuổi thọ so với các loại cảm biến cơ khí.
- Độ chính xác cao: Cảm biến mức siêu âm cung cấp các phép đo có độ chính xác cao, ngay cả trong môi trường đầy thách thức. Khả năng đo mực nước với độ chính xác đến từng milimet khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi giám sát chính xác, chẳng hạn như nhà máy xử lý nước và giám sát môi trường.
- Giám sát thời gian thực: Một trong những lợi thế chính của cảm biến siêu âm là khả năng cung cấp dữ liệu thời gian thực. Tính năng này cho phép người vận hành theo dõi mực nước liên tục và đưa ra quyết định kịp thời.
- Lắp đặt đơn giản: Việc lắp đặt trên đỉnh bồn thường nhanh chóng, không yêu cầu dừng quy trình hay tháo cạn bồn chứa.
- Linh hoạt ứng dụng: Có thể sử dụng cho nhiều loại chất lỏng khác nhau và một số ứng dụng chất rắn dạng hạt/viên.
Nhược Điểm và Những Hạn Chế Cần Lưu Ý
Các yếu tố môi trường
- Bụi, bọt và hơi: Các hạt trong không khí như bụi và bong bóng có thể hấp thụ hoặc phân tán sóng âm, dẫn đến kết quả đọc không chính xác hoặc không ổn định. Chất lỏng tạo bọt cũng gây ra những thách thức tương tự, trong khi hơi dày đặc từ một số hóa chất có thể chặn hoàn toàn tín hiệu.
- Thay đổi nhiệt độ và áp suất: Nhiệt độ quá cao, quá thấp hoặc áp suất thay đổi liên tục có thể làm thay đổi tốc độ truyền âm thanh, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo khoảng cách. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng ngoài trời, nơi thời tiết thay đổi thất thường như nắng nóng, mưa, hoặc gió mạnh.
- Chất lỏng hỗn loạn và điều kiện bề mặt: Khi chất lỏng bị khuấy hoặc bề mặt không bằng phẳng, sóng âm có thể bị phản xạ theo nhiều hướng, khiến việc xác định mức chất lỏng chính xác trở nên khó khăn. Các yếu tố như cánh khuấy, sóng nhỏ hay thậm chí là gió thổi qua bề mặt chất lỏng cũng có thể làm sai lệch kết quả đo.
- Khả năng tương thích với vật liệu: Một số hóa chất hoặc chất có tính ăn mòn cao có thể làm hỏng đầu dò của cảm biến, ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến và cần phải thay thế thường xuyên. Cần sử dụng cảm biến siêu âm được làm từ các vật liệu thích hợp và chống ăn mòn.
Cân nhắc về lắp đặt
Để cảm biến đo chính xác, việc lắp đặt đúng hướng và đảm bảo khoảng cách phù hợp đến bề mặt chất lỏng là rất quan trọng. Tuy nhiên, nếu bể có hình dạng phức tạp, khó tiếp cận hoặc hạn chế không gian lắp đặt, việc căn chỉnh và định vị cảm biến có thể trở nên khó khăn và ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
Mối quan tâm về bảo trì
- Cảm biến bị bẩn: Bụi, đất và các chất bẩn khác tích tụ trên đầu dò có thể làm suy yếu đáng kể sóng âm, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo. Việc vệ sinh và bảo dưỡng thường xuyên là rất cần thiết.
- Nhu cầu hiệu chuẩn: Theo thời gian, cảm biến có thể bị lệch về độ chính xác, đòi hỏi phải hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo các phép đo đáng tin cậy. Điều này làm tăng tổng chi phí bảo trì.
- Phạm vi hạn chế: So với các công nghệ khác cảm biến siêu âm có phạm vi hiệu quả ngắn hơn. Đối với bể sâu hoặc thùng chứa lớn, chúng có thể không phải là lựa chọn phù hợp nhất.
- Tiêu thụ điện năng: Mặc dù một số mẫu tiết kiệm năng lượng nhưng hoạt động liên tục có thể làm pin nhanh hết hơn, đòi hỏi phải thay thế thường xuyên hơn hoặc sử dụng nguồn điện chuyên dụng.
Ứng Dụng Thực Tế Phổ Biến Của Cảm Biến Mức Siêu Âm
Nhờ tính linh hoạt và khả năng đo không tiếp xúc, cảm biến mức siêu âm được tin dùng trong nhiều lĩnh vực:
- Ngành xử lý nước:
- Đo nồng độ bùn trong nhà máy xử lý nước thải
- Giám sát mức chất lỏng trong các hồ chứa, bể chứa và các nguồn nước khác
- Đo lưu lượng chất lỏng trong hệ thống lọc nước uống.
- Công nghiệp Hóa chất: Cảm biến mức siêu âm được dùng để đo mức chất lỏng ăn mòn, cao su, keo, nhựa, nhiên liệu và sơn. Do đặc thù các hóa chất thường có tính ăn mòn mạnh, giải pháp đo không tiếp xúc như cảm biến siêu âm là lựa chọn lý tưởng. Chúng cũng có thể hoạt động hiệu quả trong các bể chứa axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H₂SO₄) và xút ăn da (NaOH).
- Thực phẩm & Đồ uống: Cảm biến mức siêu âm được dùng để đo ngũ cốc, nước ép, bột và các vật liệu rắn dạng khối trong silo. Tuy nhiên, trong ngành này, cảm biến phải đáp ứng yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt. Các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng phải làm từ vật liệu nhẵn, dễ làm sạch để tránh ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và độ chính xác khi đo. Ngoài ra, cảm biến cần chịu được nhiệt độ cao trong quá trình vệ sinh tại chỗ (CIP), có thể lên tới 120°C.
- Năng lượng & Nhiên liệu: Đo mức xăng, dầu DO trong bồn chứa (loại chống cháy nổ).
- Nông nghiệp & Thức ăn chăn nuôi: Đo mức ngũ cốc, hạt, viên trong silo (điều kiện ít bụi).
- Các ngành công nghiệp khác: Đo mức chất lỏng làm mát, dầu thủy lực, dung môi…
Lựa Chọn và Lắp Đặt Cảm Biến Mức Siêu Âm Hiệu Quả Cùng Ecozen
Để đảm bảo cảm biến mức siêu âm hoạt động tối ưu, việc lựa chọn đúng model và lắp đặt chính xác là rất quan trọng. Cần lưu ý đến dải đo, vùng chết, góc phát sóng, vật liệu cảm biến, cấp bảo vệ, tín hiệu ra và đặc biệt là các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đã nêu ở trên.
Hướng Dẫn Chi Tiết Lắp Đặt Cảm Biến Mức Siêu Âm Đúng Kỹ Thuật
Tại Ecozen, chúng tôi không chỉ cung cấp các dòng cảm biến mức chất lượng từ nhà sản xuất hàng đầu – Finetek mà còn có đội ngũ kỹ thuật viên am hiểu sâu sắc về công nghệ và ứng dụng. Chúng tôi sẵn sàng:
- Tư vấn chuyên sâu: Giúp bạn đánh giá liệu cảm biến siêu âm có phải là lựa chọn tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn hay không, so sánh với các công nghệ khác như radar hay thủy tĩnh nếu cần.
- Lựa chọn sản phẩm phù hợp: Đảm bảo các thông số kỹ thuật đáp ứng đúng yêu cầu vận hành.
- Hỗ trợ lắp đặt và cài đặt: Đảm bảo cảm biến hoạt động chính xác ngay từ đầu.
Cảm biến mức siêu âm là một công nghệ đo mức không tiếp xúc mạnh mẽ và linh hoạt, mang lại nhiều lợi ích về độ tin cậy và dễ dàng bảo trì cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động cùng những ưu điểm và hạn chế của nó là chìa khóa để ứng dụng thành công.
Hãy liên hệ với Ecozen ngay hôm nay để được tư vấn chi tiết và tìm ra giải pháp cảm biến mức siêu âm tối ưu, hoặc khám phá các công nghệ đo mức khác phù hợp hơn với nhu cầu của bạn!
Xem thêm:
Hướng Dẫn Chọn Cảm Biến Mức Theo Môi Chất
Hướng Dẫn Chi Tiết Lắp Đặt Cảm Biến Mức Siêu Âm Đúng Kỹ Thuật
So Sánh Cảm Biến Siêu Âm và Radar
Cách Chọn Cảm Biến Mức Phù Hợp Nhất Cho Mọi Ứng Dụng Công Nghiệp
