Các loại thiết bị đo mức: Nguyên lý hoạt động, đặc điểm và hướng dẫn lựa chọn

Việc đo lường mức độ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như chế biến hóa chất, xử lý nước, sản xuất thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, quản lý nước trong nông nghiệp, khai thác khoáng sản, hệ thống lưu trữ và tự động hóa công nghiệp. Các công nghệ đo lường khác nhau được yêu cầu tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn, cấu trúc bồn chứa, nhiệt độ, áp suất và điều kiện lắp đặt.

Các công nghệ phổ biến bao gồm đo mức bằng phương pháp thủy tĩnh, siêu âm, nổi, ra-đa, độ cho phép RF và điện dung. Không có công nghệ nào phù hợp cho mọi ứng dụng; do đó, việc lựa chọn cần dựa trên các yếu tố như điều kiện quy trình, phạm vi đo, yêu cầu lắp đặt, tín hiệu đầu ra và yêu cầu bảo trì.

1. Đo mức bằng phương pháp thủy tĩnh

: Phương pháp này xác định mức chất lỏng dựa trên áp suất được tạo ra bởi cột chất lỏng.Khi mật độ của chất lỏng tương đối ổn định, việc tăng chiều cao chất lỏng sẽ dẫn đến sự gia tăng tương ứng của áp suất thủy tĩnh.

Nguyên lý đo đơn giản:

– Phù hợp cho việc đo mức chất lỏng liên tục.

– Các ứng dụng điển hình:

– Các bể chứa nước, hồ chứa, giếng khoan và hệ thống lưu trữ công nghiệp.

Tính ổn định của quy trình:

– Bọt, hơi và nhiễu loạn bề mặt không ảnh hưởng trực tiếp đến phép đo áp suất.

– Tích hợp hệ thống;

– Các mô hình công nghiệp có thể cung cấp tín hiệu đầu ra 4-20mA hoặc RS485.

Đo lường thủy tĩnh chịu ảnh hưởng bởi mật độ của chất lỏng. Nếu mật độ thay đổi đáng kể do ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ hoặc thành phần của quy trình, Mức độ được tính toán cũng có thể thay đổi. Đối với các bồn chứa kín có áp suất, có thể cần thực hiện bù áp suất ở pha khí hoặc đo chênh lệch áp suất.

– Đo mức bằng sóng siêu âm.

Các thiết bị truyền tín hiệu mức độ siêu âm thường là thiết bị không tiếp xúc. Cảm biến phát ra một xung siêu âm hướng tới bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn và đo thời gian truyền của tín hiệu phản xạ. Khoảng cách đo được sau đó được chuyển đổi thành độ cao tương ứng theo độ cao tham chiếu lắp đặt.

Đo không tiếp xúc

Cảm biến thường không tiếp xúc trực tiếp với môi trường quy trình.

Ứng dụng với chất lỏng và một số dạng chất rắn

Phù hợp cho các bồn chứa, bể xử lý, hệ thống nước thải, kênh hở và một số loại vật liệu rắn dạng khối được lựa chọn.

Lắp đặt tương đối đơn giản

Rất phù hợp cho các ứng dụng ở áp suất khí quyển trong điều kiện không khí ổn định.

Tích hợp tự động hóa;

Có thể kết nối với PLC, RTU, thiết bị ghi dữ liệu và các hệ thống giám sát từ xa.

Do các tín hiệu siêu âm truyền qua không gian khí phía trên quá trình, Những thay đổi về nhiệt độ, hơi nước, bọt khí, luồng khí mạnh, bụi, độ xoáy trên bề mặt và các vật cản bên trong có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo.

3. Đo mức bằng phao nổi

Các thiết bị đo mức sử dụng lực nổi để theo dõi những thay đổi về mức chất lỏng. Khi chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống, vật nổi sẽ di chuyển tương ứng, và vị trí này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu mức thông qua cơ chế ghép nối từ tính. cơ cấu liên kết cơ học, công tắc lá hoặc các phương pháp cảm biến khác.

Nguyên lý cơ học trực tiếp;

Được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo mức chất lỏng thông thường;

Hoạt động độc lập với hằng số điện môi;

Phù hợp với nhiều loại chất lỏng tiêu chuẩn;

Cho phép đo mức theo từng điểm hoặc đo liên tục;

Có thể được sử dụng cho công tắc mức hoặc hệ thống hiển thị mức chất lỏng liên tục.

Do phần nổi tiếp xúc trực tiếp với môi trường, nên các yếu tố như độ nhớt, khả năng ăn mòn và các hạt rắn có thể gây ảnh hưởng. Cần xem xét đến hiện tượng kết tinh, các lớp lắng đọng và không gian di chuyển khả dụng. Các chất có độ nhớt cao hoặc chất gây bám bẩn có thể hạn chế khả năng di chuyển của vật nổi. Thiết bị đo mức radar

: Đo mức bằng radar.

: Các thiết bị phát tín hiệu đo mức radar sử dụng sóng điện từ tần số cao để thực hiện đo mức không tiếp xúc. Anten phát ra tín hiệu radar hướng tới bề mặt quy trình, và tín hiệu phản xạ được phân tích để tính toán mức chất lỏng hoặc chất rắn thực tế.

– Đo lường không tiếp xúc

Phù hợp cho cả chất lỏng và chất rắn dạng khối.

– Phù hợp cho các điều kiện vận hành khắc nghiệt hơn.

– Nhìn chung ít nhạy cảm hơn so với phương pháp đo bằng sóng siêu âm trước sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và hơi hóa chất.

– Không có bộ phận cơ học chuyển động.

– Phù hợp cho việc đo lường liên tục trong thời gian dài.

– Phạm vi ứng dụng rộng rãi.

– Được sử dụng trong các bồn chứa, silo, hệ thống xử lý nước, quy trình hóa chất và các ứng dụng trong lĩnh vực khai thác khoáng sản.

Hiện tượng phản xạ radar vẫn chịu ảnh hưởng bởi hằng số điện môi và vị trí lắp đặt. Hình dạng của bình chứa và các tiếng vang không mong muốn. Đối với môi trường có hằng số điện môi thấp hoặc các thiết bị có cấu trúc phức tạp, cần được lựa chọn cẩn trọng tần số radar, thiết kế ăng-ten cũng như vị trí lắp đặt.

5. Đo lường mức độ dẫn điện RF: Các thiết bị đo mức độ dẫn điện RF

phát hiện những thay đổi trong đặc tính điện giữa đầu dò và thành mạch. Chúng thường sử dụng đầu dò tiếp xúc và có thể được áp dụng cho chất lỏng, hỗn hợp dạng bùn, bột và vật liệu dạng hạt.

Nhiều loại phương tiện truyền tải:

– Phù hợp cho chất lỏng, hỗn dịch, bột và hạt;

– Phát hiện mức độ điểm.

Được sử dụng phổ biến cho các cảnh báo cấp cao và cấp thấp.

: Áp dụng cho một số loại môi chất phủ.

: Với thiết kế phù hợp, thiết bị này có thể chịu được một số điều kiện về lớp phủ hoặc sự tích tụ vật liệu.

: Việc đo độ dẫn điện RF có thể bị ảnh hưởng bởi các đặc tính điện của môi chất. Cấu trúc lớp phủ đầu dò và hình học lắp đặt. Các thiết bị có sự thay đổi điện môi đáng kể hoặc hiện tượng tích tụ điện nghiêm trọng cần được hiệu chuẩn và xác minh trong điều kiện vận hành thực tế.

– 6. Đo mức bằng phương pháp điện dung

Các thiết bị đo mức điện dung hoạt động dựa trên việc phát hiện sự thay đổi điện dung khi vật liệu đi vào vùng cảm biến nằm giữa đầu dò và điện cực tham chiếu. Hằng số điện môi của môi trường quy trình ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng điện dung.

Chất lỏng và một số chất rắn được lựa chọn;

Phù hợp với nhiều loại chất lỏng, bột và vật liệu dạng hạt;

Cấu trúc nhỏ gọn;

Phù hợp cho các bình chứa nhỏ và hệ thống lắp đặt có không gian hạn chế;

Hỗ trợ đo liên tục hoặc đo tại điểm;

Có thể được cấu hình để thực hiện phát hiện mức chất lỏng liên tục hoặc tại điểm.

Phương pháp đo điện dung rất nhạy cảm với hằng số điện môi và thành phần của vật liệu. Sự tích tụ của đầu dò, độ ẩm và hình dạng lắp đặt. Những thay đổi đáng kể về đặc tính của môi trường nuôi cấy có thể đòi hỏi việc hiệu chuẩn lại.

7.So sánh các công nghệ đo lường ở cấp độ phổ biến:

8. Cách lựa chọn công nghệ đo mức:

– Các bể chứa nước, hồ chứa và giếng khoan;

– Có thể lựa chọn phương pháp đo thủy tĩnh, đo siêu âm hoặc đo bằng radar tùy theo điều kiện lắp đặt và điều kiện vận hành;

– Hệ thống nước thải và nước thải đạt chuẩn.

Cần xem xét các yếu tố như bọt, cặn, hiện tượng ăn mòn và vật liệu nổi. Radar có thể được đánh giá trong các điều kiện vận hành phức tạp hơn.

– Các bồn chứa công nghiệp

Các phương pháp đo bằng sóng siêu âm, radar hoặc đo áp suất thủy tĩnh có thể được sử dụng cho các bồn chứa khí quyển thông thường; trong khi các quy trình ở nhiệt độ hoặc áp suất cao hơn có thể yêu cầu sử dụng radar, radar sóng dẫn hướng hoặc đo chênh lệch áp suất.

– Bồn chứa vật liệu rắn dạng khối

Các phương pháp phát hiện mức độ bằng radar, sóng siêu âm, truyền dẫn RF hoặc điện dung có thể được lựa chọn tùy theo loại bụi, khoảng cách và đặc tính của vật liệu.

Các mạch máu nhỏ và phát hiện ở cấp độ điểm

Các công tắc trôi, công tắc điện dung hoặc công tắc mức độ dẫn đường tần số RF có thể là lựa chọn phù hợp.

9. Thông tin cần thiết để lựa chọn thiết bị cấp độ:

– Câu hỏi thường gặp;

– Câu hỏi 1: Công nghệ đo mức nào phù hợp cho việc đo mức nước thông thường?

A1: Cả ba loại thiết bị đo mức – đo thủy tĩnh, đo siêu âm và đo radar – đều có thể được sử dụng. Lựa chọn thiết bị cuối cùng phụ thuộc vào phạm vi đo, điều kiện lắp đặt và điều kiện quy trình.

Q2: Điểm khác biệt chính giữa phương pháp đo mức bằng sóng siêu âm và phương pháp đo mức bằng radar là gì?

A2: Thiết bị đo mức bằng sóng siêu âm sử dụng sóng âm, trong khi thiết bị đo mức bằng radar sử dụng sóng điện từ. Thiết bị radar thường ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và lượng hơi.

Q3: Việc đo mức thủy tĩnh có bị ảnh hưởng bởi mật độ của chất lỏng hay không?

A3: Có. Mức chất lỏng được tính toán dựa trên áp suất của cột chất lỏng, do đó những thay đổi đáng kể về mật độ có thể ảnh hưởng đến giá trị mức được tính toán.

Q4: Thiết bị đo mức bằng radar có thể đo được chất rắn dạng khối không?

A4: Có. Thiết bị đo mức bằng radar được sử dụng rộng rãi cho cả chất lỏng và chất rắn dạng khối trong các bồn chứa và silo.

Q5: Tại sao hằng số điện môi lại quan trọng đối với việc đo mức bằng phương pháp điện dung?

A5: Việc đo điện dung phụ thuộc vào sự thay đổi điện dung do môi trường quy trình gây ra, do đó hằng số điện môi ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo.

Q6: Khi có sự hiện diện của bọt xốp, nên xem xét sử dụng công nghệ nào?

A6: Việc lựa chọn phụ thuộc vào độ dày lớp bọt và các điều kiện quy trình. Lớp bọt dày có thể làm suy giảm tín hiệu hồi âm siêu âm, do đó cần xem xét khả năng sử dụng đo lường bằng radar hoặc đo tiếp xúc.

Q7: Tất cả các thiết bị đo mức đều có thể kết nối với PLC được không?

A7: Điều này phụ thuộc vào cấu hình đầu ra của thiết bị. Các thiết bị có đầu ra 4-20mA, RS485 Modbus hoặc rơ-le thường có thể được tích hợp với PLC, RTU hoặc hệ thống thu thập dữ liệu.

– Kết luận

Các thiết bị đo mức hoạt động theo nguyên lý thủy tĩnh, siêu âm, nổi, radar, độ dẫn RF và điện dung sử dụng các nguyên lý đo lường khác nhau và phù hợp với các điều kiện quy trình khác nhau. Phương pháp đo thủy tĩnh phù hợp với các chất lỏng có mật độ tương đối ổn định; Phương pháp đo bằng sóng siêu âm rất hữu ích trong nhiều ứng dụng liên quan đến chất lỏng và một số loại vật rắn nhất định mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Các thiết bị nổi cung cấp một giải pháp cơ học trực tiếp cho các chất lỏng thông thường; Hệ thống radar phù hợp cho các điều kiện vận hành trong xe tăng và silo có yêu cầu kỹ thuật cao hơn; và các công nghệ admitance RF hoặc công nghệ điện dung thường được sử dụng cho việc đo lường tiếp xúc cụ thể và phát hiện ở cấp độ điểm.

Việc lựa chọn phù hợp cần xem xét các yếu tố sau: môi trường vận hành, phạm vi đo, nhiệt độ, áp suất, bọt khí, hơi, bụi, điều kiện lắp đặt, tín hiệu đầu ra và các yêu cầu về tích hợp hệ thống. METRAVON Các sản phẩm đo lường mức độ có thể được tích hợp với PLC s, RTUs,SCADA Các hệ thống và nền tảng IoT công nghiệp dành cho bồn chứa chất lỏng, hệ thống xử lý nước, các quy trình công nghiệp cũng như các ứng dụng liên quan đến chất lỏng và chất rắn dạng khối.