Trong nhiều hệ thống xử lý nước, bồn chứa, hồ, nhà máy xử lý nước thải, việc giám sát mực nước liên tục là rất quan trọng. Vì vậy việc chọn đúng cảm biến đo mức nước sẽ giúp hoạt động ổn định, an toàn và hiệu quả hơn. Có rất nhiều các loại cảm biến đo mức nước với nguyên lý và ứng dụng khác nhau. Bài viết này sẽ phân tích nguyên tắc hoạt động, tính năng, ứng dụng và nhược điểm của từng loại để bạn đọc hiểu rõ.
1. Cảm biến áp suất đo mức nước
Đây là loại cảm biến đo mức nước liên tục bằng cách đo áp suất của cột nước, từ đó suy ra chiều cao mực nước. Cảm biến này thuộc nhóm tiếp xúc trực tiếp, phổ biến trong các bể chứa sâu, giếng, hồ ngầm. Nó đo tốt trong môi trường nước sạch, nước thải và nước nóng nếu dùng đúng vật liệu.
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến đặt ở dưới đáy bể/chất lỏng, đo áp suất thủy tĩnh do cột nước phía trên tạo ra → từ đó tính ra mức nước.
Tính năng: Đo liên tục, đơn giản, chi phí thấp, phù hợp bể lớn hoặc kho chứa sâu. Nếu bạn cần một cảm biến đo mức nước liên tục, cảm biến áp suất đo mức nước sẽ rất phù hợp
Ứng dụng: Bể chứa nước, hồ ngầm, giếng, nước thải.
Nhược điểm: Cảm biến tiếp xúc với chất lỏng → có thể bị ăn mòn, bùn cặn, hơi hóa học; cần hiệu chuẩn; khi nước nóng hoặc có áp lực lớn phải chọn vật liệu chịu nhiệt/áp lực
2. Cảm biến điện dung đo mức nước
Cảm biến điện dung là một trong các loại cảm biến đo mức nước có thể đo cả chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện. Chúng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung khi mức nước thay đổi. Có phiên bản tiếp xúc và không tiếp xúc, phù hợp môi trường cần độ bền cao, môi trường hóa chất hoặc nước thải.
Nguyên lý hoạt động: Khi mức chất lỏng thay đổi, điện dung giữa điện cực và thành bể hoặc điện cực đối diện thay đổi → cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu mức.
Tính năng: Có thể đo loại chất lỏng dẫn điện hoặc không dẫn điện; có thể chế tạo để “không tiếp xúc” nếu dùng điện cực lộ ra ngoài; độ chính xác tốt.
Ứng dụng: Nước sạch, hóa chất, dầu, nước thải.
Nhược điểm: Mức độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi chất bám/cặn trên điện cực; khi đo nước nóng hoặc có hơi phải chọn vật liệu chịu nhiệt; nếu bể có bọt hoặc sóng mạnh có thể ảnh hưởng.
3. Cảm biến đo mức nước dạng phao
Loại cảm biến đo mức nước dạng phao thông qua chuyển động của phao nổi theo mực nước. Cảm biến phao có thể là dạng báo mức (ON/OFF) hoặc dạng đo liên tục nếu kết hợp thanh từ tính. Đây là loại cảm biến báo mức nước đơn giản, giá rẻ, dễ lắp đặt trong các bể chứa nước thông thường.
Xem thêm: Cảm biến đo mức chất lỏng và chất rắn: Nguyên lý & ứng dụng
4. Cảm biến đo mức nước điện cực
Đây là loại cảm biến sử dụng điện cực để nhận biết khi nước chạm vào từng mức xác định. Thiết bị thường dùng như cảm biến báo mức nước hơn là đo liên tục. Phù hợp cho môi trường nước sạch, nước nóng, nồi hơi hoặc bể nước thải có độ dẫn điện.
Nguyên lý hoạt động: Dùng điện cực/plated rod đặt dọc trong bể, khi mức nước chạm tới điện cực thì đóng mạch hoặc thay đổi điện trở → dùng cho đo discrete (báo mức) hoặc đôi khi tuyến tính.
Tính năng: Rất phù hợp cho chức năng cảm biến báo mức nước, với việc đơn giản và chi phí thấp.
Ứng dụng: Bể nước nóng, nước thải, bồn hóa chất.
Nhược điểm: Thường chỉ đo mức cố định (không phải liên tục); điện cực tiếp xúc với chất lỏng → bị ăn mòn, cần vệ sinh; không lý tưởng cho yêu cầu đo mức nước liên tục chính xác.
5. Cảm biến đo mức nước Laser Level (Máy đo khoảng cách Laser)
Máy đo mức bằng laser là loại cảm biến đo mức không tiếp xúc, sử dụng tia laser để xác định khoảng cách từ cảm biến tới bề mặt chất lỏng hoặc vật liệu rắn. Từ khoảng cách đó, thiết bị tính toán ra mức đầy, mức cạn trong bồn chứa, silo hoặc tank.
Cảm biến laser phù hợp cho các ứng dụng cần đo trong khoảng cách xa, độ chính xác cao, và không muốn tiếp xúc trực tiếp với môi trường đo.
Nguyên lý hoạt động: Máy đo mức laser hoạt động dựa trên hai phương pháp chính:
(1) Phương pháp TOF – Time of Flight
- Cảm biến phát ra một xung laser.
- Tia laser chạm vào bề mặt vật liệu và phản xạ trở lại.
- Cảm biến đo thời gian đi, về của tia laser để tính khoảng cách.
- Đây là phương pháp phổ biến, an toàn (Laser Class 1), phản hồi nhanh.
(2) Phương pháp đo lệch pha (Phase-shift)
- Cảm biến phát tia laser được điều chế biên độ.
- Khi tia phản xạ trở lại, thiết bị đo độ lệch pha giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận.
- Cho phép đạt độ chính xác và độ phân giải rất cao.
Ứng dụng:
- Đo được khoảng cách rất xa, thậm chí lên tới hàng trăm mét.
- Tính định hướng cao, phù hợp cho các vị trí đo hẹp.
- TOF: tốc độ phản hồi nhanh, dùng laser an toàn (Class 1).
- Lệch pha: độ chính xác cao hơn, đo chi tiết và ổn định.
Nhược điểm:
- Không đo tốt trong môi trường nhiều bụi, hơi nước, hoặc khi có vật cản → tia bị tán xạ.
- Bề mặt cần đo quá phẳng và nghiêng (như mặt gương) có thể khiến tia phản xạ quá yếu để thu nhận.
- Phương pháp đo lệch pha thường dùng loại laser công suất cao, yêu cầu tuân thủ quy định an toàn khi vận hành.
6. Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh
Cảm biến đo mức thủy tĩnh hoạt động bằng cách đo áp suất do cột nước tạo ra tại điểm đặt cảm biến. Áp suất này tăng lên khi mức nước cao hơn và giảm khi mức nước thấp hơn.
Từ giá trị áp suất, thiết bị tính ra chiều cao mức nước: Vì sử dụng áp suất của cột nước, nên loại này thường được gọi là cảm biến áp suất đo mức nước. “Thủy tĩnh” chỉ mô tả đúng bản chất: đo áp suất của nước tĩnh trong bồn/giếng.
Tính năng
- Đo mức liên tục, độ ổn định cao.
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt và vận hành.
- Hoạt động tốt trong bể kín hoặc bể mở.
- Chịu được áp suất cao, phù hợp giếng sâu, hồ sâu.
Ứng dụng
- Bể chứa nước quy mô lớn.
- Giếng khoan, giếng sâu.
- Hồ chứa, hố thu, bể nước thải sâu.
- Các hệ thống cần đo mức ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi gợn sóng bề mặt.
Nhược điểm
- Tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc chất lỏng → dễ bám cặn, cần vệ sinh định kỳ.
- Bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và khối lượng riêng chất lỏng (nước nóng/lạnh, nước thải chứa tạp chất) nếu không hiệu chuẩn đúng.
- Khi lắp đặt trong nước thải có cặn, cần dùng loại có màng chống bám hoặc ống bảo vệ.
7. Cảm biến đo mức nước siêu âm
Cảm biến siêu âm là cảm biến mức nước không tiếp xúc, dùng sóng siêu âm để đo khoảng cách đến mặt nước. Đây là loại cảm biến phổ biến nhất trong các hệ thống nước thải, bể chứa công nghiệp, đập nước, trạm bơm và hệ thống đô thị.
Nguyên lý hoạt động: Phát sóng siêu âm từ cảm biến phía trên bề mặt nước, sóng phản hồi từ bề mặt → đo khoảng cách và tính mức nước.
Tính năng: Không tiếp xúc; phù hợp với nước sạch và nước thải; chi phí vừa phải.
Ứng dụng: Bể chứa, hồ, nhà máy xử lý nước thải, nơi không muốn cảm biến tiếp xúc với chất lỏng.
Nhược điểm: Sóng siêu âm có thể bị ảnh hưởng bởi hơi nước, bọt, mưa, gió, dòng chảy mạnh → mất ổn định. Còn sóng radar không bị ảnh hưởng bởi gió mạnh như sóng siêu âm.
8. Máy phát mức sóng có hướng dẫn
Đây là loại cảm biến dùng phao hoặc bộ đo dịch chuyển chạy trên dây dẫn hướng. Nó cho tín hiệu đo mức nước liên tục, hoạt động ổn định trong bể sâu hoặc môi trường có sóng mạnh. Thường gặp trong công nghiệp nước thải và bồn chứa lớn.
Nguyên lý hoạt động: Dây hướng dẫn (guide wire) cố định từ đầu cảm biến đến đáy bể, phao hoặc con trượt di chuyển theo mực nước dọc theo dây → tín hiệu tuyến tính ra.
Tính năng: Đo liên tục; rất phù hợp với bể sâu và môi trường có dòng chảy hoặc sóng; cơ cấu truyền động rất trực quan.
Ứng dụng: Bể chứa công nghiệp, hồ xử lý nước thải, thùng cao lớn.
Nhược điểm: Tiếp xúc với chất lỏng; cần dây hướng dẫn lắp đặt; có thể bị bám bẩn hoặc bị ảnh hưởng bởi dòng mạnh nếu không thiết kế tốt.
9. Máy phát mức áp suất chênh lệch
Máy phát mức DP đo mức nước bằng cách đo sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm trong bể. Đây là giải pháp chính xác cao cho nước nóng, nước áp lực, bể kín, hoặc môi trường có hơi và khí. Thường dùng trong ngành hơi, HVAC, công nghiệp thực phẩm, hóa chất.
Nguyên lý hoạt động: Đo chênh lệch áp suất giữa hai điểm – thường một điểm ở đáy bể và một điểm tham chiếu hoặc một khí áp – để tính mức nước.
Tính năng: Đo chính xác trong bể kín hoặc áp suất lớn; phù hợp với nước nóng, hơi hoặc dung dịch ăn mòn.
Ứng dụng: Bồn nhiên liệu, hệ thống hơi, nước nóng, nước thải có áp lực, bể kín hơi.
Nhược điểm: Thiết bị phức tạp hơn; lắp đặt và hiệu chuẩn đòi hỏi; nếu có bọt hoặc hơi thì việc tham chiếu có thể bị ảnh hưởng; chi phí cao hơn một số loại đơn giản.
10. Cảm biến đo mức nước âm thanh (loại trọng lượng)
Máy phát mức âm thanh dạng trọng lượng (Weight & Cable Level Meter) là thiết bị đo mức hoạt động theo nguyên lý tiếp xúc trực tiếp. Thay vì sử dụng sóng siêu âm, radar hay áp suất, thiết bị dùng một quả nặng thả xuống để kiểm tra độ đầy của bể chứa.
Nhờ phương pháp đo cơ học này, máy hoạt động ổn định trong những môi trường mà các cảm biến không tiếp xúc thường bị hạn chế, đặc biệt là môi trường nhiều bụi, hơi nước hoặc vật liệu khó phản xạ sóng.
Nguyên lý hoạt động: Thiết bị đo mức bằng cách thả một quả nặng (weight) gắn trên dây cáp đi xuống bên trong bồn chứa. Khi quả nặng chạm vào bề mặt vật liệu (nước, bột, cát, than…), thiết bị sẽ dừng lại và ghi nhận thời gian di chuyển.
Từ thời gian đó, máy tính được khoảng cách trống phía trên bề mặt vật liệu theo công thức: Khoảng cách = Tốc độ di chuyển × Thời gian. Dựa vào khoảng cách trống, hệ thống suy ra mức đầy của bồn.
Tính năng:
- Đo mức vật liệu bằng tiếp xúc vật lý, dễ hiểu và dễ kiểm tra.
- Không bị ảnh hưởng bởi bụi đậm đặc, hơi nước, hoặc môi trường phản xạ sóng yếu.
- Có thể phát hiện lớp cặn lắng trong chất lỏng – ưu điểm nổi bật so với radar hoặc siêu âm.
Nhược điểm
- Sử dụng dây cáp và quả nặng, cần bảo trì thường xuyên hơn so với cảm biến không tiếp xúc.
- Không phù hợp với môi trường cấm vật ngoại lai chạm vào vật liệu (như ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất tinh khiết).
Ứng dụng
Thiết bị được sử dụng rộng rãi trong silo, bồn chứa dạng bột, hạt, vật liệu rời và cả trong chất lỏng có cặn lắng. Đây là giải pháp đo mức tin cậy, dễ hiểu và phù hợp cho những ứng dụng đòi hỏi sự chính xác trong điều kiện khắc nghiệt.
Nếu bạn đang tìm hiểu các dòng cảm biến đo mức nước hoặc thiết bị đo mức cho nhiều môi trường khác nhau, Matsushima là một trong những thương hiệu uy tín mà bạn có thể tham khảo. Với kinh nghiệm lâu năm từ Nhật Bản, Matsushima cung cấp danh mục sản phẩm rất đa dạng, từ cảm biến đo mức nước liên tục, cảm biến không tiếp xúc, cảm biến đo mức nước thải, cảm biến đo mức dạng phao, điện cực, cho đến máy phát mức dạng trọng lượng phục vụ các ứng dụng đặc thù.
Tất cả thiết bị đều được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng Nhật Bản, độ bền cao, hoạt động ổn định và phù hợp cho nhiều điều kiện môi trường công nghiệp khắc nghiệt hoặc khu vực có bụi, hơi nước, bọt, cặn lắng.
Xem thêm: Các dòng sản phẩm đo mức nước của thương hiệu Matsushima
Tại Việt Nam, NTD Automation là đại lý phân phối chính hãng Matsushima, cung cấp sản phẩm chính hãng cùng dịch vụ tư vấn, hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu. Doanh nghiệp có thể yên tâm lựa chọn đúng thiết bị phù hợp với từng ứng dụng đo mức nước hay vật liệu rời của mình. Liên hệ ngay để được tư vấn!
NTD TECHNICAL AND INDUSTRIAL EQUIPMENT TRADING JSC
Địa chỉ: Số 28, ngõ 36 đường Cổ Linh, Tổ 7, quận Long Biên, thành phố Hà Nội
Hotline: 0971 961 212
Website: NTD Automation
Email: sales@ntd-automation.com
Facebook: Fanpage NTD Automation
Viết bình luận