Cảm biến mức - Level sensors

Wiki về Cảm biến mức Level sensors là gì? Phân loại, ứng dụng

Cũng như với các loại cảm biến khác, cảm biến mức có sẵn hoặc có thể được thiết kế bằng nhiều nguyên tắc cảm biến khác nhau. Việc lựa chọn một loại cảm biến phù hợp với yêu cầu của ứng dụng là rất quan trọng.
Wiki về Cảm biến mức Level sensors là gì? Phân loại, ứng dụng

Cảm biến mức Level sensors là gì?

Cấu tạo bên trong của một Cảm biến mức Level sensor đặc trưng

Cảm biến mức phát hiện mức chất lỏng và các chất lỏng khác và chất rắn hóa lỏng, bao gồm cả bùn, vật liệu dạng hạt và bột thể hiện bề mặt tự do phía trên. Các chất mà dòng chảy trở nên cơ bản nằm ngang trong các thùng chứa của chúng (hoặc các ranh giới vật lý khác) vì trọng lực trong khi hầu hết các đống chất rắn khối lượng lớn ở một góc hồi phục đến đỉnh. Chất được đo có thể nằm trong thùng chứa hoặc có thể ở dạng tự nhiên của nó (ví dụ: một con sông hoặc hồ nước). Việc đo mức có thể là giá trị liên tục hoặc điểm. Cảm biến mức liên tục đo mức trong phạm vi được chỉ định và xác định lượng chất chính xác ở một nơi nhất định, trong khi cảm biến mức điểm chỉ cho biết liệu chất ở trên hay dưới điểm cảm biến. Nói chung sau này phát hiện mức độ quá cao hoặc thấp.

Có nhiều biến vật lý và ứng dụng ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp theo dõi mức tối ưu cho các quy trình công nghiệp và thương mại. Các tiêu chí lựa chọn bao gồm vật lý: pha (chất lỏng, rắn hoặc bùn), nhiệt độ, áp suất hoặc chân không, hóa học, hằng số điện môi trung bình, mật độ (trọng lượng riêng) trung bình, kích động (hành động), tiếng ồn âm thanh hoặc điện, rung, cơ khí sốc, bể hoặc bin kích thước và hình dạng. Điều quan trọng nữa là các hạn chế về ứng dụng: giá cả, độ chính xác, sự xuất hiện, tỷ lệ đáp ứng, dễ dàng hiệu chuẩn hoặc lập trình, kích thước vật lý và gắn thiết bị, giám sát hoặc kiểm soát các mức liên tục hoặc rời rạc (điểm). Trong ngắn hạn, cảm biến mức là một trong những cảm biến rất quan trọng và đóng vai trò rất quan trọng trong một loạt các ứng dụng của người tiêu dùng / công nghiệp. Cũng như với các loại cảm biến khác, cảm biến mức có sẵn hoặc có thể được thiết kế bằng nhiều nguyên tắc cảm biến khác nhau. Việc lựa chọn một loại cảm biến phù hợp với yêu cầu của ứng dụng là rất quan trọng.
 

Phát hiện mức tại một điểm và liên tục cho các chất rắn

Một loạt các cảm biến có sẵn để phát hiện mức độ đậm đặc hoặc độ rắn. Chúng bao gồm cảm biến: rung (vibrating), xoay mái chèo (rotating paddle), cơ khí (mechanical (diaphragm)), vi sóng (radar), điện dung (capacitance), quang học (optical), cảm biến mức siêu âm (ultrasonic level) và siêu âm (pulsed-ultrasonic).
 

Điểm rung (Vibrating point)



Chúng phát hiện mức bột rất mịn (mật độ khối lượng: 0,02 g / cm3 - 0,2 g / cm3), bột mịn (mật độ khối: 0,2 - 0,5 g / cm3) và chất rắn dạng hạt (mật độ khối: 0,5 g / cm3 hoặc lớn hơn) . Với lựa chọn tần số rung thích hợp và điều chỉnh độ nhạy thích hợp, chúng cũng có thể cảm nhận được mức độ bột hóa lỏng và vật liệu tĩnh điện cao.

Cảm biến mức rung đầu dò đơn (Single-probe vibrating level sensors) là lý tưởng cho mức bột số lượng lớn. Vì chỉ có một phần tử cảm biến tiếp xúc với bột, nên việc bắc cầu giữa hai phần tử thăm dò được loại bỏ và việc xây dựng phương tiện truyền thông được giảm thiểu. Độ rung của đầu dò có xu hướng loại bỏ sự tích tụ vật liệu trên phần tử thăm dò. Cảm biến mức rung không bị ảnh hưởng bởi bụi, tích điện tích tĩnh từ bột điện môi, hoặc thay đổi độ dẫn điện, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm hoặc độ ẩm. Cảm biến rung kiểu cảm biến điều chỉnh là một lựa chọn thay thế khác. Chúng có xu hướng ít tốn kém hơn, nhưng dễ bị tích tụ vật chất giữa các loại thiếc,


 

Xoay mái chèo Rotating paddle



Các cảm biến cấp độ cánh xoay (Rotating paddle level sensors) là một kỹ thuật rất cũ và được thiết lập cho chỉ báo mức điểm rắn khối lượng lớn. Kỹ thuật này sử dụng một động cơ có tốc độ thấp để quay một bánh xe. Khi mái chèo bị kẹt bởi vật liệu rắn, động cơ được xoay trên trục của nó bằng mô-men xoắn riêng của nó cho đến khi mặt bích gắn trên động cơ tiếp xúc với công tắc cơ học. Các mái chèo có thể được xây dựng từ nhiều loại vật liệu, nhưng vật liệu dính phải không được phép xây dựng trên mái chèo. Việc xây dựng có thể xảy ra nếu vật liệu xử lý trở nên dính bởi độ ẩm cao hoặc độ ẩm môi trường cao trong phễu. Đối với vật liệu có khối lượng rất thấp trên một đơn vị thể tích như Perlite, Bentonite hoặc tro bay, thiết kế mái chèo đặc biệt và động cơ mô-men xoắn thấp được sử dụng. Các hạt mịn hoặc bụi phải được ngăn chặn xâm nhập vào các vòng bi trục và động cơ bằng cách đặt đúng vị trí của mái chèo trong phễu hoặc thùng và sử dụng các con dấu thích hợp.
 

Kiểu dẫn nạp Admittance-type



Cảm biến mức độ nhận tín hiệu RF (RF Admittance level sensor) sử dụng đầu dò que và nguồn RF để đo lường sự thay đổi trong việc truy nhập. Đầu dò được điều khiển thông qua một cáp đồng trục được che chắn để loại bỏ tác động của việc thay đổi điện dung cáp xuống đất. Khi mức thay đổi xung quanh đầu dò, một sự thay đổi tương ứng trong di-điện được quan sát thấy. Điều này thay đổi sự thừa nhận của tụ điện không hoàn hảo này và thay đổi này được đo để phát hiện sự thay đổi mức.
 

Phát hiện mức điểm của chất lỏng

Các hệ thống tiêu biểu cho phát hiện mức điểm trong chất lỏng bao gồm phao từ và cơ khí, cảm biến áp suất, cảm biến điện hoặc thiết bị dò tĩnh điện (điện dung hoặc cảm) - và bằng cách đo thời gian của tín hiệu đến bề mặt chất lỏng, thông qua điện từ (chẳng hạn như magnetostrictive), siêu âm, radar hoặc cảm biến quang học.
 

Phao từ và cơ học Magnetic and mechanical float



Nguyên tắc đằng sau các cảm biến mức từ, cơ học, cáp và các cảm biến mức phao khác thường liên quan đến việc mở hoặc đóng công tắc cơ học, hoặc thông qua tiếp xúc trực tiếp với công tắc hoặc hoạt động từ của cây sậy. Trong các trường hợp khác, chẳng hạn như các cảm biến từ tính, có thể theo dõi liên tục bằng cách sử dụng một nguyên tắc nổi.

Với các cảm biến nổi hoạt động từ tính, chuyển mạch xảy ra khi nam châm vĩnh cửu bịt kín bên trong phao nổi hoặc rơi xuống mức hành động. Với một phao động cơ được chuyển động cơ học, chuyển mạch xảy ra do sự chuyển động của phao chống lại một công tắc thu nhỏ (vi mô). Đối với cả cảm biến mức float từ và cơ học, khả năng tương thích hóa học, nhiệt độ, trọng lượng riêng (mật độ), độ nổi và độ nhớt ảnh hưởng đến việc lựa chọn thân và phao. Ví dụ, phao lớn hơn có thể được sử dụng với các chất lỏng có trọng lượng riêng thấp tới 0,5 trong khi vẫn duy trì nổi. Sự lựa chọn vật liệu nổi cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ gây ra trong lực hấp dẫn và độ nhớt cụ thể - những thay đổi trực tiếp ảnh hưởng đến nổi.

Cảm biến dạng phao có thể được thiết kế sao cho lá chắn bảo vệ bản thân khỏi sự hỗn loạn và chuyển động sóng. Cảm biến nổi hoạt động tốt trong nhiều loại chất lỏng, bao gồm cả chất ăn mòn. Tuy nhiên, khi được sử dụng cho các dung môi hữu cơ, người ta sẽ cần xác minh rằng các chất lỏng này tương thích về mặt hóa học với các vật liệu được sử dụng để xây dựng cảm biến. Cảm biến dạng phao không nên được sử dụng với chất lỏng có độ nhớt cao (dày), bùn hoặc chất lỏng bám vào thân hoặc phao nổi, hoặc các vật liệu có chứa chất gây ô nhiễm như chip kim loại; các công nghệ cảm biến khác phù hợp hơn cho các ứng dụng này.

Một ứng dụng đặc biệt của cảm biến kiểu phao là xác định cấp độ giao diện trong các hệ thống tách dầu-nước. Hai phao nổi có thể được sử dụng với mỗi phao có kích thước để phù hợp với trọng lượng riêng của dầu trên một mặt, và nước ở mặt kia. Một ứng dụng đặc biệt khác của công tắc phao loại gốc là lắp đặt bộ cảm biến nhiệt độ hoặc áp suất để tạo cảm biến đa thông số. Công tắc phao từ phổ biến cho sự đơn giản, đáng tin cậy và chi phí thấp.

Một biến thể của cảm biến từ tính là cảm biến "hiệu ứng Hall" sử dụng cảm biến từ tính của các chỉ báo của máy đo cơ học. Trong một ứng dụng điển hình, một "cảm biến hiệu ứng Hall" nhạy cảm từ tính được gắn vào một máy đo bể cơ học có một kim chỉ số từ hóa, để phát hiện vị trí chỉ ra của kim của máy đo. Cảm biến từ tính dịch vị trí kim chỉ thị thành tín hiệu điện, cho phép chỉ báo hoặc tín hiệu khác (thường là từ xa).
 

Khí nén Pneumatic

Pneumatic level sensors

Các cảm biến mức khí nén (Pneumatic level sensors) được sử dụng ở những nơi có điều kiện nguy hiểm, nơi không có điện hoặc việc sử dụng điện hoặc bị hạn chế trong bùn hoặc bùn. Khi nén một cột không khí chống lại một cơ hoành được sử dụng để kích hoạt một công tắc, không có chất lỏng quá trình tiếp xúc với các bộ phận chuyển động của cảm biến. Các cảm biến này phù hợp để sử dụng với các chất lỏng có độ nhớt cao như mỡ, cũng như các chất lỏng có tính ăn mòn và nước. Điều này có lợi ích bổ sung là một kỹ thuật chi phí tương đối thấp cho việc giám sát mức điểm. Một biến thể của kỹ thuật này là "bọt xà bông", nén khí vào một ống ở đáy bể, cho đến khi áp suất tăng lên khi áp suất không khí đủ cao để đẩy bong bóng khí ra khỏi đáy ống, vượt qua áp suất đó. Việc đo áp suất không khí ổn định cho thấy áp suất ở đáy bể, và do đó, khối lượng chất lỏng ở trên.
 

Dẫn điện Conductive

Cảm biến mức dẫn điện (Conductive level sensors)

Cảm biến mức dẫn điện (Conductive level sensors) lý tưởng cho việc phát hiện mức điểm của một loạt các chất lỏng dẫn điện như nước, và đặc biệt thích hợp cho các chất lỏng ăn mòn cao như xút ăn da, axit clohydric, axit nitric, clorua sắt và các chất lỏng tương tự. Đối với những chất lỏng dẫn điện có tính ăn mòn, các điện cực của cảm biến cần phải được chế tạo từ titan, Hastelloy B hoặc C hoặc 316 thép không gỉ và được cách nhiệt bằng miếng đệm, bộ tách hoặc vật liệu bằng gốm, polyethylene và Teflon. Tùy thuộc vào thiết kế của chúng, nhiều điện cực có độ dài khác nhau có thể được sử dụng với một giá đỡ. Vì các chất lỏng ăn mòn trở nên hung dữ hơn khi nhiệt độ và áp suất tăng lên, các điều kiện khắc nghiệt này cần được xem xét khi chỉ định các cảm biến này.

Cảm biến mức độ dẫn điện sử dụng nguồn điện có giới hạn dòng điện áp thấp, được áp dụng trên các điện cực riêng biệt. Nguồn cung cấp được kết hợp với độ dẫn điện của chất lỏng, với các phiên bản điện áp cao hơn được thiết kế để hoạt động trong môi trường dẫn điện thấp hơn (độ bền cao hơn). Nguồn điện thường xuyên kết hợp một số khía cạnh kiểm soát, chẳng hạn như điều khiển máy bơm cao hoặc thấp. Một chất lỏng dẫn điện tiếp xúc với cả đầu dò dài nhất (phổ biến) và đầu dò ngắn hơn (trở lại) hoàn thành một mạch dẫn điện. Cảm biến dẫn điện cực kỳ an toàn vì chúng sử dụng điện áp thấp và dòng điện. Vì hiện tại và điện áp được sử dụng vốn nhỏ, vì lý do an toàn cá nhân, kỹ thuật này cũng có khả năng được thực hiện “An toàn nội tại” để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế cho các vị trí nguy hiểm. Đầu dò dẫn điện có lợi ích bổ sung là thiết bị trạng thái rắn và rất đơn giản để cài đặt và sử dụng. Trong một số chất lỏng và ứng dụng, bảo trì có thể là một vấn đề. Đầu dò phải tiếp tục dẫn điện. Nếu tích tụ cách ly đầu dò từ môi trường, nó sẽ ngừng hoạt động đúng cách. Một kiểm tra đơn giản của đầu dò sẽ yêu cầu một máy đo điện tử được kết nối qua đầu dò nghi ngờ và tham chiếu mặt đất.

Thông thường, ở hầu hết các giếng nước và nước thải, bản thân giếng có thang, máy bơm và các thiết bị kim loại khác, mang lại lợi nhuận. Tuy nhiên, trong các thùng hóa chất và các giếng không nối đất khác, bộ cài đặt phải cung cấp một mặt đất, thường là một thanh đất.
 

Màn hình tần số phụ thuộc nhà nước (State dependent frequency monitor)

Phương pháp phát hiện thay đổi trạng thái tần số (State dependent frequency monitor) được kiểm soát bằng vi xử lý sử dụng tín hiệu biên độ thấp được tạo ra trên nhiều đầu dò cảm biến có độ dài khác nhau. Mỗi đầu dò có tần số riêng biệt với tất cả các đầu dò khác trong mảng và thay đổi trạng thái độc lập khi chạm vào nước. Sự thay đổi trạng thái tần số trên mỗi đầu dò được theo dõi bởi một bộ vi xử lý có thể thực hiện nhiều chức năng điều khiển mực nước.

Cường độ giám sát tần số phụ thuộc của nhà nước là độ ổn định lâu dài của đầu dò cảm biến. Cường độ tín hiệu không đủ để gây bẩn, suy thoái hoặc suy giảm các cảm biến do điện phân trong nước bị ô nhiễm. Yêu cầu làm sạch bộ cảm biến tối thiểu hoặc bị loại bỏ. Sử dụng nhiều thanh cảm biến có độ dài khác nhau cho phép người dùng thiết lập thiết bị chuyển mạch điều khiển trực quan ở các độ cao khác nhau của nước.

Bộ vi xử lý trong bộ giám sát tần số phụ thuộc vào trạng thái có thể kích hoạt các van và / hoặc các máy bơm lớn với mức tiêu thụ điện năng rất thấp. Nhiều điều khiển chuyển đổi có thể được tích hợp vào gói nhỏ trong khi cung cấp chức năng phức tạp, ứng dụng cụ thể bằng cách sử dụng bộ vi xử lý. Tiêu thụ điện năng thấp của các điều khiển là phù hợp trên các ứng dụng trường lớn và nhỏ. Công nghệ phổ quát này được sử dụng trong các ứng dụng có chất lượng chất lỏng rộng.
 

Cảm biến cho cả việc phát hiện mức điểm hoặc theo dõi liên tục

Siêu âm Ultrasonic

Ultrasonic level sensors Cảm biến mức siêu âm

Cảm biến mức siêu âm (Ultrasonic level sensors) được sử dụng cho cảm biến mức không tiếp xúc của chất lỏng có độ nhớt cao, cũng như chất rắn số lượng lớn. Chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng xử lý nước để kiểm soát bơm và đo lưu lượng kênh mở. Các cảm biến phát ra sóng âm tần số cao (20 kHz đến 200 kHz) được phản xạ ngược lại và được phát hiện bởi bộ chuyển đổi phát ra.

Cảm biến mức siêu âm cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ thay đổi âm thanh do độ ẩm, nhiệt độ và áp suất. Các yếu tố hiệu chỉnh có thể được áp dụng cho phép đo mức để cải thiện độ chính xác của phép đo.

Sự hỗn loạn, bọt, hơi nước, sương mù hóa học (hơi) và sự thay đổi nồng độ của vật liệu xử lý cũng ảnh hưởng đến phản ứng của cảm biến siêu âm. Sự hỗn loạn và bọt ngăn sóng âm thanh phản xạ đúng cách với cảm biến; hơi nước và sương mù hóa học và hơi nước bóp méo hoặc hấp thụ sóng âm; và các biến thể về nồng độ gây ra những thay đổi về lượng năng lượng trong sóng âm được phản xạ trở lại cảm biến. Các giếng khoan và ống dẫn sóng được sử dụng để ngăn ngừa các lỗi gây ra bởi các yếu tố này.

Phải lắp đúng bộ chuyển đổi để đảm bảo đáp ứng tốt nhất với âm thanh phản xạ. Ngoài ra, phễu, thùng hoặc bể phải tương đối không có các chướng ngại vật như mối hàn, khung hoặc thang để giảm thiểu sai số sai lệch và phản ứng sai lầm kết quả, mặc dù hầu hết các hệ thống hiện đại đều có chế độ echo "thông minh" đủ để thay đổi kỹ thuật phần lớn không cần thiết ngoại trừ nơi xâm nhập chặn "đường ngắm" của bộ chuyển đổi đến đích. Vì bộ chuyển đổi siêu âm được sử dụng cho cả truyền và nhận năng lượng âm, nên nó phải chịu một khoảng thời gian rung động cơ học được gọi là "đổ chuông". Rung động này phải làm giảm (dừng) trước khi tín hiệu lặp lại có thể được xử lý. Kết quả thực là khoảng cách từ mặt của đầu dò bị mù và không thể phát hiện vật thể. Nó được gọi là "vùng trống", thường là 150mm - 1m, tùy thuộc vào phạm vi của bộ chuyển đổi.

Yêu cầu về mạch xử lý tín hiệu điện tử có thể được sử dụng để làm cho cảm biến siêu âm trở thành thiết bị thông minh. Cảm biến siêu âm có thể được thiết kế để cung cấp điều khiển mức điểm, giám sát liên tục hoặc cả hai. Do sự hiện diện của bộ vi xử lý và mức tiêu thụ điện năng tương đối thấp, khả năng truyền thông nối tiếp từ các thiết bị máy tính khác là một kỹ thuật tốt để điều chỉnh hiệu chuẩn và lọc tín hiệu cảm biến, giám sát không dây từ xa hoặc truyền thông mạng thực vật. Cảm biến siêu âm thích phổ biến rộng rãi do sự pha trộn mạnh mẽ của giá thấp và chức năng cao.
 

Điện dung Capacitance

Cảm biến mức điện dung Capacitance level sensors

Cảm biến mức điện dung (Capacitance level sensors) vượt trội trong việc cảm nhận sự hiện diện của nhiều loại chất rắn, dung dịch nước và chất lỏng hữu cơ, và bùn. Kỹ thuật này thường được gọi là RF cho tín hiệu tần số vô tuyến được áp dụng cho mạch điện dung. Các cảm biến có thể được thiết kế để cảm nhận vật liệu với các hằng số điện môi thấp tới 1,1 (than cốc và tro bay) và cao tới 88 (nước) hoặc hơn. Bùn và bùn như bánh khử nước và bùn thải (hằng số điện môi xấp xỉ 50) và các hóa chất lỏng như vôi sống (hằng số điện môi xấp xỉ 90) cũng có thể được cảm nhận. [3] Các cảm biến mức điện dung thăm dò kép cũng có thể được sử dụng để cảm nhận giao diện giữa hai chất lỏng bất khả thi với các hằng số điện môi khác nhau đáng kể, cung cấp một trạng thái rắn thay thế cho công tắc nổi từ tính nói trên cho ứng dụng "giao diện dầu-nước".

Vì các cảm biến mức điện dung là các thiết bị điện tử, điều chế pha và việc sử dụng các tần số cao hơn làm cho cảm biến phù hợp với các ứng dụng trong đó hằng số điện môi là tương tự. [11] Cảm biến không chứa các bộ phận chuyển động, chắc chắn, dễ sử dụng và dễ làm sạch, và có thể được thiết kế cho các ứng dụng nhiệt độ và áp suất cao. Một mối nguy hiểm tồn tại từ sự tích tụ và phóng điện tích tĩnh điện cao do sự cọ xát và chuyển động của vật liệu điện môi thấp, nhưng mối nguy hiểm này có thể được loại bỏ bằng thiết kế và nối đất thích hợp.

Lựa chọn vật liệu đầu dò thích hợp làm giảm hoặc loại bỏ các vấn đề do mài mòn và ăn mòn. Cảm biến mức điểm của chất kết dính và các vật liệu có độ nhớt cao như dầu mỡ có thể dẫn đến sự tích tụ vật liệu trên đầu dò; tuy nhiên, điều này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng cảm biến tự điều chỉnh. Đối với chất lỏng dễ bị tạo bọt và các ứng dụng dễ bị bắn tung tóe hoặc nhiễu loạn, các cảm biến mức điện dung có thể được thiết kế với các vòi phun nước hoặc các giếng khoan, trong số các thiết bị khác.

Một giới hạn đáng kể cho đầu dò điện dung là trong thùng cao được sử dụng để lưu trữ chất rắn số lượng lớn. Yêu cầu đối với đầu dò dẫn điện kéo dài đến đáy của dải đo được là có vấn đề. Đầu dò cáp dẫn dài (dài 20 đến 50 mét), được treo vào thùng hoặc silo, chịu sự căng cơ học cực lớn do trọng lượng của bột số lượng lớn trong silo và ma sát áp dụng cho cáp. Việc cài đặt như vậy thường sẽ dẫn đến vỡ cáp.
 

Giao diện quang học Optical interface

Cám biến mức quang học Optical level sensors

Cảm biến quang học (Optical sensors) được sử dụng cho cảm biến mức điểm của trầm tích, chất lỏng với chất rắn lơ lửng và giao diện lỏng-lỏng. Những cảm biến này cảm nhận sự giảm hoặc thay đổi trong việc truyền ánh sáng hồng ngoại phát ra từ một diode hồng ngoại (LED). Với sự lựa chọn đúng đắn của vật liệu xây dựng và vị trí lắp đặt, các cảm biến này có thể được sử dụng với các dung dịch nước, hữu cơ và ăn mòn.

Một ứng dụng phổ biến của cảm biến mức điểm giao diện quang học dựa trên hồng ngoại kinh tế là phát hiện giao diện bùn / nước trong việc lắng đọng ao. Bằng cách sử dụng kỹ thuật điều chế xung và diode hồng ngoại công suất cao, người ta có thể loại bỏ nhiễu khỏi ánh sáng xung quanh, vận hành đèn LED ở mức tăng cao hơn, và giảm bớt tác động của việc tích tụ trên đầu dò.

Một phương pháp thay thế cho cảm biến quang học liên tục liên quan đến việc sử dụng laser. Ánh sáng laser tập trung nhiều hơn và do đó có khả năng thâm nhập vào môi trường nhiều bụi hoặc ẩm ướt hơn. Ánh sáng laser sẽ phản chiếu hầu hết các bề mặt cứng, lỏng. Thời gian của chuyến bay có thể được đo với mạch thời gian chính xác, để xác định phạm vi hoặc khoảng cách của bề mặt từ cảm biến. Laser vẫn còn hạn chế trong sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp do chi phí, và mối quan tâm để bảo trì. Các quang học phải được làm sạch thường xuyên để duy trì hiệu suất.
 

Vi sóng Microwave

Cảm biến mức vi sóng Microwave sensors

Cảm biến vi sóng (Microwave sensors) lý tưởng để sử dụng trong môi trường ẩm ướt, hơi nước và bụi cũng như trong các ứng dụng trong đó nhiệt độ và áp suất thay đổi. Lò vi sóng (cũng thường được mô tả là RADAR), sẽ xâm nhập nhiệt độ và các lớp hơi có thể gây ra vấn đề cho các kỹ thuật khác, chẳng hạn như siêu âm. [3] Vi sóng là năng lượng điện từ và do đó không yêu cầu các phân tử không khí truyền năng lượng làm cho chúng hữu ích trong chân không. Vi sóng, như năng lượng điện từ, được phản ánh bởi các vật có tính dẫn điện cao, như kim loại và nước dẫn điện. Thay vào đó, chúng được hấp thụ ở các mức độ khác nhau bằng các môi trường cách điện thấp hoặc cách điện như nhựa, thủy tinh, giấy, nhiều bột và thực phẩm và các chất rắn khác.

Cảm biến vi sóng được thực hiện trong nhiều kỹ thuật khác nhau. Hai kỹ thuật xử lý tín hiệu cơ bản được áp dụng, mỗi kỹ thuật cung cấp các ưu điểm riêng: Phép đo phản xạ xung thời gian hoặc xung (TDR) là phép đo thời gian bay chia cho tốc độ ánh sáng, tương tự như cảm biến mức siêu âm và hệ thống Doppler sử dụng kỹ thuật FMCW . Cũng như các cảm biến mức siêu âm, các cảm biến vi sóng được thực hiện ở các tần số khác nhau, từ 1 GHz đến 60 GHz. Nói chung, tần suất càng cao, càng chính xác và càng tốn kém. Vi sóng được thực thi bằng kỹ thuật không tiếp xúc hoặc được hướng dẫn. Việc đầu tiên được thực hiện bằng cách theo dõi tín hiệu vi sóng được truyền qua không gian trống (bao gồm cả chân không) và phản xạ lại, hoặc có thể được thực hiện như kỹ thuật “radar trên dây”, thường được gọi là Radar hướng dẫn hoặc Radar vi sóng có hướng dẫn. Trong kỹ thuật thứ hai, hiệu năng thường cải thiện trong bột và môi trường điện môi thấp không phản xạ tốt năng lượng điện từ truyền qua một khoảng trống (như trong cảm biến vi sóng không tiếp xúc). Nhưng với kỹ thuật được hướng dẫn, các ràng buộc cơ học tồn tại gây ra các vấn đề cho các kỹ thuật điện dung (RF) được đề cập trước đó bằng cách có một đầu dò trong bình.

Cảm biến radar dựa trên vi sóng không tiếp xúc có thể nhìn thấy thông qua các cửa sổ bằng nhựa / thủy tinh "không dẫn điện" có độ dẫn điện thấp hoặc các thành mạch thông qua đó chùm tia vi sóng có thể được truyền đi và đo chất lỏng 'phản xạ vi sóng' bên trong (giống như cách dùng bát nhựa trong lò vi sóng). Chúng cũng không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, áp suất, chân không hoặc độ rung. Do các cảm biến này không cần tiếp xúc vật lý với vật liệu xử lý nên máy phát / bộ thu có thể được gắn một khoảng cách an toàn trên / từ quá trình, ngay cả với phần mở rộng ăng ten vài mét để giảm nhiệt độ, nhưng vẫn đáp ứng với những thay đổi ở mức độ hoặc thay đổi khoảng cách ví dụ chúng là lý tưởng để đo các sản phẩm kim loại nóng chảy ở trên 1200 ° C. Các máy phát vi sóng cũng mang lại lợi thế chính của ultrasonics: sự hiện diện của bộ vi xử lý để xử lý tín hiệu, cung cấp nhiều chức năng giám sát, điều khiển, liên lạc, thiết lập và chẩn đoán và độc lập thay đổi mật độ, độ nhớt và tính chất điện. Ngoài ra, họ giải quyết một số hạn chế của ứng dụng của ultrasonics: hoạt động ở áp suất cao và chân không, nhiệt độ cao, bụi, nhiệt độ và các lớp hơi. Hướng dẫn sóng Radars có thể đo trong không gian hẹp hạn chế rất thành công, như các yếu tố hướng dẫn đảm bảo truyền chính xác đến và đi từ chất lỏng đo. Các ứng dụng như ống nối bên trong hoặc cầu bên ngoài hoặc lồng, cung cấp sự thay thế tuyệt vời cho thiết bị di chuyển hoặc chuyển động, vì chúng loại bỏ bất kỳ bộ phận chuyển động hoặc mối liên kết nào và không bị ảnh hưởng bởi thay đổi mật độ hoặc tích tụ. Chúng cũng tuyệt vời với các sản phẩm phản xạ vi sóng rất thấp như khí lỏng (LNG, LPG, Amoniac) được lưu trữ ở nhiệt độ thấp / áp suất cao, mặc dù cần phải cẩn thận khi sắp xếp niêm phong và phê duyệt khu vực nguy hiểm. Trên các chất rắn và bột số lượng lớn, GWR cung cấp một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các cảm biến radar hoặc siêu âm, nhưng một số dịch vụ chăm sóc cần được thực hiện qua việc đeo cáp và tải mái bằng chuyển động của sản phẩm.

Một trong những nhược điểm lớn của kỹ thuật vi sóng hoặc radar để giám sát mức là giá tương đối cao của các cảm biến như vậy và thiết lập phức tạp. Tuy nhiên, giá đã giảm đáng kể trong vài năm qua, để phù hợp với những siêu âm tầm xa hơn, với việc thiết lập đơn giản cả hai kỹ thuật cũng cải thiện tính dễ sử dụng.
 

Đo mức chất lỏng liên tục (Continuous level measurement of liquids)

Magnetostrictive

Cảm biến mức từ tính Magnetostrictive level sensors

Cảm biến mức từ tính (Magnetostrictive level sensors) tương tự với cảm biến loại phao ở chỗ một nam châm vĩnh cửu được niêm phong bên trong một phao di chuyển lên và xuống một thân cây trong đó một dây điện từ bịt kín. Lý tưởng cho phép đo mức độ liên tục, độ chính xác cao của nhiều loại chất lỏng trong hộp chứa và vận chuyển, các cảm biến này yêu cầu sự lựa chọn phù hợp của phao dựa trên trọng lượng riêng của chất lỏng. Khi lựa chọn vật liệu nổi và thân cho các cảm biến mức từ tính, các hướng dẫn tương tự được mô tả cho các cảm biến mức float từ và cơ học được áp dụng.

Các thiết bị vị trí và mức độ từ tính tích điện từ dây điện từ với dòng điện, khi trường giao với từ trường nổi một xung hoặc xung cơ học được tạo ra, nó quay ngược lại với tốc độ của âm thanh, như siêu âm hoặc radar. theo thời gian bay từ xung đến đăng ký xung. thời gian của chuyến bay tương ứng với khoảng cách từ cảm biến phát hiện xung trở lại.

Bởi vì độ chính xác có thể với kỹ thuật từ tính, nó là phổ biến cho các ứng dụng "lưu ký chuyển giao". Nó có thể được cho phép bởi một cơ quan trọng lượng và các biện pháp để thực hiện các giao dịch thương mại. Nó cũng thường được áp dụng trên các thiết bị đo từ trường. Trong biến thể này, nam châm được lắp đặt trong một phao di chuyển bên trong một ống thủy tinh hoặc ống gage. Nam châm hoạt động trên cảm biến được gắn bên ngoài trên gage. Nồi hơi và các ứng dụng nhiệt độ hoặc áp suất cao khác tận dụng lợi thế của chất lượng hiệu suất này
 

Chuỗi điện trở Resistive chain

Cảm biến mức điện trở Resistive chain level sensors

Cảm biến mức chuỗi điện trở (Resistive chain level sensors) tương tự như cảm biến mức float từ ở chỗ một nam châm vĩnh cửu bịt kín bên trong phao di chuyển lên và xuống một thân cây, trong đó các công tắc và điện trở cách nhau chặt chẽ được niêm phong. Khi các công tắc đóng lại, điện trở được cộng lại và chuyển đổi thành tín hiệu hiện tại hoặc điện áp tỉ lệ với mức chất lỏng.

Việc lựa chọn vật liệu nổi và gốc phụ thuộc vào chất lỏng về khả năng tương thích hóa học cũng như trọng lượng riêng và các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ nổi. Những cảm biến này hoạt động tốt cho các phép đo mức chất lỏng trong biển, xử lý hóa chất, dược phẩm, chế biến thực phẩm, xử lý chất thải và các ứng dụng khác. Với sự lựa chọn thích hợp của hai phao nổi, các cảm biến mức chuỗi điện trở cũng có thể được sử dụng để giám sát sự hiện diện của một giao diện giữa hai chất lỏng không thể phân hủy có trọng lượng riêng hơn 0,6, nhưng khác nhau chỉ bằng 0,1 đơn vị.
 

Từ tính Magnetoresistive

Cảm biến mức phao từ tính Magnetoressistive float level sensors

Cảm biến mức phao từ tính (Magnetoresistance float level sensors) tương tự như cảm biến mức phao, tuy nhiên một cặp nam châm vĩnh cửu được gắn bên trong trục cánh tay phao. Khi phao di chuyển lên chuyển động và vị trí được truyền như vị trí góc của từ trường. Hệ thống phát hiện này có độ chính xác cao tới 0.02 ° chuyển động. Vị trí la bàn của trường cung cấp vị trí thực của vị trí nổi. Việc lựa chọn vật liệu nổi và gốc phụ thuộc vào chất lỏng về khả năng tương thích hóa học cũng như trọng lượng riêng và các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ nổi của phao. Hệ thống giám sát điện tử không tiếp xúc với chất lỏng và được coi là an toàn nội tại: hoặc bằng chứng nổ. Các cảm biến này hoạt động tốt cho các phép đo mức chất lỏng trong biển, xe, hàng không, chế biến hóa chất, dược phẩm, chế biến thực phẩm, xử lý chất thải và các ứng dụng khác.

Do sự hiện diện của bộ vi xử lý và mức tiêu thụ điện năng thấp, cũng có khả năng giao tiếp nối tiếp từ các thiết bị máy tính khác, đây là kỹ thuật tốt để điều chỉnh hiệu chuẩn và lọc tín hiệu cảm biến.
 

Áp lực nước (Hydrostatic pressure)

Cảm biến áp suất thủy tĩnh Hydrostatic pressure level sensors

Cảm biến áp suất thủy tĩnh (Hydrostatic pressure level sensors) là cảm biến áp suất chìm hoặc bên ngoài được gắn thích hợp để đo mức chất lỏng ăn mòn trong bể sâu hoặc nước trong hồ chứa. Thông thường, mức chất lỏng được xác định bởi áp suất ở đáy ngăn chứa chất lỏng (bể chứa hoặc hồ chứa); áp lực ở phía dưới, điều chỉnh mật độ / trọng lượng riêng của chất lỏng, cho biết độ sâu của chất lỏng. Đối với các cảm biến này, sử dụng các vật liệu tương thích về mặt hóa học là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất phù hợp. Cảm biến thương mại có sẵn từ 10mbar đến 1000bar.

Vì các cảm biến này cảm nhận được áp lực ngày càng tăng với độ sâu và bởi vì các trọng lượng riêng biệt của chất lỏng khác nhau, cảm biến phải được hiệu chỉnh chính xác cho từng ứng dụng. Ngoài ra, sự thay đổi lớn về nhiệt độ gây ra những thay đổi về trọng lượng riêng cần được tính khi áp suất được chuyển thành mức. Các cảm biến này có thể được thiết kế để giữ cho màng ngăn không bị ô nhiễm hoặc tích tụ, do đó đảm bảo vận hành thích hợp và đo mức áp suất thủy tĩnh chính xác.

Để sử dụng trong các ứng dụng không khí mở, nơi mà cảm biến không thể được lắp vào đáy bể hoặc đường ống, một phiên bản đặc biệt của cảm biến áp suất thủy tĩnh có thể bị treo từ cáp vào bể đến điểm cuối được đo [3] Cảm biến phải được thiết kế đặc biệt để làm kín các thiết bị điện tử từ môi trường lỏng. Trong các xe tăng có áp suất đầu nhỏ (dưới 100 INWC), điều quan trọng là phải thông hơi phía sau của cảm biến đo áp suất khí quyển. Nếu không, những thay đổi bình thường trong áp suất khí quyển sẽ gây ra lỗi lớn trong tín hiệu đầu ra của cảm biến. Ngoài ra, hầu hết các cảm biến cần phải được bù đắp cho những thay đổi nhiệt độ trong chất lỏng.
 

Bọt khí Air bubbler

air bubbler system

Một hệ thống bọt khí (air bubbler system) sử dụng một ống có lỗ mở bên dưới bề mặt của mức chất lỏng. Một luồng không khí cố định được truyền qua ống. Áp suất trong ống tỷ lệ thuận với chiều sâu (và mật độ) của chất lỏng trên đầu ra của ống.

Hệ thống bọt khí không chứa các bộ phận chuyển động, làm cho chúng thích hợp để đo mức nước thải, nước thoát, bùn thải, đất ban đêm hoặc nước với lượng lớn chất rắn lơ lửng. Phần duy nhất của cảm biến tiếp xúc với chất lỏng là một ống bong bóng tương thích về mặt hóa học với vật liệu có mức đo được đo. Vì điểm đo không có thành phần điện, kỹ thuật này là một lựa chọn tốt cho phân loại “Khu vực nguy hiểm”. Phần điều khiển của hệ thống có thể được đặt một cách an toàn, với đường ống dẫn khí nén cô lập sự nguy hiểm từ khu vực an toàn.

Hệ thống bọt khí là một lựa chọn tốt cho các xe tăng mở ở áp suất khí quyển và có thể được xây dựng để không khí áp suất cao được định tuyến thông qua một van bypass để loại bỏ chất rắn có thể làm tắc nghẽn ống bong bóng. Kỹ thuật này vốn đã "tự làm sạch". Nó là rất khuyến khích cho các ứng dụng đo lường mức chất lỏng, nơi siêu âm, phao hoặc kỹ thuật vi sóng đã được chứng minh không thể phụ thuộc. Hệ thống sẽ yêu cầu cung cấp không khí liên tục trong quá trình đo. Đầu ống phải cao hơn chiều cao nhất định để tránh bùn thoát khỏi ống.
 

Tia gamma (Gamma ray)

nuclear level gauge or gamma ray gauge

Một thước đo mức hạt nhân hoặc thước đo tia gamma (nuclear level gauge or gamma ray gauge) đo mức độ bởi sự suy giảm của tia gamma đi qua một mạch xử lý. Kỹ thuật này được sử dụng để điều chỉnh mức độ thép nóng chảy trong một quá trình đúc liên tục của sản xuất thép. Khuôn được làm mát bằng nước được bố trí với một nguồn bức xạ, chẳng hạn như coban-60 hoặc cesium-137, ở một bên và một máy dò nhạy cảm như bộ đếm scintillation ở phía bên kia. Khi mức thép nóng chảy tăng lên trong khuôn, ít phát hiện bức xạ gamma hơn bởi cảm biến. Kỹ thuật này cho phép đo lường không tiếp xúc, nơi nhiệt của kim loại nóng chảy tạo ra các kỹ thuật tiếp xúc và thậm chí nhiều kỹ thuật không tiếp xúc không thực tế.

 
(Nguyễn Thảo Trường - http://DienElectric.com theo Wikipedia)
BÀI VIẾT XEM NHIỀU