Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức thủy tĩnh và cách tính mực chất lỏng

Đo mức bằng áp suất thủy tĩnh là một phương pháp phổ biến để xác định chiều cao chất lỏng trong bể, giếng và hồ chứa. Hiểu đúng nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức thủy tĩnh giúp người dùng lựa chọn đúng dải đo, vị trí lắp đặt và tín hiệu đầu ra cho hệ thống giám sát.

Áp suất thủy tĩnh là gì?

Áp suất thủy tĩnh là áp suất được tạo ra bởi trọng lượng của chất lỏng tại một độ sâu nhất định.

Trong một chất lỏng đứng yên, càng xuống sâu thì áp suất càng lớn. Vì vậy, nếu biết áp suất tại một vị trí và biết khối lượng riêng của chất lỏng, có thể xác định chiều cao cột chất lỏng phía trên vị trí đo.

Đây chính là cơ sở để cảm biến đo mức thủy tĩnh xác định mực chất lỏng.

Công thức đo mức

Nguyên lý được biểu diễn bằng công thức:

P = ρ × g × h

Từ công thức trên có thể suy ra:

h = P / (ρ × g)

Trong đó:

• P: áp suất thủy tĩnh.

• ρ: khối lượng riêng của chất lỏng.

• g: gia tốc trọng trường.

• h: chiều cao cột chất lỏng.

Đối với nước, khối lượng riêng tương đối ổn định trong điều kiện thông thường nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong đo mực nước.

Cảm biến đo mức thủy tĩnh hoạt động như thế nào?

Khi được đưa xuống bể hoặc giếng, đầu dò của cảm biến chịu tác động của áp suất do cột chất lỏng tạo ra.

Màng cảm biến biến dạng rất nhỏ dưới tác động của áp suất. Bộ phận điện tử bên trong chuyển đổi sự thay đổi này thành tín hiệu điện.

Tín hiệu sau đó được xử lý và truyền đến thiết bị nhận như PLC, màn hình hiển thị hoặc hệ thống SCADA.

>>> Xem thêm: Cảm biến đo mức thủy tĩnh dùng cho bể nước, hồ chứa và giếng khoan

Vì sao cảm biến có thể đo liên tục?

Khác với công tắc phao chỉ xác định một hoặc một vài trạng thái mức, cảm biến áp suất thủy tĩnh có thể tạo ra tín hiệu tương ứng với sự thay đổi liên tục của mực chất lỏng.

Ví dụ, với tín hiệu 4-20mA, giá trị dòng điện thay đổi theo phạm vi đo được thiết lập. Bộ điều khiển có thể sử dụng tín hiệu này để tính toán và hiển thị mức chất lỏng.

Những yếu tố ảnh hưởng đến phép đo

Khối lượng riêng của chất lỏng

Khối lượng riêng có ảnh hưởng trực tiếp đến mối quan hệ giữa áp suất và chiều cao. Vì vậy, khi chuyển từ nước sang dầu, hóa chất hoặc chất lỏng khác, cần lựa chọn và hiệu chỉnh thiết bị phù hợp.

Vị trí đặt đầu dò

Đầu dò thường được đặt gần đáy bể để đo toàn bộ cột chất lỏng. Tuy nhiên, không nên để đầu dò tiếp xúc trực tiếp với bùn hoặc vật cứng dưới đáy.

Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ chất lỏng nằm ngoài phạm vi thiết kế có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và tuổi thọ cảm biến.

Dải đo của cảm biến

Tùy model, cảm biến có thể được thiết kế với nhiều dải đo khác nhau. Một số cấu hình có thể đo từ 0 đến 200m, phù hợp với bể sâu, hồ chứa và giếng khoan.

Độ chính xác tham khảo có thể đạt khoảng ±0,5% tùy model và điều kiện sử dụng.

Tín hiệu đầu ra

Cảm biến có thể cung cấp nhiều loại tín hiệu:

• 4-20mA.

• 0-10V.

• 0-5V.

• 1-5V.

• RS485 Modbus RTU.

Việc lựa chọn tín hiệu cần dựa trên thiết bị điều khiển hiện có.

Nguyên lý đo áp suất thủy tĩnh tương đối đơn giản nhưng có tính ứng dụng cao trong giám sát mực chất lỏng. Với các hệ thống cần đo liên tục, cảm biến đo mức thủy tĩnh có thể kết nối trực tiếp với PLC, màn hình hiển thị hoặc hệ thống giám sát.

Thiết Bị Cảm Biến THP cung cấp các giải pháp cảm biến đo mức phục vụ nhiều ứng dụng từ bể nước, giếng khoan đến hệ thống công nghiệp.