Thiết bị truyền mức bằng sóng siêu âm dành cho các ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và hạ tầng

Việc đo mức độ và mực nước là những biến số quy trình quan trọng trong sản xuất công nghiệp, xử lý nước, tưới tiêu nông nghiệp và giám sát cơ sở hạ tầng. Dữ liệu mức độ đáng tin cậy hỗ trợ kiểm soát quy trình, bảo vệ thiết bị, quản lý cảnh báo và giám sát từ xa.

Bộ truyền tín hiệu mức độ bằng sóng siêu âm cho phép đo không tiếp xúc bằng cách lắp đặt cảm biến phía trên bề mặt chất lỏng. Do phần tử cảm biến thường không cần phải luôn ngâm trong môi trường, công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nước, nước thải, bể chứa, hồ chứa và một số ứng dụng cụ thể với chất lỏng hóa học.

1. Bộ truyền tín hiệu đo mức bằng sóng siêu âm hoạt động như thế nào?

– Bộ truyền tín hiệu đo mức bằng sóng siêu âm xác định khoảng cách đến bề mặt chất lỏng bằng cách đo thời gian truyền của một xung sóng siêu âm qua không khí. Cảm biến phát ra một xung siêu âm hướng về phía bề mặt chất lỏng. Sóng âm được phản xạ bởi bề mặt này và truyền trở lại cảm biến.

Khoảng cách = Tốc độ lan truyền âm thanh × Thời gian đi và trở lại ÷ 2

Khi biết được độ cao tham chiếu của hệ thống lắp đặt hoặc độ cao của bồn chứa, mức chất lỏng thực tế có thể được tính theo công thức sau:

Mức chất lỏng = Độ cao tham chiếu − Khoảng cách đo được

Do đó, thiết bị này trước tiên đo khoảng cách, sau đó chuyển đổi giá trị khoảng cách này thành mức chất lỏng hoặc mức nước theo các tham số lắp đặt đã được thiết lập.

Tần số siêu âm truyền chủ yếu qua khoảng không khí giữa cảm biến và bề mặt chất lỏng. Thiết bị này không đo mức chất lỏng bằng cách truyền âm thanh qua chính chất lỏng đó.

2. Các đặc điểm chính của hệ thống đo mức bằng sóng siêu âm

Đo không tiếp xúc

Cảm biến thường được lắp đặt phía trên chất lỏng, giúp giảm thiểu sự tiếp xúc trực tiếp với hiện tượng ăn mòn, ô nhiễm và lắng cặn.

Giám sát mức chất lỏng liên tục

Các giá trị mức liên tục có thể được cung cấp nhằm phục vụ giám sát quy trình, kích hoạt cảnh báo, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa.

Tích hợp hệ thống

Tùy theo mô hình, các giao diện có thể bao gồm 4-20mA, RS485, Modbus RTU và đầu ra rơ le.

Không có bộ phận cơ học chuyển động

Việc đo lường không phụ thuộc vào các phao, cánh cơ học hay các cơ chế cảm biến chuyển động khác.

: Phù hợp với nhiều loại chất lỏng;

: Các trường hợp sử dụng bao gồm nước, nước thải và một số loại dầu hoặc chất lỏng hóa học, tùy theo điều kiện quy trình;

: 3. Các thông số kỹ thuật chính

Thông số kỹ thuật thay đổi tùy theo phạm vi đo, thiết kế bộ chuyển đổi, cấu hình đầu ra và các yêu cầu về điều kiện môi trường. Mô hình cuối cùng cần được lựa chọn dựa trên điều kiện lắp đặt thực tế.

– Tham số;	– Mô tả;
– Nguyên lý đo;	– Thời gian bay sóng siêu âm;
– Loại đo;	– Đo liên tục không tiếp xúc;
– Phạm vi đo.	Được lựa chọn dựa trên loại mô hình và khoảng cách đo cần thiết;
: Độ chính xác đo;	: Phụ thuộc vào loại mô hình, phạm vi đo và điều kiện ứng dụng;
: Vùng chết;	: Phụ thuộc vào thiết kế bộ chuyển đổi và phạm vi đo;
: Nguồn cấp điện;	: Phụ thuộc vào loại mô hình được lựa chọn;
: Tín hiệu đầu ra	4-20mA, RS485 hoặc các phương thức truyền dữ liệu khác tùy theo mẫu thiết bị
– Giao thức truyền thông	Modbus RTU có sẵn trên các mẫu thiết bị kỹ thuật số tương thích
– Hiệu chỉnh nhiệt độ	Thông thường có sẵn trên các mẫu thiết bị siêu âm công nghiệp:
– Công suất tiêu thụ;	– Phụ thuộc vào cấu hình nguồn cấp và đầu ra;
– Chỉ số bảo vệ.	Được lựa chọn dựa trên yêu cầu lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời
Nhiệt độ hoạt động	Phụ thuộc vào mẫu thiết bị đã chọn
Quy trình lắp đặt	Kết nối ren, giá đỡ lắp đặt hoặc cấu trúc khác; Vật liệu cảm biến / vỏ bọc –
; Vật liệu được lựa chọn dựa trên loại môi trường truyền dẫn và điều kiện môi trường –	; Vật liệu cáp –
	Tùy thuộc vào cấu trúc cảm biến và điều kiện lắp đặt.

Đối với một trường hợp cụ thể METRAVON Bộ truyền tín hiệu mức siêu âm, Phạm vi đo, độ chính xác, nguồn điện, chỉ số bảo vệ và giao diện tín hiệu cần được xác nhận từ tài liệu kỹ thuật tương ứng của sản phẩm.

4. Các ứng dụng điển hình

Giám sát ở cấp độ công nghiệp

Các ứng dụng điển hình bao gồm bể chứa nước công nghiệp, bể quy trình, bể xử lý nước thải, các hồ chứa nước sạch, bể thu gom, trạm bơm và hệ thống xử lý nước thô.

Các tín hiệu cấp độ có thể được kết nối với PLC hoặc các hệ thống điều khiển nhằm mục đích giám sát liên tục. cảnh báo và điều khiển bơm.

– Giám sát mức nước nông nghiệp;

– Các ứng dụng bao gồm bể tưới, hồ chứa nông nghiệp, bể lưu trữ nước, các kênh dẫn và bể chứa tưới bón kết hợp;

– khi được kết hợp với các thiết bị ghi dữ liệu và thiết bị truyền thông, Thông tin về mực nước có thể được giám sát từ xa.

Giám sát hệ thống thoát nước đô thị và hiện tượng ngập đường;

Các cảm biến siêu âm có thể được sử dụng trên các tuyến đường ở vùng trũng, các đường hầm dưới lòng đường, các kênh thoát nước, các giếng thu nước mưa và hệ thống thoát nước đô thị

Dữ liệu đo lường có thể hỗ trợ cảnh báo lũ lụt, điều khiển bơm thoát nước và giám sát từ xa.

Kiến trúc giám sát từ xa điển hình:

Bộ truyền mức bằng sóng siêu âm → Thiết bị ghi dữ liệu → 4G / LoRa WAN → Nền tảng giám sát từ xa

Trong các ứng dụng nông nghiệp, các bộ truyền mức bằng sóng siêu âm chủ yếu được sử dụng để giám sát mức nước hoặc mức chất lỏng. Các thiết bị này không được thiết kế để đo trực tiếp độ ẩm đất. Độ ẩm đất cần được đo bằng cảm biến độ ẩm đất chuyên dụng. Thiết bị đo mức radar tần số 80 GHz, chịu nhiệt độ cao

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo mức bằng sóng siêu âm;

– Bọt.

Khối xốp dày có thể hấp thụ hoặc làm suy yếu tín hiệu phản hồi siêu âm.

: Hơi nước và hơi;

: Hơi nước hoặc hơi ở nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng âm.

Nhiệt độ

: Nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến tốc độ truyền âm, do đó việc bù nhiệt độ thường được áp dụng.

: Chuyển động bề mặt;

: Sự khuấy động mạnh hoặc dòng khí xâm nhập nhanh có thể gây ra hiện tượng hồi âm không ổn định.

Các vật cản: ống dẫn, thang, dầm và các cấu trúc nội bộ khác có thể tạo ra các tiếng vang không mong muốn.

6. Cách lựa chọn bộ truyền sóng siêu âm

Các tiêu chí lựa chọn	Thông tin cần xác nhận
Môi trường đo	Nước, nước thải, dầu hoặc chất lỏng hóa chất
Khoảng cách đo tối đa	Khoảng cách từ cảm biến đến mức chất lỏng thấp nhất được dự kiến
; Mức chất lỏng tối đa	; Xác nhận rằng mức chất lỏng cao nhất vẫn nằm ngoài vùng chết
; Điều kiện vận hành	; Bọt, hơi, biến đổi nhiệt độ và chuyển động bề mặt
; Môi trường lắp đặt	: trong nhà, ngoài trời, trong bồn chứa, trong bể chứa hoặc trong kênh hở
Tín hiệu đầu ra:	– 4-20mA hoặc RS485;
– Truyền thông;	– Có yêu cầu Modbus RTU hay không;
– Tích hợp hệ thống;	– PLC, RTU, SCADA, thiết bị ghi dữ liệu hoặc nền tảng IoT;
– Yêu cầu bảo vệ;	– Được lựa chọn dựa trên điều kiện môi trường tại hiện trường

Đối với các dự án giám sát từ xa, cần cân nhắc cả các giao diện truyền thông lẫn khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai. Điều này cho phép thiết bị truyền mức tích hợp dễ dàng hơn với hệ thống tự động hóa và cơ sở hạ tầng IoT hiện có.

– Câu hỏi thường gặp

– Câu hỏi 1: Thiết bị truyền mức siêu âm có cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng không?

– Câu trả lời 1: Không. Cảm biến thường được lắp đặt phía trên mặt chất lỏng và đo khoảng cách dựa trên thời gian truyền của xung siêu âm.

– Câu hỏi 2: Thiết bị truyền mức siêu âm có thể đo được nước thải không?

A2: Có. Thiết bị này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng xử lý nước thải, tuy nhiên cần đánh giá hiện tượng tạo bọt, hiện tượng bốc hơi và chuyển động trên bề mặt.

Q3: Cảm biến siêu âm có thể đo mức nước trong các bồn chứa được không?

A3: Có. Các bồn chứa nước, hồ chứa và bồn lưu trữ là những ứng dụng phổ biến.

Q4: Thiết bị truyền tín hiệu mức bằng siêu âm có hỗ trợ giao tiếp RS485 không?

A4: Một số mẫu thiết bị công nghiệp cung cấp khả năng giao tiếp RS485 và hỗ trợ giao thức Modbus RTU.

Q5: Tại sao lại cần bù nhiệt độ?

A5: Nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh. Việc bù nhiệt độ giúp giảm sai số đo khoảng cách phát sinh.

Q6: Chất xốp có ảnh hưởng đến việc đo mức độ bằng sóng siêu âm không?

A6: Có. Bọt dày có thể làm giảm cường độ của tín hiệu siêu âm phản xạ và cần được đánh giá trong quá trình lựa chọn.

Q7: Thiết bị truyền tín hiệu siêu âm dùng ngoài trời có được sử dụng không?

A7: Có. Chỉ số bảo vệ và cấu trúc lắp đặt cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện mưa, nhiệt độ và đặc điểm của khu vực lắp đặt.

Q8: Thiết bị truyền tín hiệu siêu âm có thể kết nối trực tiếp với PLC không?

A8: Có.Tùy theo giao diện đầu vào của PLC, có thể sử dụng tín hiệu 4-20mA hoặc giao thức truyền thông RS485 Modbus.

– Kết luận

Bộ truyền tín hiệu mức độ siêu âm là thiết bị đo mức liên tục không tiếp xúc, hoạt động dựa trên công nghệ thời gian bay sóng siêu âm. Nó có thể được áp dụng cho các bể công nghiệp, hệ thống xử lý nước, hệ thống lưu trữ nước tưới tiêu và hệ thống giám sát tình trạng ngập lụt tại khu vực đô thị.

Hiệu quả vận hành phụ thuộc vào phạm vi đo, vùng không hoạt động, lớp bọt, hơi, nhiệt độ, điều kiện bề mặt chất lỏng, vị trí lắp đặt và giao diện tín hiệu. METRAVON Các sản phẩm đo mức bằng sóng siêu âm có thể được tích hợp với PLC các RTU, hệ thống thu thập dữ liệu và nền tảng giám sát IoT từ xa theo yêu cầu của dự án, hỗ trợ các hệ thống giám sát cấp độ tương thích và có khả năng mở rộng.