Cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng cùng đo áp suất cột chất lỏng. Tuy nhiên cách lắp đặt và khả năng chịu môi chất khác nhau hoàn toàn. Thả chìm xuống đáy bể là cách nhanh và rẻ nhất, đến khi bể có bùn, có cánh khuấy hoặc có áp suất dư thì bài toán đổi hẳn. Lúc đó, việc khoét lỗ lắp cảm biến màng ở thành bồn là lựa chọn bắt buộc. Bài viết này của Việt Trung sẽ phân tích dựa trên kinh nghiệm công trình để bạn có thể chọn đúng loại ngay từ đầu, tránh phải đổi thiết bị sau khi chạy thử.

1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng

Hai loại cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng đều quy về một công thức: áp suất thủy tĩnh P = ρ × g × h. Biết áp suất và tỷ trọng, bộ chuyển đổi tính ra chiều cao cột lỏng rồi xuất tín hiệu 4-20 mA. Nếu bạn cần nắm nền tảng trước khi đi vào chi tiết, bạn có thể tham khảo bài viết cảm biến mức là gì để hiểu các nhóm công nghệ đo mức. Khác biệt nằm ở chỗ cảm biến đặt ở đâu và màng cảm biến tiếp xúc với môi chất bằng cách nào.

Cảm biến đo mức thủy tĩnh thả chìm (Submersible Level Transmitter)

Đây là loại đầu dò hình trụ thả chìm xuống đáy bể hoặc giếng, nối với cáp chuyên dụng chạy lên tủ điều khiển. Trong lõi cáp có một ống mao dẫn (vent tube) dẫn áp suất khí quyển đến mặt sau của màng cảm biến. Nhờ vậy cảm biến đo áp suất tương đối, tức chỉ phần áp do cột chất lỏng tạo ra, còn áp suất khí quyển được triệt tiêu. Đầu dò thường là thép không gỉ 316L, có loại bọc PTFE hoặc Titanium cho môi trường ăn mòn, màng cảm biến nằm sau một nắp chụp có khe để bảo vệ.

Cơ chế đo cho thấy cột nước càng cao thì áp lên màng càng lớn. Cảm biến không cần gá cố định vào thành bể, chỉ cần treo đúng độ sâu và cố định cáp. Đó là lý do loại này được dùng nhiều ở giếng khoan, hố thu và hồ chứa mà không thể thi công cơ khí trên thành.

Cảm biến đo mức dạng màng (Flush Diaphragm)

Loại này có thân lắp cố định vào bồn qua ren (G1", G1½", NPT) hoặc mặt bích (flange DN50, DN80), hoặc kẹp clamp trong ngành thực phẩm. Với dạng Flush Diaphragm, màng đo nằm sát mặt trong của thành bồn, không có lỗ dẫn áp hay khoang chết nên cặn không có chỗ tích tụ. Với bồn có nhiệt độ cao hoặc môi chất đặc biệt, người ta dùng màng cách ly nối với bộ chuyển đổi qua ống mao dẫn chứa dầu truyền áp (diaphragm seal).

Cảm biến được lắp ngang thân hoặc đáy bồn, và áp suất của môi chất đẩy trực tiếp lên màng cách ly. Vị trí lắp chính là điểm zero của phép đo, nên bạn phải tính chiều cao từ tâm màng đến đáy bồn khi cài đặt.

2. Bảng so sánh cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng

Bảng dưới đây là phần so sánh cảm biến đo mức áp suất thủy tĩnh và màng theo các tiêu chí kỹ sư thường cân nhắc khi lập hồ sơ thiết bị. Số liệu mang tính định hướng, bạn cần đối chiếu với datasheet của model cụ thể trước khi chốt.

3. Ưu nhược điểm và sai số vận hành của cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng

Lý thuyết cho hai loại ngang nhau, nhưng sai số thực tế của cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng lại phân hóa mạnh khi môi chất có cặn, độ nhớt hoặc áp suất. Phần này tập trung vào hai tình huống hay gây sự cố nhất ở nhà máy.

Đo mức chất lỏng sệt, nhớt, bùn thải

Với bùn thải, mật rỉ, sữa, bột giấy hay các dung dịch tạo màng, cảm biến thả chìm thường hỏng theo một kịch bản quen thuộc. Chất bẩn bám dần vào khe nắp chụp, đóng thành lớp khô cứng và bịt lỗ nhận áp. Lúc này màng không còn cảm nhận đúng áp suất cột lỏng, giá trị đo trôi chậm theo thời gian và PLC hiển thị mức sai mà không báo lỗi gì. Đây là nguyên nhân phổ biến khiến cảm biến đo mức báo sai số dù thiết bị vẫn cấp tín hiệu 4-20 mA bình thường. Việc kéo lên vệ sinh định kỳ cũng chỉ giải quyết tạm thời.

Màng phẳng giải quyết gốc rễ vấn đề vì không có khoang để cặn lọt vào. Bề mặt trơn, phẳng với thành bồn nên dòng chảy hoặc dung dịch rửa quét sạch được lớp bám. Dòng clamp vệ sinh còn chịu được quy trình CIP/SIP trong ngành thực phẩm và dược, bạn chỉ cần kiểm tra dải nhiệt độ cho phép của model trước khi áp dụng chu trình hơi nóng. 

Cảm biến áp suất thủy tĩnh bồn kín và bồn hở

Cảm biến áp suất thủy tĩnh bồn kín và bồn hở là hai bài toán khác nhau, và nhiều sự cố đến từ việc dùng nhầm. Cảm biến thả chìm chỉ phù hợp bồn hở, giếng sâu và hố thu, nơi mặt thoáng thông với khí quyển. Ống mao dẫn trong cáp lấy áp suất khí quyển làm chuẩn, nên nếu bồn kín có áp dư, áp suất phía trên mặt lỏng cộng thêm vào phép đo và mức hiển thị bị cao ảo.

Với bồn kín có áp suất, bạn cần đo vi sai (Differential Pressure). Cổng cao (HP) lắp ở đáy bồn qua màng cách ly, cổng thấp (LP) nối lên phần khí phía trên bồn. Bộ chuyển đổi tự trừ áp suất dư và chỉ giữ lại áp suất cột lỏng. Nếu hơi trong bồn ngưng tụ thì nên dùng bình ngưng hoặc chân ướt (wet leg), còn bồn nhiệt độ cao, môi chất ăn mòn thì dùng hai màng cách ly có mao dẫn. Lưu ý rằng chiều dài và nhiệt độ mao dẫn ảnh hưởng đến độ chính xác, cần thể hiện trong phần tính toán chọn thiết bị.

4. Cách chọn cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng theo từng bài toán công trình

Sau khi so sánh nguyên lý, câu hỏi cuối cùng là chọn cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng cho bể của bạn. Cách nhanh nhất là bắt đầu từ môi chất và điều kiện lắp đặt. Mặt thoáng hở, nước sạch, thành bể khó thi công thì nghiêng về thủy tĩnh, còn có cặn, nhớt, cánh khuấy hoặc áp suất thì nghiêng về dạng màng.

Chọn cảm biến mức thủy tĩnh khi:

• Giếng khoan sâu, nơi không thể gá thiết bị lên thành giếng.

• Hồ chứa thủy điện, sông ngòi, kênh hở, thay đổi mực nước lớn.

• Hố thu trạm bơm nước thải với chất lỏng loãng. Nếu có khí biogas, hãy chọn phiên bản chống cháy nổ Ex ia.

• Bồn nước sạch thành cao, việc khoét lỗ mặt bích ở đáy tốn kém hoặc làm mất bảo hành bồn.

Chọn cảm biến mức dạng màng khi:

• Bồn chứa bùn vi sinh, bể keo tụ tạo bông, nơi cặn dày và bám dính.

• Dung dịch thực phẩm như sữa, dầu ăn cần vệ sinh sạch và kết nối clamp.

• Bồn khuấy hóa chất có cánh khuấy cơ học, không thể thả dây cáp vì sẽ bị cuốn vào cánh.

Một lưu ý thực tế khi lắp màng cạnh cánh khuấy: không nên đặt ngay vùng xoáy sát cánh. Dòng chảy tạo áp suất động làm tín hiệu nhảy liên tục. Hãy lắp xa cánh hoặc sau vách chắn, kết hợp tăng thời gian lọc nhiễu vài giây trong cài đặt. Với cảm biến thả chìm, cần cố định cáp bằng giá treo hoặc ống bảo vệ để đầu dò không đập vào đáy bể, tránh lắc làm nhiễu số đo.

Về vật liệu, nước thải và hóa chất ăn mòn thường dùng PTFE hoặc Titanium cho phần tiếp xúc, còn nước sạch và thực phẩm thì Inox 316L là đủ. Dải đo nên chọn sao cho mức làm việc nằm trong 50-80% thang đo. Không nên chọn thang quá lớn vì sai số tuyệt đối sẽ tăng.

5. Mua cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng ở đâu uy tín, chuẩn kỹ thuật?

Chọn đúng nguyên lý mới là một nửa vấn đề, nửa còn lại là mua cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng đúng thông số, đúng hàng chính hãng. Một thiết bị sai dải đo hoặc sai vật liệu có thể hỏng sau vài tuần, và chi phí dừng máy luôn lớn hơn chi phí thiết bị.

Việt Trung High Tech là đơn vị phân phối và cung cấp giải pháp đo lường tự động hóa công nghiệp, với những điểm bạn có thể kiểm chứng khi làm việc:

• Năng lực kỹ thuật: Đội ngũ kỹ sư I&C tư vấn tính toán theo thông số thực tế như tỷ trọng môi chất, nhiệt độ, áp suất bồn và chiều dài cáp dẫn, không chỉ bán thiết bị theo mã.

• Cam kết chất lượng: Hàng chính hãng 100%, có đầy đủ CO (chứng nhận xuất xứ) và CQ (chứng nhận chất lượng), kèm giấy kiểm định hiệu chuẩn khi dự án yêu cầu.

• Phân phối ủy quyền: Đại diện nhiều thương hiệu thiết bị đo lường lớn, bạn có thể xem thêm thông tin TẠI ĐÂY.

• Kho hàng sẵn có: Đủ các dải đo phổ biến 0 - 1m, 2m, 5m, 10m, 20m, vật liệu PTFE, Titanium, Inox 316L, hỗ trợ giao hỏa tốc cho công trình gặp sự cố.

• Bảo hành: 6-12 tháng, 1 đổi 1 với lỗi nhà sản xuất, đồng hành hỗ trợ cấu hình và cài đặt.

Đừng để việc chọn sai loại cảm biến làm gián đoạn dây chuyền hoặc tốn chi phí đổi trả. Hãy liên hệ ngay Việt Trung qua Hotline …, gửi bản vẽ hoặc thông số bồn bể để nhận tư vấn giải pháp tối ưu và bảng báo giá dự án cạnh tranh nhất.

6. Câu hỏi thường gặp về cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng

Các câu hỏi dưới đây là những thắc mắc kỹ thuật thường gặp nhất khi kỹ sư và bộ phận mua hàng lập hồ sơ chọn cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng.

6.1. Cáp của cảm biến đo mức thủy tĩnh có cắt ngắn hoặc nối dài tùy ý được không?

Về nguyên tắc là không nên. Trong cáp có ống mao dẫn dẫn khí quyển đến mặt sau màng. Nếu cắt cáp và để hở đầu ống, hơi ẩm lọt vào sẽ ngưng tụ, làm lệch zero và có thể hỏng cảm biến. Muốn nối dài hoặc rút ngắn, bạn phải dùng hộp đấu nối có bộ thở khí (vent filter, thường kèm hạt hút ẩm) để vẫn giữ đường thông khí. Cách tốt nhất là báo chiều dài cáp chính xác khi đặt hàng.

6.2. Cảm biến dạng màng có chịu được bồn có cánh khuấy mạnh không?

Chịu được về mặt cơ khí, vì thân cố định và không có phần nào bị cuốn. Vấn đề là áp suất động của dòng xoáy làm tín hiệu dao động. Hãy lắp xa vùng xoáy, tăng damping và nếu cần, đo trong vùng tĩnh hơn của bồn.

6.3. Tỷ trọng chất lỏng thay đổi thì hai cảm biến này có bị sai số không và xử lý thế nào?

Có, cả hai đều đo áp suất rồi quy ra chiều cao theo tỷ trọng đã cài đặt. Ví dụ cảm biến hiệu chuẩn theo nước cho dải 0-5 m, khi đo dung dịch tỷ trọng 1,2 và mức thực 4 m thì hiển thị khoảng 4,8 m. Bạn xử lý bằng cách nhập đúng tỷ trọng vào bộ chuyển đổi hoặc PLC. Nếu tỷ trọng biến động liên tục, cần bù tỷ trọng theo cảm biến tỷ trọng hoặc chuyển sang đo không phụ thuộc tỷ trọng như radar.

6.4. Cảm biến thả chìm có dùng được cho bồn kín có áp suất không?

Không nên, vì cáp lấy áp suất khí quyển làm chuẩn, áp dư trong bồn sẽ làm số đo lệch. Bồn kín nên dùng đo vi sai với màng cách ly.

6.5. Chọn dải đo thế nào cho chuẩn?

Dải đo phải lớn hơn mức cao nhất cần đo, lý tưởng là mức làm việc nằm trong khoảng 50-80% thang đo. Cần tính cả tỷ trọng: với chất lỏng nặng, áp suất cột lỏng tăng và có thể vượt dải của model chọn.

6.6. Tín hiệu ngõ ra nên chọn loại nào?

Phổ biến nhất là 4-20 mA hai dây cấp nguồn 24 VDC, truyền xa, tương thích PLC/SCADA. Nếu cần cấu hình từ xa, hãy chọn model có thêm HART hoặc RS485 Modbus.

6.7. Bao lâu thì cần hiệu chuẩn lại?

Thường 12 tháng một lần, hoặc sớm hơn nếu môi trường nhiều cặn, rung hoặc nhiệt độ thay đổi lớn. Với hệ thống phải tuân thủ GMP/ISO, hãy lưu chứng chỉ hiệu chuẩn từng lần.

6.8. Khi nào nên bỏ cảm biến áp suất để chuyển sang siêu âm hoặc radar?

Khi môi chất rất ăn mòn, có bọt dày, hoặc bạn muốn đo không tiếp xúc để giảm bảo trì. Bể hở sạch có thể dùng siêu âm, còn bồn hóa chất có hơi hoặc áp suất nên cân nhắc radar.

7. Kết luận

Việc lựa chọn giữa cảm biến mức thủy tĩnh và dạng màng phụ thuộc vào đặc tính môi chất và kết cấu bồn chứa. Cảm biến thủy tĩnh thả chìm phù hợp với bể hở, nước sạch hoặc giếng sâu, với ưu điểm là chi phí thấp và lắp đặt nhanh. Đối với môi chất sệt, nhiều cặn, bồn có cánh khuấy hoặc bồn kín chịu áp, cảm biến dạng màng đảm bảo độ ổn định của phép đo tốt hơn. Trước khi đặt hàng cần xác định đầy đủ tỷ trọng, độ nhớt, nhiệt độ và áp suất làm việc của bồn nhằm hạn chế việc tháo lắp, thay thế sau khi đưa vào vận hành.