Slide được làm bởi: Quang Thinh Le (Slide designed by: Quang Thinh Le) Facebook: https://www.facebook.com/lequangthinhblog Bộ môn: Kỹ thuật cảm biến (Sensor Engineer) Nội dung: Cảm Biến Mức (Level Sensor) Khoa: Điện tử - HaUI ( Faculty: Electronics - HaUI)

1. Bộ môn: Kỹ thuật cảm biến
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Điện Tử
Nội dung thuyết trình: Cảm biến vị trí
Nhóm thực hiện: 01

2. Phần 1: Khái niệm về đo mức
1. Mức là gì?
2. Phương pháp đo như thế nào?
5/15/2021 2

3. 1. Mức là gì?
• Mức là chiều cao cần điền đầy đủ các chất lỏng
hay hạt có tiết diện không thay đổi trong các thiết
bị công nghệ
• Là tham số cần xác định để kiểm tra chế độ làm
việc của thiết bị, điều khiển các quá trình sản
xuất
• Dùng để xác định được khối lượng của các chất
lỏng chứa trong bình như xăng, dầu…
• Đơn vị đo mức là đơn vị chiều dài
5/15/2021 3
Phần 01: Khái niệm về đo mức

4. 2. Phương pháp đo như thế nào?
Có 2 phương pháp đo:
1. Đo liên tục
Đo liên tục là quá trình đo trong đó tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu
còn lại trong bồn chứ
2. Đo theo ngưỡng
Cảm biến đưa ra tín hiệu dưới dạng nhị phân để phát hiện tình trạng
mức có đạt hay không để điều khiển quá trình làm việc của bồn chứa.
5/15/2021 4
Phần 01: Khái niệm về đo mức

5. 2. Phương pháp đo như thế nào?
5/15/2021 5
Phần 01: Khái niệm về đo mức

6. Phần 2
Phân loại phương pháp đo mức
Các tiêu chí phân loại cảm biến mức
5/15/2021 6

7. Tiêu chí phân loại cảm biến mức
Dựa vào chức năng:
1. Đo mức môi trường làm việc
2. Đo khối lượng chất lỏng
Dựa theo phạm vi đo:
1. Phạm vi đo rộng: giới hạn từ 0.5 – 20m
2. Phạm vi đo hẹp: giới hạn từ 0 – 500mm
Dựa vào nguyên lý hoạt động:
1. Đo mức bằng phương pháp thủy tĩnh (sử dụng phao)
2. Đo mức bằng phương pháp điện (biến trở, điện dung,…)
3. Đo mức bằng phương pháp bức xạ (không tiếp xúc)
5/15/2021 7
Phần 2: Phân loại phương pháp đo mức

8. Phần 3
Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
1. Phương pháp thuỷ tĩnh
2. Phương pháp điện
3. Phương pháp bức xạ
5/15/2021 8

9. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
• Ưu điểm:
Không giới hạn về mức cao của bồn chứa
(phao cơ khí, phao từ)
Giá thành rẻ
• Nhược điểm:
Không dung cho chất lưu dạng lỏng sệt, hạt
Độ chính xác không cao
Không có phần hiển thị từ xa
Giới hạn về áp xuất và nhiệt độ
5/15/2021 9
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

10. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.1. Cảm biến phao cơ khí
a. Cấu tạo
Gồm phao nổi trên bề mặt chất lưu, độ dày
phao phụ thuộc vào chiều cao mức bể chứa,
hệ thống tiếp điểm và lò xo
Có 2 dạng cảm biến phao cơ khí:
1. Loại một mức
2. Loại hai mức
5/15/2021 10
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

11. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.1. Cảm biến phao cơ khí
b. Nguyên lý làm việc
Cảm biến kiểu 1 mức:
Khi chất lỏng dưỡi ngưỡng cần đo: phao bị kéo
xuống làm hở tiếp tiểm
Khi chất lỏng dâng lên đến mức cần đo: phao sẽ
nổi trên bề mặt chất lỏng, tiếp điểm cơ khí nhờ
lực đàn hồi của lò xo đóng lại
5/15/2021 11
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

12. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.1. Cảm biến phao cơ khí
b. Nguyên lý làm việc
Cảm biến kiểu 2 mức:
Khoảng cách giữa 2 phao chính là khoảng cách
cần đo
Khi không có chất lỏng: 2 phao thẳng hang và kéo
xuống làm tiếp điểm dưới đóng
Khi chất lỏng dâng lên đến mức đầy: Cả 2 phao
cùng nổi lên, tiếp điểm trên đóng lại
5/15/2021 12
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

13. Mô tả nguyên lý hoạt động
5/15/2021 13
Kiểu 1 mức Kiểu 2 mức

14. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.2. Ký hiệu 1.3. Ứng dụng
• Dùng để phát hiện các
mức chất lỏng trong các
thiết bị chứa
• Dùng trong hệ thống tự
động bơm nước
5/15/2021 14

15. Dùng cảm biến mức trong hệ thống tự động bơm
nước
5/15/2021 15

16. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.2. Cảm biến phao từ
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Gồm các tiếp điểm lưỡi gà đặt trong một ống
nhựa hoặc thủy tinh tương đương với mức cần
đo
Lồng bên ngoài là một chiếc phao, bên trong
có đặt một vành nam châm vĩnh cửu
Phao có thể nổi và dịch chuyển theo ống nhựa
5/15/2021 16
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

17. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
1.2. Cảm biến phao từ
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
5/15/2021 17
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh

18. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
1.2. Cảm biến phao từ
b. Đặc điểm và ứng dụng
Tiếp điểm đực đặt rất kín bên trong vỏ nhựa
Chịu được môi trường dầu mỡ
Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất hoặc
chế biến dầu mỏ
5/15/2021 18

19. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
1.3. Cảm biến mức kiểu biến trở
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Gồm một phao cơ khí, trên phao có gắn chổi than,
đầu chổi than được quét trên một biến trở VR
Khi mức dung dịch trong thùng chứa thay đổi thì vị trí
của chổi than trên VR cũng thay đổi và người ta thấy
giá trị ΔR để chỉ thị mực chất lỏng trung bình
5/15/2021 19

20. Cấu tao của cảm biến phao biến trở
5/15/2021 20
Phao
Chỉ thị
VR

21. 1. Phương pháp thuỷ tĩnh
Phần 3: Đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
1.3. Cảm biến mức kiểu biến trở
b. Ứng dụng
Dùng để đo lường chỉ thị mức chất lỏng trong bình
một cách liên tục
Chỉ thị mức xăng, dầu trong các bình nhiên liệu của ô
tô, xe máy, …
5/15/2021 21

22. Phần 4
Đo mức theo phương pháp điện
1. Cảm biến mức kiểu điện dẫn
2. Cảm biến mức kiểu điện dung
5/15/2021 22

23. 1. Cảm biến mức kiểu điện dẫn
1.1. Đo theo ngưỡng
a. Cấu tạo
5/15/2021 23
Phần 4: Đo mức theo phương pháp điện
Các điện cực bố trí nằm ngang Các điện cực bố trí thẳng đứng
P0
P3
P2
P1
P3
P2
P1
P0

24. Cảm biến mức kiểu điện dẫn FS – 3 của Hàn Quốc
5/15/2021 24
8
4 5
3
2
6
7
1
~
E3
E2
E1
Các điện cực
Chuyển
mạch 250
VAC 50 A
250 VAC
50/60 Hz
Sơ đồ chân của cảm biến mức FS - 3

25. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị
5/15/2021 25
Nguồn cung cấp 220 VDC, 50/60 Hz
Dải điện áp sai số ± 10% nguồn cung cấp
Điện áp thứ cấp 8 VAC 24 VAC
Công suất tiêu thụ ≈ 3.2 VA
Thời gian hồi đáp Làm việc: < 80 ms Khởi động lại: <160 ms
Điện kháng giữa các điện cực 0-7KΩ 0-27KΩ
Điện kháng phân cách giữa các điện cực >15 KΩ >38 KΩ
Đầu ra điều khiển 250 VAC, 5A (với tải là điện trở)
Tuổi thọ Rơ le đầu ra
Loại điện: >500.000 lần với tải là điện trở
Loại cơ khí: > 5.000.000 lần
Điện trở kháng cách ly >100 MΩ
Điện áp chịu đựng 2.000 VAC, 50/60 Hz trong 1 phút
Nhiệt độ môi trường 10-50℃
Độ ẩm môi trường 35-85% RH

26. 1. Cảm biến mức kiểu điện dẫn
1.2. Đo liên tục
Đầu đo được đặt thẳng đứng trong bình
 Điện cực gốc đặt ở đáy bình hoặc gắn
trên thành bình (nếu bình bằng kim
loại)
 Dòng điện chạy giữa cực gốc và đầu
đo có biên độ tỉ lệ thuận với chiều dài
của đầu đo ngập trong chất lỏng
 Nhờ việc đo dòng điện này người ta
suy ra mức chất lỏng trung bình
5/15/2021 26
Phần 4: Đo mức theo phương pháp điện

27. 1. Cảm biến mức kiểu điện dẫn
1.3. Ứng dụng
Dùng để đo chất lỏng dẫn điện, không có tính ăn mòn và
không lẫn các thể vẫn cách điện như dầu nhờn
5/15/2021 27
Phần 4: Đo mức theo phương pháp điện

28. 2. Cảm biến mức kiểu điện dung
2.1. Đo theo ngưỡng mức
Sử dụng cảm biến điện dung gắn lên trên thành bình
tương ứng với số lượng ngưỡng mức cần đo
Có thể nhận biết hầu hết các loại vật thể nên cảm biến
dễ dàng nhận biết ngưỡng khi chất lỏng dâng lên ngập
cảm biến
Một số dòng còn có thể nhận biết mức qua lớp vỏ bình
Không cần phân biệt chất lỏng dẫn điện hay là cách
điện
5/15/2021 28
Phần 2: Cảm biến mức kiểu điện dung

29. 2. Cảm biến mức kiểu điện dung
2.2. Đo mức liên tục
Khi chất lỏng là dẫn điện
Dùng 2 que đo, một que được bọc cách điện bằng một
lớp điện môi, một que không bọc cách điện
Khi mực chất lỏng thay đổi sẽ làm thay đổi diện tích mặt
ngoài của 2 que đo làm cho điện dung C thay đổi
Bằng cách đo sự thay đổi của điện dung người ta sẽ suy
ra mức chất lỏng trong bình
5/15/2021 29
Phần 2: Cảm biến mức kiểu điện dung

30. 2. Cảm biến mức kiểu điện dung
2.2. Đo mức liên tục
Khi chất lỏng là cách điện:
Cảm biến có 2 điện cực kim loại đặt thẳng đứng trong
bình chứa điện môi
Dung dịch trong bình tăng lên hay hạ xuống làm cho điện
tích bản cực thay đổi dẫn đến điện dung thay đổi
Dùng mạch điện tử để xác định sự thay đổi và suy ra
được mức chất lỏng trong bình
5/15/2021 30
Phần 2: Cảm biến mức kiểu điện dung

31. Phần 5
Đo mức theo phương pháp bức xạ
1. Cảm biến siêu âm
2. Cảm biến mức kiểu bức xạ
5/15/2021 31

32. 1. Cảm biến siêu âm
• Nguyên lý:
 Sử dụng một bộ thu phát sóng
siêu âm đặt trên bình chứa
 Sóng siêu âm phát ra được
truyền xuống mặt chất lỏng sẽ
phản xạ trở lại
 Dựa vào vận tốc truyền song và
thời gian sẽ suy ra được khoảng
cách từ mặt chất lỏng tới cảm
biến, từ đó sẽ xác định được
mực chất lỏng
5/15/2021 32
Phần 5: Đo mức theo phương pháp bức xạ

33. 1. Cảm biến siêu âm
Mô tả rõ hơn nguyên lý cảm biến siêu âm
5/15/2021 33
Phần 5: Đo mức theo phương pháp bức xạ

34. 1. Cảm biến siêu âm
Ưu điểm:
Không cần tiếp xúc với môi trường đo nên đo được ở
dạng lỏng, sệt như dầu nặng, mủ cây, keo nhựa tổng
hợp, …
Độ chính xác cao
Nhược điểm
Bọt nổi trên bề mặt chất lỏng có thể hấp thụ song âm
Áp suất: Không tiếp xúc với áp xuất quá cao (< 2 bar)
Điều kiện môi trường cũng làm thay đổi sóng âm
5/15/2021 34
Phần 5: Đo mức theo phương pháp bức xạ

35. 2. Cảm biến mức kiểu bức xạ
Nguyên lý:
 Dựa trên sự suy
giảm ánh sáng từ
phần phát sang
phần thu khi cảm
biến nằm trong chất
lỏng cần đo
5/15/2021 35
Phần 5: Đo mức theo phương pháp bức xạ

36. Phần 6
Các phương pháp đo mức khác
5/15/2021 36

37. Đo mức bằng phương pháp đo áp suất thủy tĩnh
5/15/2021 37
Đây là phương pháp đo áp xuất P của một cột chất lỏng có chiều cao h với
tỷ trọng khối không đổi của chất lỏng
. .
P g h


. .
p g h


h Chiều cao cột chất lỏng
 Khối lượng riêng của chất lỏng
g Gia tốc trọng trường
. .
p g h


Trong đó:
Phần 6: Các phương pháp đo mức khác

38. Đo mức bằng phương pháp đo áp suất thủy tĩnh
Có 2 phương pháp:
5/15/2021 38
P
P P0
P
h
Phương pháp sử dụng áp kế Phương pháp áp kế Visai
Phần 6: Các phương pháp đo mức khác

39. Đo mức bằng phương pháp đo áp suất thủy tĩnh
1. Phương pháp sử dụng áp kế
Cảm biến được đặt tại vị trí thấp nhất của chất lỏng, ta có:
Khi đó, tùy theo chiều cao của cọt chất lỏng mà P sẽ thay đổi:
5/15/2021 39
Phần 6: Các phương pháp đo mức khác
. .
P g h


. .
p g h


. .
p g h


( )
p f h


40. Đo mức bằng phương pháp đo áp suất thủy tĩnh
2. Phương pháp đo áp suất Visai
Cảm biến được đặt tại đáy bình chứa và áp suất đáy bình
chứa được tính theo biểu thức:
Trong đó:
5/15/2021 40
Phần 6: Các phương pháp đo mức khác
. .
P g h


. .
p g h


0 . .
p p g h

 
0
p Khối lượng riêng của chất lỏng
. .
g h
 Gia tốc trọng trường