Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến siêu âm đo mực nước

Cảm biến siêu âm đo mực nước là giải pháp đo mức chất lỏng hiện đại, an toàn và không tiếp xúc, đang được ứng dụng rộng rãi trong cả dân dụng và công nghiệp. Với những ưu điểm vượt trội như đo chính xác, dễ lắp đặt và chi phí hợp lý, cảm biến mức nước siêu âm nhanh chóng trở thành lựa chọn ưu tiên trong các hệ thống tự động hóa. Trong bài viết này, BAA.VN sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách sử dụng cảm biến siêu âm đo mực nước hiệu quả, cũng như những lưu ý quan trọng để tối ưu hiệu suất thiết bị.

1. Giới thiệu chung về cảm biến siêu âm đo mực nước

Cảm biến siêu âm đo mực nước là thiết bị sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng. Nhờ khả năng đo không tiếp xúc, công nghệ này đang ngày càng phổ biến trong các ứng dụng đo mức nước sạch, nước thải, hóa chất, và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.

Khi tìm hiểu về các giải pháp tự động hóa, các từ khóa như cảm biến mức nước siêu âm, cảm biến đo mức siêu âm hay đo mực nước bằng cảm biến siêu âm luôn được nhắc đến như những lựa chọn hàng đầu nhờ sự linh hoạt, chi phí hợp lý và dễ dàng tích hợp hệ thống.

 

2. Ưu điểm nổi bật của cảm biến siêu âm đo mực nước

2.1. Đo không tiếp xúc, an toàn và bền bỉ

Cảm biến đo mức nước siêu âm hoạt động hoàn toàn không tiếp xúc với chất lỏng. Điều này giúp thiết bị:

• Không bị hao mòn do ma sát.

• Không bị ảnh hưởng bởi tính ăn mòn của hóa chất.

• Hạn chế bám bẩn, dễ dàng vệ sinh.

Ví dụ:

Trong một nhà máy xử lý nước thải, việc đo mực nước bằng cảm biến siêu âm giúp hệ thống vận hành liên tục mà không lo bám cặn hay ăn mòn thiết bị như các loại cảm biến tiếp xúc thông thường.

2.2. Ứng dụng đa dạng cho nhiều loại môi trường

• Cảm biến siêu âm đo mực nước có thể làm việc hiệu quả với nước sạch, nước thải, hóa chất loãng, và kể cả bùn loãng.

• Không phụ thuộc nhiều vào tính chất vật liệu (khô, ướt, bụi,...).

• Có thể sử dụng trong bể chứa, silo, phễu nguyên liệu, ao hồ, tank hóa chất,...

Ví dụ:

Một bể chứa axit loãng trong nhà máy hóa chất vẫn có thể sử dụng cảm biến đo mức nước siêu âm với vỏ chống ăn mòn như PVDF.

2.3. Dễ dàng lắp đặt và bảo trì

• Chỉ cần gắn cảm biến trên đỉnh bể chứa.
• Không cần xuyên bể, không yêu cầu phức tạp về cơ khí.
• Có thể thay thế, kiểm tra mà không cần dừng hệ thống quá lâu.

Ví dụ:
Một hệ thống trạm bơm nước mưa lắp cảm biến mức nước siêu âm trên miệng giếng thu, dễ dàng thay thế khi cần mà không phải tháo hệ thống đường ống.

2.4. Giá thành hợp lý

• So với các giải pháp đo mức bằng radar hay laser, cảm biến đo mức siêu âm có chi phí đầu tư thấp hơn đáng kể.

• Phù hợp từ ứng dụng dân dụng (bể nước gia đình) đến công nghiệp lớn.

2.5. Dễ dàng tích hợp vào hệ thống tự động hóa

• Tín hiệu đầu ra chuẩn: 4-20mA, 0-10V, RS485, Modbus RTU.

• Dễ dàng kết nối với PLC, HMI, SCADA để giám sát và điều khiển.

Ví dụ:
Trong một nhà máy thực phẩm, cảm biến siêu âm đo mực nước kết nối vào PLC Siemens để điều khiển bơm nước tự động theo mức đặt trước.

3. Nhược điểm cần lưu ý khi sử dụng cảm biến siêu âm đo mực nước

3.1. Bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường

Bụi dày đặc, hơi nước hoặc nhiệt độ cao có thể làm suy yếu sóng siêu âm.

Trong môi trường thay đổi nhiệt độ mạnh, cần chọn cảm biến có chức năng bù nhiệt.

Ví dụ:
Tại một lò đốt rác thải công nghiệp có bụi và nhiệt cao, tín hiệu của cảm biến đo mức siêu âm sẽ yếu và dễ sai lệch nếu không chọn đúng loại chuyên dụng.

3.2. Giới hạn khoảng cách đo

• Dải đo thực tế ngắn hơn so với dải đo lý thuyết nếu môi trường có nhiều nhiễu.

• Không phù hợp cho những yêu cầu đo cực xa (>20m).

Ví dụ:
Nếu đo mức nước trong bể chứa sâu 25m, bạn nên cân nhắc dùng cảm biến radar thay vì cảm biến đo mức nước siêu âm.

3.3. Dễ nhiễu sóng do cấu trúc bể hẹp

• Bể hoặc silo quá nhỏ, thành bể nhẵn bóng dễ gây phản xạ sóng ngoài ý muốn ➔ gây sai số đo.

Ví dụ:
Trong silo đường kính 0.8m chứa bột nhựa, việc dùng cảm biến mức nước siêu âm đòi hỏi chọn loại có góc phát sóng hẹp để tránh nhiễu từ thành silo.

Bước 1: Xác định yêu cầu đo

Trước khi lắp đặt, bạn cần xác định:

• Chiều cao bể chứa (để chọn cảm biến có dải đo phù hợp, ví dụ: 0-5m, 0-10m, 0-20m...).

• Môi trường đo: nước sạch, nước thải, hóa chất, hay bùn lỏng?

• Độ chính xác yêu cầu: ±1% hay ±0.5%...?

• Nhiệt độ và áp suất tại vị trí lắp đặt có ổn định không?

Bước 2: Lựa chọn cảm biến phù hợp

• Chọn cảm biến mức nước siêu âm có dải đo lớn hơn khoảng 20–30% so với chiều cao bể.

• Nếu bể có môi trường khắc nghiệt (nhiệt cao, hóa chất ăn mòn), nên chọn cảm biến có lớp vỏ chịu ăn mòn (như PVDF hoặc Teflon).

Bước 3: Lắp đặt cảm biến

• Vị trí lắp đặt: Gắn cảm biến vuông góc với bề mặt nước, trên nắp bể hoặc giá đỡ.

• Không bị cản trở: Tránh lắp quá gần thành bể, ống dẫn, van, hoặc vật cản gây nhiễu sóng siêu âm.

• Khoảng cách chết (Dead Zone): Phải đảm bảo mực nước không nằm trong vùng chết của cảm biến (vùng gần cảm biến mà cảm biến không đo được, thường 0.2–0.5m).

Ví dụ minh họa:
Bể cao 5m ➔ nên chọn cảm biến có dải đo 0.25–6m hoặc 0.3–8m.

Bước 4: Cài đặt cảm biến

Tham số cần cài:

• Chiều cao bể chứa (distance).

• Điểm mực nước đầy (Full).

• Điểm mực nước cạn (Empty).

Tín hiệu đầu ra: Cài đặt ngõ ra 4-20mA hoặc RS485 để truyền tín hiệu đến bộ điều khiển PLC/HMI.

Ví dụ:

• Mực nước cạn (0%) = khoảng cách 5m.

• Mực nước đầy (100%) = khoảng cách 0.5m.
  ➡️ Cảm biến sẽ tự động chuyển đổi tín hiệu theo thang đo.

Bước 5: Kết nối tín hiệu

• Dây tín hiệu 2-wire hoặc 4-wire nối về bộ điều khiển.

• Cài đặt phần mềm (nếu có) để giám sát mực nước theo thời gian thực.

Bước 6: Vận hành và kiểm tra

• Bật nguồn cho cảm biến hoạt động.

• Kiểm tra giá trị đo hiển thị trên màn hình có trùng khớp với thực tế không.

• Nếu sai lệch ➔ điều chỉnh điểm 0% và 100%.