Cảm biến siêu âm là thiết bị sử dụng sóng âm tần số cao để xác định khoảng cách tới vật thể, đo mức chất lỏng hoặc phát hiện sự hiện diện của vật mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Cảm biến phát một xung siêu âm về phía đối tượng, nhận tín hiệu phản xạ trở lại và tính khoảng cách dựa trên thời gian truyền của sóng.

Trong công nghiệp, cảm biến siêu âm có nhiều dạng tín hiệu như 4–20mA, 0–10V, RS485 Modbus, HART, PNP/NPN hoặc relay. Một số loại có màn hình để cài đặt trực tiếp, trong khi các model không màn hình có thể cấu hình bằng nút nhấn, teach-in, bút từ hoặc thiết bị lập trình.

Khi lựa chọn cảm biến, ngoài khoảng đo còn phải quan tâm đến điểm mù, góc phát sóng, môi trường đo, tốc độ cập nhật và loại tín hiệu đưa về PLC.

Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm – ultrasonic sensor – là cảm biến sử dụng sóng âm có tần số cao hơn vùng nghe của con người để phát hiện vật thể hoặc đo khoảng cách.

Điểm đặc trưng của công nghệ này là đo không tiếp xúc. Cảm biến không cần chạm trực tiếp vào chất lỏng hay vật thể cần đo.

Một hệ thống siêu âm cơ bản thực hiện ba bước:

1. Phát một xung siêu âm.
2. Nhận sóng phản xạ từ vật thể hoặc bề mặt chất lỏng.
3. Tính khoảng cách dựa vào thời gian sóng đi và quay về.

Nhờ nguyên lý này, cảm biến siêu âm được sử dụng trong đo mức, đo khoảng cách, phát hiện vật thể và nhiều ứng dụng tự động hóa.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Nguyên lý của cảm biến siêu âm dựa trên thời gian bay của sóng – Time of Flight.

Đầu dò phát một xung siêu âm về phía vật cần đo. Khi gặp bề mặt, một phần năng lượng âm thanh phản xạ trở lại cảm biến.

Khoảng cách được tính theo công thức:

d = (v × t) / 2

Trong đó:

• d: khoảng cách từ cảm biến đến vật
• v: vận tốc truyền âm
• t: tổng thời gian sóng đi và quay trở lại

Công thức phải chia cho 2 vì thời gian đo được bao gồm cả hành trình cảm biến → vật thể → cảm biến.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách như thế nào?

Giả sử cảm biến được lắp phía trên một bồn.

Khi khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng giảm, có thể hiểu mức chất lỏng trong bồn đang tăng lên.

Ngược lại, khoảng cách tăng nghĩa là mức chất lỏng giảm.

Đây là lý do cùng một nguyên lý ultrasonic có thể được sử dụng để:

• đo khoảng cách;
• đo mức;
• xác định vị trí;
• phát hiện vật theo khoảng cách.

Ví dụ tính thời gian truyền sóng

Giả sử vật nằm cách cảm biến 5 m.

Sóng phải đi:

5 m + 5 m = 10 m

Nếu lấy vận tốc âm thanh khoảng 343 m/s, thời gian lý thuyết là:

t = 10 / 343 ≈ 0,029 giây

Tức khoảng 29 ms.

Nhưng điều này không có nghĩa cảm biến công nghiệp bắt buộc phải cập nhật kết quả sau 29 ms.

Tại sao cảm biến siêu âm phải mất 1–2 giây mới cập nhật?

Tốc độ truyền của sóng siêu âm và thời gian đáp ứng của cảm biến là hai khái niệm khác nhau.

Sóng có thể đi và quay lại rất nhanh, nhưng cảm biến còn phải xử lý tín hiệu trước khi xuất một giá trị ổn định ra 4–20mA, Modbus hoặc màn hình.

Ringing của đầu dò

Sau khi phát một xung có năng lượng tương đối lớn, đầu dò siêu âm không thể chuyển ngay lập tức sang trạng thái nhận tín hiệu hoàn hảo.

Đầu dò cần một khoảng thời gian để dao động dư giảm xuống.

Hiện tượng này thường được gọi là ringing.

Đây cũng là một trong những nguyên nhân hình thành vùng không đo được ngay sát đầu cảm biến.

Xử lý echo

Trong thực tế, cảm biến có thể nhận được nhiều tín hiệu phản xạ cùng lúc.

Ví dụ trong một bồn có:

• thành bồn;
• thanh giằng;
• ống;
• cánh khuấy;
• bề mặt chất lỏng.

Cảm biến phải xác định đâu là echo thực sự cần đo và đâu là echo phản xạ từ vật cản.

Lọc nhiễu và damping

Nếu xuất ngay mỗi giá trị vừa đo được, tín hiệu có thể dao động mạnh.

Vì vậy cảm biến công nghiệp thường sử dụng:

• averaging;
• filtering;
• damping;
• thuật toán xử lý echo.

Kết quả là tín hiệu ổn định hơn nhưng thời gian đáp ứng cũng dài hơn.

Bù nhiệt độ

Vận tốc âm thanh thay đổi theo nhiệt độ.

Cảm biến công nghiệp thường có chức năng bù nhiệt để hạn chế sai số do sự thay đổi nhiệt độ môi trường.

Quá trình đo, kiểm tra và hiệu chỉnh này cũng là một phần trong chu kỳ cập nhật.

Vì vậy một cảm biến cập nhật sau khoảng 1–2 giây chưa chắc là “chậm”. Điều quan trọng là response time có phù hợp với quá trình cần đo hay không.

Cảm biến siêu âm có những loại nào?

Có thể chia cảm biến siêu âm thành ba nhóm phổ biến: đo liên tục, switching và module siêu âm dùng cho điện tử/Arduino.

Cảm biến siêu âm đo liên tục

Loại này trả về một giá trị khoảng cách hoặc mức liên tục.

Ví dụ:

• 820 mm
• 1.250 mm
• 3.600 mm

Tín hiệu thường gặp:

• 4–20mA;
• 0–10V;
• RS485 Modbus;
• HART.

Đây là nhóm thường dùng trong đo lường và tự động hóa công nghiệp.

Cảm biến siêu âm switching

Loại switching không nhất thiết trả về giá trị khoảng cách liên tục.

Thay vào đó, người dùng đặt một ngưỡng.

Ví dụ:

• khoảng cách < 500 mm → ON
• khoảng cách > 500 mm → OFF

Tín hiệu thường là:

• PNP;
• NPN;
• relay.

Loại này thích hợp cho phát hiện vật thể hoặc báo mức.

Cảm biến Arduino / HC-SR04

HC-SR04 và các module tương tự thường dùng chân Trigger/Echo để vi điều khiển tính khoảng cách.

Ưu điểm là:

• giá thấp;
• dễ thử nghiệm;
• phù hợp Arduino và học tập.

Nhưng không nên đánh đồng module hobby với cảm biến siêu âm công nghiệp dùng cho PLC và hệ thống vận hành liên tục.

Cảm biến siêu âm công nghiệp khác HC-SR04 như thế nào?

Cả hai đều có thể sử dụng nguyên lý phát và nhận sóng siêu âm nhưng mục đích thiết kế rất khác nhau.

Tiêu chí	Cảm biến công nghiệp	HC-SR04 / module phổ thông
Mục đích	Máy móc, nhà máy, đo lường	Học tập, Arduino
Tín hiệu	4–20mA, 0–10V, Modbus, HART, PNP/NPN	Trigger/Echo
Kết nối PLC	Thuận tiện	Cần xử lý thêm
Chống nhiễu	Thiết kế cho môi trường công nghiệp	Hạn chế
Bảo vệ môi trường	Có nhiều cấp bảo vệ tùy model	Chủ yếu môi trường trong nhà
Cài đặt	Teach-in, display, HART, programmer…	Lập trình từ vi điều khiển
Vận hành	Có thể dùng liên tục	Chủ yếu ứng dụng đơn giản

Vì vậy khi tìm “ultrasonic sensor”, cần xác định rõ mục tiêu là cảm biến công nghiệp hay module điện tử.

Cảm biến siêu âm có những tín hiệu ngõ ra nào?

Tín hiệu ngõ ra quyết định cách cảm biến kết nối với PLC, bộ hiển thị hoặc hệ thống điều khiển.

Cảm biến siêu âm 4–20mA

4–20mA là một trong những tín hiệu phổ biến nhất trong đo lường công nghiệp.

Ví dụ một cảm biến được scale:

• 4 mA = 0 m
• 20 mA = 10 m

PLC đọc dòng điện analog và quy đổi thành giá trị kỹ thuật tương ứng.

4–20mA thích hợp khi:

• cần truyền tín hiệu khoảng cách tương đối xa;
• môi trường công nghiệp có nhiễu;
• PLC có analog input 4–20mA;
• cần tín hiệu đo liên tục.

Cảm biến siêu âm 0–10V

Nguyên lý tương tự 4–20mA nhưng giá trị được biểu diễn bằng điện áp.

Ví dụ:

• 0 V = 0 m
• 10 V = 5 m

0–10V thường phù hợp với hệ thống có voltage input hoặc khoảng truyền tín hiệu không quá xa.

RS485 Modbus

Cảm biến có RS485 Modbus truyền dữ liệu dưới dạng số.

PLC, HMI, gateway hoặc SCADA có thể đọc trực tiếp các thanh ghi của thiết bị.

Ngoài giá trị đo chính, tùy thiết bị có thể đọc thêm:

• trạng thái cảm biến;
• alarm;
• diagnostic;
• thông số cấu hình.

HART

HART không nên hiểu đơn giản là một ngõ ra analog riêng.

Trong các thiết bị hỗ trợ HART, thông tin digital có thể được truyền chồng trên loop 4–20mA.

Nhờ đó người vận hành có thể cấu hình hoặc đọc diagnostic mà vẫn giữ tín hiệu analog 4–20mA.

PNP/NPN hoặc relay

PNP, NPN và relay thường dùng cho cảm biến dạng switching.

Ví dụ:

Có vật trong 300 mm → Output ON.

Đây là cách sử dụng khác với transmitter 4–20mA trả về khoảng cách liên tục.

Cảm biến siêu âm có màn hình và không màn hình khác nhau thế nào?

Có màn hình hay không không làm thay đổi nguyên lý đo siêu âm. Khác biệt chính nằm ở cách cài đặt và quan sát thiết bị.

Cảm biến có màn hình thường thuận tiện khi commissioning vì kỹ sư có thể xem ngay:

• giá trị đang đo;
• đơn vị;
• trạng thái output;
• thông số cài đặt;
• một số diagnostic.

Loại không màn hình có thể sử dụng:

• nút nhấn;
• teach-in;
• bút từ;
• thiết bị lập trình;
• giao tiếp digital.

Nếu cảm biến chỉ được cài đặt một lần và ít thay đổi, màn hình không phải lúc nào cũng cần thiết.

Cảm biến siêu âm được cài đặt như thế nào?

Phương pháp cài đặt phụ thuộc vào từng model.

Loại không màn hình

Một số cảm biến không tích hợp display cho phép người dùng thiết lập bằng:

• nút nhấn;
• teach-in;
• bút từ;
• programmer.

Ví dụ, kỹ sư có thể định nghĩa vị trí tương ứng với đầu và cuối thang đo để cảm biến tự scale tín hiệu 4–20mA. Xem thêm hướng dẫn cài đặt cảm biến siêu âm ULM-53 – không hiển thị của Dinel.

Loại có màn hình

Cảm biến có màn hình thường cho phép truy cập menu trực tiếp.

Các thông số thường cần quan tâm gồm:

• đơn vị đo;
• minimum range;
• maximum range;
• damping;
• loại output;
• scaling;
• filter;
• xử lý echo.

Cấu trúc menu cụ thể phải theo manual của từng model.

Cấu hình qua HART

Với thiết bị hỗ trợ HART, một số tham số có thể được cài đặt từ xa như:

• range;
• damping;
• process variable;
• diagnostic.

Khả năng thực tế phụ thuộc từng model và phiên bản.

Điểm mù của cảm biến siêu âm là gì?

Điểm mù – dead zone – là vùng ngay trước đầu cảm biến mà thiết bị không thể đo chính xác hoặc không đảm bảo phép đo.

Sau khi phát sóng, đầu dò cần thời gian phục hồi trước khi có thể nhận echo yếu một cách đáng tin cậy.

Nếu vật thể nằm quá gần, echo quay trở lại trong lúc đầu dò chưa sẵn sàng tiếp nhận.

Ví dụ:

Nếu dead zone của một cảm biến là 250 mm thì không nên bố trí bề mặt cần đo chỉ cách đầu dò 100 mm.

Đây là thông số rất quan trọng nhưng thường bị bỏ qua khi lựa chọn cảm biến.

Khoảng đo và điểm mù có liên quan thế nào?

Khoảng đo lớn không đồng nghĩa cảm biến có thể đo từ 0 m.

Một cảm biến được quảng cáo “đo 10 m” vẫn có thể có một vùng mù ở phía đầu cảm biến.

Do đó phải kiểm tra đồng thời:

Khoảng cách nhỏ nhất ≤ khoảng cách thực tế ≤ khoảng cách lớn nhất

Trong đó khoảng cách nhỏ nhất phải nằm ngoài dead zone.

Khi thiết kế bồn, không nên chỉ lấy chiều cao bồn để chọn range mà bỏ qua khoảng cách thực tế từ đầu cảm biến đến mức cao nhất của vật liệu.

Vì sao cảm biến dải xa thường có điểm mù lớn hơn?

Để đo xa hơn, đầu dò thường cần phát đủ năng lượng để echo quay lại vẫn có thể được nhận biết.

Điều này có thể liên quan tới:

• công suất phát;
• ringing của transducer;
• thời gian phục hồi receiver;
• beam geometry;
• thuật toán xử lý echo.

Vì vậy không nên mặc định chọn cảm biến có dải đo lớn nhất.

Nếu ứng dụng chỉ cần đo 0,5–3 m, một sensor được thiết kế phù hợp cho dải này có thể hợp lý hơn một sensor 20 m.

Góc phát sóng của cảm biến siêu âm

Sóng của cảm biến siêu âm tạo thành một vùng phát – beam, không phải một tia cực nhỏ giống laser.

Nếu trong beam có vật cản như:

• thành bồn;
• ống;
• thanh giằng;
• cánh khuấy;
• kết cấu cơ khí;

cảm biến có thể nhận echo từ các vật này.

Do đó vị trí lắp đặt ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của phép đo.

Không nên chỉ nhìn khoảng cách từ cảm biến tới mục tiêu mà phải xem toàn bộ đường truyền của sóng.

Nhiệt độ ảnh hưởng thế nào tới cảm biến siêu âm?

Vận tốc âm thanh trong không khí thay đổi theo nhiệt độ.

Một công thức gần đúng thường dùng là:

v ≈ 331 + 0,6T

Trong đó:

• v: vận tốc âm thanh, m/s
• T: nhiệt độ không khí, °C

Ví dụ ở nhiệt độ cao hơn, vận tốc âm thanh cũng thay đổi.

Nếu không bù, sự thay đổi này có thể gây sai số khoảng cách.

Vì vậy cảm biến siêu âm công nghiệp thường tích hợp temperature compensation để giảm ảnh hưởng của nhiệt độ. Do cảm biến siêu âm đo thời gian truyền sóng trong môi trường khí, thay đổi nhiệt độ của lớp không khí giữa cảm biến và vật đo cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả, không chỉ nhiệt độ của chính cảm biến.

Những yếu tố làm cảm biến siêu âm đo sai

Một số điều kiện có thể làm echo yếu, sai hoặc không ổn định:

• bọt dày trên bề mặt chất lỏng;
• hơi hoặc vapor mạnh;
• vật cản trong beam;
• bề mặt nghiêng làm sóng phản xạ lệch hướng;
• vật liệu hấp thụ âm;
• gió mạnh;
• biến thiên nhiệt độ lớn;
• bụi dày trong một số ứng dụng;
• vật nằm trong dead zone.

Do đó không nên chọn ultrasonic chỉ dựa trên thông số khoảng đo.

Môi trường thực tế đôi khi quan trọng hơn range danh nghĩa.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách là gì?

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách sử dụng thời gian truyền và phản xạ của sóng để xác định khoảng cách từ đầu cảm biến tới vật hoặc bề mặt cần đo.

Có hai cách sử dụng phổ biến.

Đo khoảng cách liên tục

Cảm biến liên tục trả về các giá trị như:

• 785 mm
• 920 mm
• 1.250 mm

Tín hiệu có thể được đưa về PLC bằng 4–20mA, 0–10V hoặc Modbus.

Phát hiện vật theo khoảng cách

Người dùng đặt một threshold.

Ví dụ:

• <500 mm → ON
• ≥500 mm → OFF

Do đó “cảm biến siêu âm đo khoảng cách” không đồng nghĩa với cảm biến ON/OFF.

Cần phân biệt transmitter đo liên tục và proximity/switching sensor.

Ứng dụng cảm biến siêu âm

Ứng dụng	Siêu âm phù hợp?	Cần lưu ý
Nước sạch	Rất phù hợp	Dead zone, vật cản
Nước thải	Phù hợp	Bọt
Hóa chất	Tùy ứng dụng	Vapor, nhiệt độ
Băng tải	Phù hợp	Response time
Silo hạt	Có thể	Bụi, mặt nghiêng
Chân không	Không	Sóng âm không truyền

Cảm biến siêu âm đo mức nước

Cảm biến siêu âm được sử dụng phổ biến để đo mức nước liên tục trong bồn, bể, hồ và các hệ thống xử lý nước mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Cảm biến được lắp phía trên bề mặt nước, phát sóng siêu âm xuống dưới và tính khoảng cách dựa trên thời gian tín hiệu phản xạ quay trở lại.

Từ khoảng cách đo được, bộ xử lý có thể quy đổi thành chiều cao mức nước và truyền giá trị về PLC, HMI hoặc bộ hiển thị thông qua tín hiệu 4–20mA, 0–10V hoặc RS485 Modbus.

Tuy nhiên, siêu âm chỉ là một trong nhiều công nghệ dùng để đo mức nước. Tùy bồn hở, bồn kín, chiều cao đo, hơi nước, bọt hoặc yêu cầu độ chính xác, có thể sử dụng radar, cảm biến áp suất thủy tĩnh, cảm biến chênh áp hoặc các loại báo mức khác. Xem thêm bài cảm biến đo mức nước để so sánh đầy đủ các công nghệ và chọn phương pháp phù hợp cho từng ứng dụng.

Đo hóa chất

Ưu điểm của ultrasonic là đầu cảm biến không nhất thiết tiếp xúc trực tiếp với hóa chất.

Tuy nhiên cần xem xét:

• hơi hóa chất;
• foam;
• nhiệt độ;
• môi trường phía trên bề mặt.

Trong điều kiện vapor hoặc foam mạnh, radar có thể là phương án cần được cân nhắc.

Đo nước thải

Công nghệ không tiếp xúc giúp hạn chế tình trạng đầu cảm biến bị bám trực tiếp bởi chất lỏng.

Ứng dụng thường gặp gồm:

• bể nước thải;
• hố gom;
• bể xử lý.

Tuy nhiên bọt dày vẫn có thể ảnh hưởng đến echo.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách

Trong máy móc, ultrasonic có thể dùng để xác định:

• vị trí;
• chiều cao;
• khoảng cách tới sản phẩm;
• khoảng cách tới cơ cấu chuyển động.

Phát hiện vật thể

Cảm biến có thể phát hiện:

• chai;
• hộp;
• pallet;
• sản phẩm trên băng tải;
• vật thể có màu sắc hoặc độ trong suốt khó xử lý bằng một số nguyên lý quang.

Đo vật liệu rắn

Ultrasonic cũng có thể được sử dụng với vật liệu rắn trong một số điều kiện.

Tuy nhiên phải xem xét:

• góc của bề mặt vật liệu;
• độ hấp thụ âm;
• bụi;
• hình dạng đống vật liệu;
• độ mạnh của tín hiệu phản xạ.

Khi nào nên dùng cảm biến siêu âm?

Cảm biến siêu âm thường là lựa chọn phù hợp khi:

• cần đo không tiếp xúc;
• mục tiêu phản xạ sóng âm tốt;
• môi trường không có quá nhiều bọt hoặc hơi;
• khoảng đo nằm ngoài dead zone;
• cần tín hiệu 4–20mA hoặc Modbus về PLC;
• tốc độ đáp ứng của sensor phù hợp với quá trình;
• chưa cần sử dụng công nghệ radar.

Đây là công nghệ khá linh hoạt cho cả đo mức và đo khoảng cách.

Khi nào không nên dùng cảm biến siêu âm?

Không nên mặc định sử dụng ultrasonic cho mọi ứng dụng.

Cần cân nhắc công nghệ khác nếu:

• bề mặt có bọt rất dày;
• môi trường có vapor mạnh;
• có nhiều vật cản trong beam;
• vật phản xạ âm kém;
• khoảng cách nằm trong dead zone;
• cần response cực nhanh;
• điều kiện nhiệt độ hoặc process vượt giới hạn cảm biến;
• ứng dụng hoạt động trong chân không.

Trong chân không, sóng âm không có môi trường truyền như trong không khí nên ultrasonic không phải lựa chọn thích hợp.

Cảm biến siêu âm và radar khác nhau thế nào?

Cả radar và siêu âm đều có thể đo không tiếp xúc nhưng nguyên lý khác nhau.

Tiêu chí	Siêu âm	Radar
Nguyên lý	Sóng âm	Sóng điện từ
Không tiếp xúc	Có	Có
Phụ thuộc môi trường truyền âm	Có	Ít hơn
Ảnh hưởng bởi nhiệt độ	Cần bù vận tốc âm	Thường ít nhạy hơn về nguyên lý truyền
Hơi/vapor	Có thể ảnh hưởng	Thường có lợi thế hơn
Foam	Có thể gây mất echo	Tùy loại foam và radar
Chân không	Không phù hợp	Có thể sử dụng tùy thiết bị
Chi phí	Thường kinh tế ở nhiều ứng dụng	Thường cao hơn tùy công nghệ/model

Không có công nghệ nào tốt hơn tuyệt đối.

Việc lựa chọn phải dựa trên môi trường, khoảng đo, độ chính xác, tốc độ đáp ứng và ngân sách. Xem thêm: cảm biến radar là gì, nguyên lý, ứng dụng & cách chọn.

Cách chọn cảm biến siêu âm

Trước khi chọn model, nên trả lời các câu hỏi sau.

Cần đo liên tục hay chỉ ON/OFF?

Nếu cần biết giá trị chính xác liên tục, chọn transmitter có:

• 4–20mA;
• 0–10V;
• Modbus;
• HART.

Nếu chỉ cần biết có/không hoặc đầy/cạn, switching sensor có thể đơn giản hơn.

Khoảng cách nhỏ nhất và lớn nhất là bao nhiêu?

Không chỉ lấy chiều cao bồn.

Cần xác định khoảng cách thực tế từ đầu cảm biến tới:

• vị trí gần nhất;
• vị trí xa nhất.

Tốc độ phản hồi cần bao nhiêu?

Nếu ứng dụng:

• tank level → 1–2s thường không vấn đề;
• conveyor / counting / position → 1–2s có thể quá chậm.

Khi tốc độ lấy mẫu là một điều đáng lo ngại thì cảm biến đo mức radar sẽ là giải pháp đáng để cân nhắc.

Dead zone bao nhiêu?

Khoảng cách gần nhất phải lớn hơn vùng mù của model được chọn.

Chọn 4–20mA, 0–10V hay Modbus?

4–20mA: phù hợp hệ thống đo lường công nghiệp và truyền tín hiệu xa.

0–10V: phù hợp thiết bị nhận tín hiệu voltage.

Modbus: thích hợp khi muốn lấy dữ liệu digital và nhiều thông số qua cùng một đường truyền.

HART: hữu ích khi cần cấu hình và diagnostic trên loop 4–20mA.

Có cần màn hình không?

Nếu cần commissioning và kiểm tra trực tiếp ngoài hiện trường, display rất thuận tiện.

Nếu cảm biến được cấu hình một lần và ít thay đổi thì phiên bản không màn hình có thể đủ.

Kiểm tra môi trường

Cuối cùng cần kiểm tra:

• nhiệt độ;
• cấp bảo vệ IP;
• hóa chất;
• vapor;
• foam;
• áp suất;
• vật cản;
• yêu cầu lắp đặt.

Có nên chọn cảm biến có màn hình?

Không có câu trả lời chung cho mọi ứng dụng.

Loại không màn hình phù hợp khi:

• setup đơn giản;
• ít thay đổi;
• đã có HMI/PLC hiển thị;
• muốn tối ưu chi phí.

Loại có màn hình thuận tiện khi:

• cần commissioning tại hiện trường;
• muốn xem ngay giá trị đo;
• thường xuyên troubleshooting;
• cần thay đổi thông số tại thiết bị.

Màn hình chủ yếu cải thiện khả năng thao tác và quan sát, không tự động khiến nguyên lý đo chính xác hơn.

Thiết bị này dành cho ai?

Cảm biến siêu âm công nghiệp phù hợp với:

• kỹ sư tự động hóa;
• kỹ sư điện – điều khiển;
• kỹ sư bảo trì;
• nhà chế tạo máy;
• system integrator;
• đơn vị xử lý nước;
• người cần đo mức hoặc khoảng cách không tiếp xúc.

Đặc biệt phù hợp với hệ thống cần đưa tín hiệu trực tiếp về PLC, HMI hoặc SCADA.

Tại sao cảm biến siêu âm công nghiệp giá cao hơn hàng phổ thông?

Giá cảm biến công nghiệp không chỉ nằm ở phần tử phát và nhận sóng.

Một thiết bị công nghiệp còn có thể bao gồm:

• housing phù hợp môi trường nhà máy;
• cấp bảo vệ IP;
• thiết kế chống nhiễu EMC;
• mạch xử lý echo;
• temperature compensation;
• filtering và damping;
• tín hiệu 4–20mA hoặc digital công nghiệp;
• khả năng diagnostic;
• dải nhiệt vận hành rộng hơn;
• thiết kế cho vận hành liên tục.

Vì vậy không nên so sánh trực tiếp một ultrasonic transmitter dùng trong nhà máy với module HC-SR04 chỉ dựa trên nguyên lý đo.

Khi nào không cần mua cảm biến siêu âm công nghiệp?

Không phải ứng dụng nào cũng cần transmitter công nghiệp.

Nếu chỉ làm mô hình Arduino trong nhà, khoảng cách ngắn và môi trường ổn định, một module như HC-SR04 có thể đủ.

Nếu chỉ cần báo:

• bồn đầy;
• bồn cạn;
• có vật;
• không có vật;

thì một level switch hoặc proximity sensor đơn giản có thể kinh tế hơn transmitter đo liên tục.

Chỉ nên chọn thiết bị theo đúng yêu cầu thực tế thay vì mặc định sử dụng loại nhiều chức năng nhất.

Một số cảm biến siêu âm công nghiệp

Model	Kiểu	Cài đặt	Ứng dụng chính
ULM-53N	Continuous	Bút từ/nút tùy phiên bản	Đo mức, khoảng cách
ULM-70N	Continuous + display	Menu trên màn hình	Commissioning trực tiếp
ULS-53N	Switching	Theo model	Báo mức ON/OFF

ULM-53N

ULM-53N thuộc nhóm cảm biến siêu âm công nghiệp có thể được sử dụng cho các ứng dụng đo không tiếp xúc.

Tùy phiên bản, cần kiểm tra datasheet để xác định chính xác:

• khoảng đo;
• dead zone;
• output;
• nguồn cấp;
• phương pháp cấu hình;
• vật liệu process connection.

Khi chọn model không nên chỉ dựa vào khoảng đo tối đa.

ULM-70N

ULM-70N là dòng cảm biến siêu âm có giao diện hiển thị trên một số phiên bản, thuận tiện cho việc commissioning và quan sát giá trị trực tiếp.

Tùy phiên bản có thể có các lựa chọn truyền tín hiệu và chức năng khác nhau.

Khoảng đo, điểm mù, tín hiệu và điều kiện làm việc cần được xác nhận theo datasheet của đúng mã sản phẩm trước khi đặt hàng.

ULS-53N

Nếu ứng dụng chỉ cần chức năng switching, ultrasonic level switch có thể phù hợp hơn transmitter liên tục.

Điểm quan trọng là phải phân biệt rõ:

switching output ≠ continuous measurement.

Nếu hệ thống cần truyền giá trị mức liên tục về PLC thì phải chọn đúng dòng transmitter phù hợp.

Cảm biến mức nước 4-20mA được dùng khi hệ thống cần biết chính xác lượng nước đang có trong bồn, bể, giếng hoặc hồ tại mọi thời điểm. Khác với cảm biến báo đầy – báo cạn chỉ phát hiện một vị trí, cảm biến đo mức nước liên tục tạo ra giá trị thay đổi từ 0–100% và truyền về PLC, bộ hiển thị hoặc SCADA.

Cảm biến đo mức 4-20mA là các dạng: Siêu Âm – Radar – Điện Dung – Thủy Tĩnh – Chênh Áp – Áp Suất hoặc vài loại đặc biệt khác. Kết quả có thể hiển thị theo mét, milimét, phần trăm, lít hoặc m³. Tín hiệu 4-20mA là chuẩn tín hiệu analog dòng điện dùng để biểu diễn giá trị mức đo. HART bổ sung dữ liệu số trên cùng vòng dòng, còn Modbus là giao thức truyền thông số.

Công nghệ đo có thể là thủy tĩnh, siêu âm, radar, điện dung hoặc chênh áp. Muốn chọn đúng trong số các loại cảm biến đo mức nước, cần xác định dải đo, bồn hở hay kín, bọt, hơi, nhiệt độ, áp suất, vị trí lắp và loại ngõ vào của PLC.

Xác nhận nhanh các kiểu đo mức nước:

• Bồn hở, nước sạch: siêu âm hoặc radar.
• Giếng sâu, bể ngầm: cảm biến thủy tĩnh.
• Bồn kín có áp suất: radar hoặc chênh áp.
• Bồn có cánh khuấy: radar hoặc ống bypass; đầu dò tiếp xúc phải tránh vùng quét của cánh khuấy.

Cảm biến mức nước 4-20mA là gì?

Cảm biến mức nước 4-20mA đo mức liên tục và chuyển kết quả thành dòng điện 4-20mA. Thông thường, 4mA là mức thấp nhất, 20mA là mức cao nhất và các giá trị giữa dải thay đổi tuyến tính.

PLC hoặc bộ hiển thị quy đổi tín hiệu thành mét, phần trăm hoặc thể tích. Muốn hiển thị lít hay m³, hệ thống cần biết hình dạng và kích thước bồn.

Một vòng đo cơ bản gồm cảm biến, nguồn cấp và thiết bị nhận tín hiệu. PLC, bộ hiển thị, relay, contactor hoặc SCADA được bổ sung tùy chức năng điều khiển và giám sát. Cần phân biệt đầu ra với nguyên lý cảm biến mức nước: nhiều công nghệ vẫn có thể cung cấp cùng ngõ ra 4-20mA.

Đo liên tục khác báo đầy – báo cạn như thế nào?

Tiêu chí	Đo mức liên tục	Báo đầy – báo cạn
Kết quả	Giá trị toàn dải 0–100%	Trạng thái ON/OFF
Tín hiệu	4-20mA, 0-10V, HART, Modbus	Relay, PNP, NPN
Chức năng	Hiển thị, lưu dữ liệu, điều khiển nhiều ngưỡng	Chống tràn, chống cạn
Thiết bị nhận	PLC, bộ hiển thị, SCADA	Relay, contactor, PLC

Nếu chỉ cần chạy hoặc dừng bơm tại hai điểm, có thể dùng cảm biến ON/OFF. Hiển thị mức và điều khiển nhiều ngưỡng cần cảm biến liên tục.

Tín hiệu 4-20mA thể hiện mức nước như thế nào?

Trong vòng dòng tiêu chuẩn, 4mA thường là 0% và 20mA là 100%. PLC scale dòng điện về đơn vị kỹ thuật; với dải 0–10m, 12mA tương ứng 5m.

4mA không phải mất tín hiệu. Dải có điểm bắt đầu khác 0 giúp nhận biết một số lỗi như đứt dây hoặc mất nguồn. Ngưỡng chẩn đoán phụ thuộc từng thiết bị.

Radar và siêu âm lắp trên đỉnh đo khoảng cách, vốn giảm khi mức tăng. Vì vậy phải cài đúng chiều 4-20mA hoặc 20–4mA. Xem thêm tín hiệu 4-20mA là gì.

Ví dụ dải đo mức nước 0–10m

Tín hiệu	Phần trăm	Mức nước
4mA	0%	0m
6mA	12,5%	1,25m
8mA	25%	2,5m
10mA	37,5%	3,75m
12mA	50%	5m
14mA	62,5%	6,25m
16mA	75%	7,5m
18mA	87,5%	8,75m
20mA	100%	10m

Bảng chỉ đúng khi cảm biến được cài tuyến tính 0–10m tương ứng 4-20mA. Nếu thay đổi dải hoặc đảo chiều tín hiệu, kết quả phải tính lại.

Công thức quy đổi 4-20mA sang mét nước

Giá trị đo = LRV + (I − 4) ÷ 16 × (URV − LRV)

Trong đó:

• I là dòng điện đo được.
• LRV là giá trị tại 4mA.
• URV là giá trị tại 20mA.

Công thức cho dải bắt đầu từ 0:

Mức nước = (Giá trị mA − 4) ÷ 16 × dải đo

Giá trị mA là dòng PLC đọc; 16 là độ rộng vòng dòng; dải đo là mức cao nhất đã cài.

Ví dụ 1: Cảm biến dải 0–10m phát 14,4mA:

(14,4 − 4) ÷ 16 × 10 = 6,5m

Ví dụ 2: Cảm biến dải 0–5m phát 10,4mA:

(10,4 − 4) ÷ 16 × 5 = 2m

Nếu dải không bắt đầu từ 0, phải cộng giá trị thấp nhất. Khi lập trình cần kiểm tra đơn vị và giá trị analog thô. Tham khảo cách quy đổi 4-20mA.

Vì sao cảm biến mức nước thường dùng tín hiệu 4-20mA?

Ưu điểm	Giới hạn cần kiểm tra
Phổ biến trong nhà máy, dễ kết nối analog input	PLC phải có đúng loại ngõ vào
Dùng được với transmitter hai dây	Cần đủ điện áp cho toàn vòng dòng
Có thể nhận biết một số trạng thái bất thường	Ngưỡng lỗi phụ thuộc thiết bị
Tín hiệu ổn định khi thiết kế đúng	Vẫn bị ảnh hưởng bởi tải, cáp và nhiễu

Cảm biến analog phù hợp khi cần một giá trị liên tục. Khoảng cách truyền phụ thuộc nguồn, điện trở dây, tổng tải và nhiễu; không có một khoảng cách cố định cho mọi hệ thống.

Nên chọn 4-20mA, 0-10V, HART hay Modbus?

Tín hiệu	Đặc điểm	Khi nên dùng
4-20mA	Một giá trị analog, phổ biến và dễ kiểm tra	Truyền mức về PLC hoặc bộ hiển thị
0-10V	Mạch đơn giản nhưng nhạy hơn với sụt áp, nhiễu	Khoảng cách gần, môi trường ít nhiễu
4-20mA/HART	HART hoạt động cùng vòng dòng, hỗ trợ cấu hình và chẩn đoán	Nhà máy cần quản lý thiết bị đo
Modbus RTU	Dữ liệu số theo thanh ghi, đọc được nhiều thông số	PLC, datalogger, SCADA, mạng nhiều cảm biến
Relay	Chỉ đóng hoặc mở	Báo điểm, không phải tín hiệu đo liên tục

Cảm biến HART giữ 4-20mA và bổ sung cấu hình, chẩn đoán. Modbus có nhiều dữ liệu hơn nhưng phải thiết lập địa chỉ, baud rate, parity, thanh ghi và topology.

Trước khi đặt hàng, kiểm tra PLC dùng analog input hay RS485, số thiết bị và khoảng cách truyền.

Các loại cảm biến mức nước có ngõ ra 4-20mA

Các công nghệ sau đều có ngõ ra liên tục nhưng điều kiện sử dụng khác nhau.

Cảm biến thủy tĩnh 4-20mA

Cảm biến đo mức thủy tĩnh thả gần đáy để đo áp suất cột nước, phù hợp giếng, hồ và bể sâu. Bọt không ảnh hưởng trực tiếp nhưng đầu dò tiếp xúc với nước. Cần kiểm tra vật liệu, cặn, dải mH₂O, chiều dài cáp và bảo vệ cáp thông hơi khỏi ẩm.

Cảm biến siêu âm 4-20mA

Đo mức nước bằng cảm biến siêu âm phù hợp bồn hở, nước sạch và bể ít hơi. Cần đủ vùng mù; hơi, bọt, ngưng tụ, nhiệt độ và vật cản có thể ảnh hưởng tín hiệu. Vùng phát sóng phải thông thoáng.

Cảm biến đo mức radar 4-20mA

Cảm biến đo mức radar gồm loại không tiếp xúc và dẫn sóng, phù hợp nơi có hơi hoặc khoảng đo xa. Cần kiểm tra góc phát, cổ bồn, vật cản, dòng nạp và khả năng phản xạ. Radar dẫn sóng còn phải xem xét cặn bám.

Cảm biến điện dung 4-20mA

Cảm biến đo mức nước bằng điện dung dùng đầu dò tiếp xúc cho bồn thấp hoặc không gian nhỏ. Đầu dò phải đúng chiều dài và được hiệu chỉnh. Cặn bám hoặc thay đổi điện môi có thể gây sai lệch.

Cảm biến áp suất và chênh áp 4-20mA

Đo mức nước bằng cảm biến áp suất dùng gauge lắp đáy cho bồn hở và chênh áp cho bồn kín. Không dùng gauge đơn khi áp suất khí thay đổi. Kết quả còn phụ thuộc khối lượng riêng.

Bảng chọn cảm biến mức nước 4-20mA theo ứng dụng

Ứng dụng	Công nghệ ưu tiên	Tín hiệu đề xuất	Nội dung cần lưu ý
Bồn nước sạch hở	Siêu âm hoặc radar	4-20mA	Vùng mù, chiều cao, vị trí lắp
Bể nước thải có bọt	Radar hoặc thủy tĩnh	4-20mA/HART	Bọt, cặn, ăn mòn, vệ sinh
Giếng khoan	Thủy tĩnh	4-20mA	Dải mH₂O, chiều dài cáp, đường kính đầu dò
Hồ, sông, thủy điện	Radar hoặc thủy tĩnh	4-20mA/Modbus	Dao động, chống sét, khoảng cách truyền
Bồn kín có áp suất	Chênh áp hoặc radar phù hợp	4-20mA/HART	Áp suất phía trên mặt nước
Bồn có cánh khuấy	Ưu tiên radar không tiếp xúc nếu đủ không gian. Radar dẫn sóng hoặc điện dung chỉ sử dụng khi đầu dò nằm ngoài vùng hoạt động của cánh khuấy hoặc được lắp trong ống bypass.	4-20mA	Vật cản, dòng nạp, dao động
Bồn thấp dưới 2m	Điện dung, siêu âm hoặc áp suất	4-20mA	Vùng mù, không gian lắp, độ chính xác
Nhiều cảm biến	Modbus hoặc bộ chuyển đổi	RS485 Modbus	Địa chỉ, tốc độ truyền, topology

Bảng chỉ sàng lọc ban đầu; model phải được xác nhận theo điều kiện thực tế.

Cách chọn dải đo cảm biến mức nước

Xác định mức thấp, mức cao, chiều cao bồn, khoảng cách lắp và vùng mù. Chọn dải gần khoảng sử dụng nhưng có dự phòng phù hợp.

Chiều cao sử dụng	Dải cảm biến tham khảo	Điều cần kiểm tra
Đến 1m	0–1m hoặc dải gần nhất	Điểm mù, độ chính xác
Đến 2m	0–2m hoặc dải kế tiếp	Khoảng cách lắp trên đỉnh
Đến 5m	0–5m	Mức thấp, mức cao thực tế
Đến 10m	0–10m	Dự phòng và vùng không đo

Ví dụ chọn dải đo

• Bồn cao 2m nhưng đầu siêu âm cách mức đầy 0,3m: phải tính cả vùng mù, không chỉ chọn theo chiều cao bồn.
• Bể sâu 6m: có thể cần dải kế tiếp lớn hơn 6m, tùy vị trí lắp và dự phòng.
• Giếng sâu 30m nhưng mực nước chỉ biến thiên 12m: chọn cảm biến thủy tĩnh theo cột nước tác động và vị trí thả, không mặc định theo toàn bộ độ sâu giếng.

Tôi từng lắp cảm biến siêu âm cho bể nước sạch 25 m³ có chiều cao bể 2 m. Tuy nhiên, do cổ lắp cảm biến cao 300 mm, khoảng cách thực tế từ mặt cảm biến đến đáy bể là 2,3 m. Vì vậy, phải chọn cảm biến theo toàn bộ khoảng cách từ mặt cảm biến đến đáy. Với trường hợp này, có thể chọn cảm biến có khoảng đo tối đa 6 m và cấu hình dải đo 0–2,3 m tương ứng 4-20mA. Dải đo trên cảm biến, bộ hiển thị và PLC phải được cấu hình đồng nhất.

Cảm biến 4-20mA hai dây, ba dây và bốn dây

Loại	Cấp nguồn và tín hiệu	Lưu ý
Hai dây	Nguồn và tín hiệu dùng chung vòng dòng	Phổ biến với transmitter công nghiệp
Ba dây	Dây nguồn dương, nguồn âm và tín hiệu	Phải kiểm tra điểm chung nguồn
Bốn dây	Nguồn và tín hiệu tách riêng	Phù hợp thiết bị cần nguồn độc lập

Cảm biến hai dây vẫn cần nguồn và thiết bị nhận phù hợp. Loại ba hoặc bốn dây phải đấu theo sơ đồ của model, không suy luận theo màu dây.

Kết nối cảm biến mức nước 4-20mA với PLC

Sơ đồ chức năng kết nối cảm biến 4-20mA:

Nguồn 24Vdc => cảm biến => PLC

Trước khi đấu PLC, kiểm tra input active hay passive. Input passive thường cần nguồn 24VDC ngoài. Phải đúng cực tính và đủ điện áp sau sụt áp trên toàn vòng dòng.

Cáp tín hiệu nên tách dây động lực, dùng chống nhiễu và nối đất đúng thiết kế. Đường cáp ngoài trời cần chống sét.

Scale tín hiệu trong PLC

PLC nhận giá trị analog thô rồi đổi về mA và đơn vị kỹ thuật. Với dải 0–10m, 4mA là 0m và 20mA là 10m. Giá trị thô khác nhau theo module nên phải tra tài liệu. Khi sai tỷ lệ, kiểm tra hai điểm scale, đơn vị và chiều đo.

Kết nối cảm biến mức nước 4-20mA với bộ hiển thị mức nước

Bộ hiển thị mức nước scale 4-20mA thành mét, phần trăm hoặc thể tích và có thể tích hợp relay.

Một số bộ hiển thị mực nước như STR551 hay S311A có chức năng tự phát nguồn như một bộ nguồn 24Vdc cho cảm biến. Chức năng cấp nguồn cảm biến tích hợp giúp không cần lắp thêm bộ nguồn 24VDC rời và đơn giản hóa đấu nối.
Tùy phiên bản, STR551 hoặc S311A có thể tích hợp nguồn cấp cảm biến, ngõ ra relay và tín hiệu analog truyền lại. Cần kiểm tra đúng mã hàng và datasheet trước khi đấu nối.

Có thể truyền mức nước về SCADA hoặc Internet không?

Có. PLC, datalogger hoặc bộ chuyển đổi có thể đưa 4-20mA sang Modbus, Ethernet hoặc 4G để SCADA hiển thị, cảnh báo và lưu dữ liệu.

Cảm biến chỉ tạo giá trị mức; truyền Internet phụ thuộc gateway, modem, giao thức và nguồn. Điểm ngoài trời cần chống sét và phương án khi mất kết nối.

Những lỗi thường gặp với tín hiệu 4-20mA

Hiện tượng	Nguyên nhân có thể	Hướng kiểm tra
PLC đọc 0mA	Mất nguồn, đứt dây, đảo cực	Đo nguồn và kiểm tra vòng dòng
Luôn đọc 4mA	Mức thấp hoặc chưa cấu hình	Kiểm tra mức và dải cài đặt
Vượt 20mA	Vượt dải hoặc báo lỗi	Kiểm tra tài liệu chẩn đoán
Giá trị dao động	Nhiễu, mặt nước động, vị trí sai	Tách cáp, kiểm tra đất và vị trí
Tín hiệu truyền về bị sai	Dải scale LRV–URV không khớp khoảng đo thực tế	Kiểm tra và cấu hình lại LRV, URV trên cảm biến và chương trình PLC.
Sai tỷ lệ	PLC scale sai	Kiểm tra điểm thấp, cao và đơn vị
Không đọc được dòng	Sai active/passive	Kiểm tra input và nguồn vòng dòng
Giảm khi nối thêm thiết bị	Tải cao hoặc nguồn thiếu	Tính lại toàn bộ tải
Hiển thị ngược	Đảo 4-20mA/20-4mA	Kiểm tra cấu hình đầu ra

Khi có lỗi, kiểm tra nguồn, cực tính, cấu hình, module PLC, tải, cáp và vị trí trước khi thay cảm biến. Một lỗi thường gặp là giá trị hiển thị trên PLC hoặc DCS không khớp với mức nước thực tế. Theo kinh nghiệm lắp đặt, có hai nguyên nhân chính:

• Giá trị hiển thị trực tiếp trên cảm biến đúng, nhưng dải LRV–URV được cài trên PLC hoặc bộ hiển thị không khớp với dải đã cấu hình trên cảm biến.
• Cáp tín hiệu đi gần biến tần, động cơ hoặc dây động lực có thể bị nhiễu. Khi đo ngay tại cảm biến, tín hiệu vẫn đúng nhưng giá trị nhận tại PLC hoặc DCS có thể sai lệch hoặc mất ổn định.

Các model cảm biến mức nước 4-20mA tham khảo

Model	Công nghệ	Dải đo tổng quát	Ứng dụng chính
HLM-25S/HLM-25C	Thủy tĩnh	Chọn theo cột nước và cáp	Giếng, hồ, bể sâu
ULM-53N/ULM-70N	Siêu âm	Tùy phiên bản	Bồn hở, bể xử lý
LR80/LR81/LR83/LR85	Radar không tiếp xúc	Bồn nhỏ đến khoảng đo xa	Nước sạch, nước thải, hồ
GRLM-70N	Radar dẫn sóng	Theo phiên bản đầu dò	Bồn kín, bồn hẹp
CLM-36N/DLM-35N	Điện dung	Theo chiều dài đầu dò	Bồn thấp, không gian nhỏ

Mỗi model có nhiều phiên bản; cần xác nhận mã hàng bằng datasheet.

Giá cảm biến mức nước 4-20mA phụ thuộc vào yếu tố nào?

Giá phụ thuộc công nghệ, dải đo, độ chính xác, vật liệu, nhiệt độ, áp suất, màn hình, HART/Modbus, IP, chống nổ, chiều dài cáp và phụ kiện.

Yêu cầu báo giá cần kèm thông tin bồn, vị trí lắp và tín hiệu PLC.

Thông tin cần cung cấp khi yêu cầu báo giá

• Loại nước và tình trạng cặn.
• Mức thấp nhất, mức cao nhất, chiều cao bồn hoặc độ sâu giếng.
• Bồn hở hay kín; nhiệt độ và áp suất.
• Tình trạng bọt, hơi, ngưng tụ, cánh khuấy và dòng nạp.
• Vị trí lắp và không gian cơ khí.
• Tín hiệu 4-20mA, HART hoặc Modbus.
• Nguồn cấp, loại PLC và analog input active/passive.
• Chiều dài cáp, vị trí ngoài trời và yêu cầu chống nổ nếu có.

Câu hỏi thường gặp

Cảm biến mức nước 4-20mA phù hợp với hệ thống cần đo liên tục từ 0–100% và truyền giá trị về PLC, bộ hiển thị hoặc SCADA. Tuy nhiên, 4-20mA chỉ là tín hiệu đầu ra; công nghệ cảm biến phải được chọn theo bồn, khoảng đo, hơi, bọt, nhiệt độ, áp suất và vị trí lắp.

Để chọn đúng cảm biến mức nước 4-20mA, quý khách vui lòng cung cấp chiều cao cần đo, loại bồn, nhiệt độ, áp suất, tình trạng hơi/bọt, vị trí lắp và tín hiệu PLC đang sử dụng. HUPHACO sẽ đối chiếu điều kiện thực tế để lựa chọn công nghệ, dải đo và model phù hợp.

Liên hệ HUPHACO nếu cần cảm biến mức nước 4-20mA, kiểm tra dải đo hoặc tư vấn phương án lắp đặt phù hợp.

Hotline: 0937.27.55.66

Website: www.huphaco.vn

Email: info@huphaco.vn

Chịu trách nhiệm nội dung:

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Tôi có hơn 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực đo lường, cảm biến và tự động hóa công nghiệp. Nội dung được biên soạn dựa trên kiến thức kỹ thuật và kinh nghiệm ứng dụng thực tế.

Cảm biến đo mức thủy tĩnh đo chiều cao chất lỏng từ áp suất của cột chất lỏng và truyền kết quả liên tục về PLC, bộ hiển thị hoặc SCADA bằng tín hiệu 4-20mA. Phương pháp này phù hợp nhất với giếng, bể ngầm, hồ chứa và bồn hở khi tỷ trọng môi chất tương đối ổn định.

Điểm cần quyết định trước tiên không phải là chọn một model theo chiều cao bồn. Kỹ sư cần xác định bồn hở hay bồn có áp, đầu dò sẽ thả chìm hay lắp ren gần đáy, môi chất có cặn hay ăn mòn, và hệ thống cần độ chính xác đến mức nào. Bài viết này giúp chọn đúng kiến trúc đo, dải áp suất, vật liệu và tín hiệu trước khi yêu cầu báo giá.

Nếu chưa xác định nên dùng cảm biến thủy tĩnh, radar, siêu âm hay cảm biến báo mức, bạn có thể xem tổng quan các loại cảm biến đo mức nước để so sánh và chọn công nghệ phù hợp với từng loại bồn, hồ hoặc giếng.

Chọn nhanh cảm biến đo mức thủy tĩnh theo ứng dụng

Điều kiện thực tế	Phương án nên xem	Lý do
Giếng khoan hoặc giếng nước	Đầu dò thủy tĩnh thả chìm	Lắp từ trên, không cần tạo kết nối dưới đáy
Bể ngầm hoặc hố thu	Đầu dò thả chìm	Tiếp cận vị trí thấp bằng cáp và đo liên tục
Hồ, sông hoặc hồ thủy điện	Đầu dò thả chìm có cố định	Đo cột nước tại một điểm, truyền 4-20mA về xa
Bồn hở có ren gần đáy	Cảm biến thủy tĩnh lắp ren	Gọn, dễ tháo bảo trì từ bên ngoài
Bồn kín nhưng có ống thở	Thủy tĩnh gauge hoặc radar	Khoang khí gần áp suất khí quyển; vẫn phải kiểm tra dao động áp
Bồn kín có áp suất khí thay đổi	Chênh áp hoặc radar phù hợp	Một cảm biến áp suất đơn ở đáy không tách được áp suất khoang khí
Nước sạch, trung tính	Màng inox phù hợp	Cấu hình đơn giản nếu điều kiện hóa học nằm trong giới hạn hãng
Nước bẩn nhẹ hoặc có bùn	Màng ceramic mặt mở	Giảm nguy cơ tạp chất bám hoặc che kín bề mặt đo
Môi chất khác nước	Tính lại theo tỷ trọng và vật liệu	Cùng chiều cao nhưng áp suất thay đổi theo khối lượng riêng

Nếu chỉ có ba thông tin để sàng lọc ban đầu, hãy trả lời: bồn hở hay bồn có áp, có thể lắp gần đáy hay không, và tỷ trọng chất lỏng có ổn định không.

Cảm biến đo mức thủy tĩnh là gì

Cảm biến đo mức thủy tĩnh là thiết bị đo áp suất tại một điểm trong chất lỏng rồi quy đổi áp suất đó thành chiều cao mức. Đầu dò có thể được thả chìm gần đáy giếng hoặc bể, hoặc lắp trực tiếp vào thành bồn tại vị trí thấp.

Thiết bị không “nhìn” thấy bề mặt chất lỏng như radar hoặc siêu âm. Nó đo lực do cột chất lỏng phía trên tác động lên màng cảm biến. Vì vậy, kết quả phụ thuộc đồng thời vào chiều cao cột chất lỏng, khối lượng riêng, vị trí màng đo và áp suất tham chiếu.

Tín hiệu ngõ ra 4-20mA / 0-10V tương ứng với mức nước đo được. Tín hiệu được truyền về PLC hoặc hệ thống SCADA.

Nguyên lý đo mức bằng áp suất thủy tĩnh

Áp suất thủy tĩnh tăng khi chiều cao hoặc khối lượng riêng của cột chất lỏng tăng. Quan hệ cơ bản là:

P = ρ × g × h

• P là áp suất do cột chất lỏng tạo ra tại vị trí màng cảm biến.
• ρ là khối lượng riêng của chất lỏng tại điều kiện vận hành.
• g là gia tốc trọng trường.
• h là chiều cao cột chất lỏng phía trên tâm màng đo.

Với nước, 10 m cột nước tạo ra xấp xỉ 0,98 bar. Do đó bồn nước cao 10 m không cần cảm biến 10 bar; chọn dải lớn hơn quá nhiều làm thu hẹp phần tín hiệu hữu ích và tăng sai số tuyệt đối của toàn vòng đo.

Chiều cao cột nước	Áp suất gần đúng
1 mH₂O	0,098 bar
3 mH₂O	0,294 bar
5 mH₂O	0,490 bar
10 mH₂O	0,981 bar
20 mH₂O	1,961 bar

Các giá trị trên dùng cho lựa chọn sơ bộ. Khi hiệu chuẩn cần dùng tỷ trọng thực, mốc zero và dải đo đã đặt của cảm biến.

Tuy nhiên, các cảm biến đo mức thủy tĩnh chuyên dụng như của Dinel: HLM-25C, HLM-25S, HLM-25N, HLM-16N đã được hiệu chỉnh quy đổi từ áp suất sang mét nước từ nhà sản xuất.

Cấu tạo cảm biến đo mức thủy tĩnh

Cảm biến áp suất thủy tĩnh có cấu tạo khá đơn giản gồm:

• Màng cảm biến áp suất.
• Mạch chuyển đổi.
• Thân đầu dò IP68.
• Cáp tín hiệu.
• Ống thông khí/mao dẫn.
• Móc treo hoặc phụ kiện cố định.

Sơ đồ đấu dây 4–20 mA hai dây

Đối với phiên bản ngõ ra 4–20 mA hai dây, nguồn cấp và tín hiệu sử dụng chung một vòng dòng. Không nối trực tiếp hai dây cảm biến vào hai cực nguồn mà không có tải hoặc ngõ vào analog mắc nối tiếp. Sơ đồ đấu còn phụ thuộc Analog Input của PLC là loại active hay passive. Trường hợp ngõ vào analog của PLC là loại passive và cần nguồn 24 VDC bên ngoài, đấu vòng dòng như sau:

• Nguồn 24Vdc ( + ) vào dây Dương ( + ) của cảm biến
• Nguồn 24Vdc ( – ) vào AI ( – ) của PLC.
• Dây Âm ( – ) của cảm biến về AI ( + ) của PLC.

Nếu ngõ vào analog là loại active và đã cấp nguồn cho vòng dòng, không cấp thêm nguồn 24 VDC bên ngoài; cần đấu theo sơ đồ của module PLC.

Lưu ý: không đấu nhầm dây bởi vì Dây âm ( – ) của cảm biến chính là tín hiệu 4-20mA truyền về.

Ba cách lắp cảm biến thủy tĩnh thường gặp

Đầu dò thả chìm cho giếng bể ngầm và hồ

Đầu dò được thả xuống gần đáy và treo bằng cáp chuyên dụng. Áp suất tác động lên màng được chuyển thành tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V tùy model. Cáp của phiên bản gauge thường có ống thông khí để đưa áp suất khí quyển tới mặt tham chiếu của cảm biến.

• Phù hợp khi không thể hoặc không muốn khoan kết nối gần đáy bồn.
• Cần chọn đúng chiều dài cáp, phương án treo và vị trí hộp nối.
• Không đặt đầu dò trong lớp cặn đáy hoặc ngay vùng dòng nạp mạnh.
• Đầu cáp có ống thông khí phải được giữ khô nhưng không bị bịt kín hoàn toàn.

Cảm biến lắp ren gần đáy bồn

Khi bồn có sẵn kết nối ở thành thấp hoặc đường ống thông với đáy, cảm biến như HLM-35 có thể lắp ren trực tiếp. Thiết bị nằm bên ngoài nên thuận tiện đi dây và bảo trì, nhưng vị trí ren phải kín, chịu được điều kiện quá trình và không bị cặn tích tụ che màng đo.

HLM-35 phù hợp chủ yếu với bồn, bình và đường ống không áp. Tùy cấu hình, thiết bị có màng ceramic hoặc inox, bù áp bằng van hoặc mao dẫn và ngõ ra 4-20mA hoặc 0-10V.

Cảm biến chênh áp cho bồn kín có áp suất

Nếu đo mức bồn kín bằng phương pháp áp suất, khi áp suất khoang khí thay đổi cần transmitter chênh áp hoặc giải pháp bù tương đương. Cổng HP nối gần đáy, cổng LP nối với khoang khí phía trên. Phần áp suất chung được triệt tiêu; chênh áp còn lại liên quan đến chiều cao cột chất lỏng.

Radar cũng có thể phù hợp cho bồn kín nếu giới hạn áp suất, nhiệt độ, anten, hơi, bọt và đặc tính phản xạ của môi chất đáp ứng. Vì vậy không nên mặc định chênh áp là lựa chọn duy nhất.

Cấu hình wet leg, dry leg, đường impulse và remote seal phải được tính theo trạng thái hơi, khả năng ngưng tụ, nhiệt độ và vị trí lấy áp. Phần này cần thiết kế riêng cho từng bồn, không nên chốt chỉ từ chiều cao mức.

Tín hiệu 4-20mA biểu diễn mức như thế nào

Trong một dải đo tuyến tính, 4mA thường tương ứng mức thấp nhất đã hiệu chuẩn và 20mA tương ứng mức cao nhất. Đây không nhất thiết là đáy hình học và đỉnh hình học của bồn; hai điểm phải khớp với vị trí màng và cấu hình thực tế.

Mức trong dải 0-10 m	Dòng điện
0 m	4 mA
2,5 m	8 mA
5 m	12 mA
7,5 m	16 mA
10 m	20 mA

Công thức scale cho dải 0-R mét là:

h = (I − 4) / 16 × R

Trong đó:

• I: dòng điện đo được, đơn vị mA.
• R: dải đo, đơn vị mét.
• h: mức chất lỏng được quy đổi.

Ví dụ cảm biến dải 0-10 m xuất 13,6mA: mức quy đổi bằng (13,6 − 4) / 16 × 10 = 6 m. Chương trình PLC nên xử lý thêm dòng ngoài dải, cảnh báo đứt dây, zero thực tế, tỷ trọng và đơn vị kỹ thuật.

Cách chọn dải đo áp suất theo chiều cao mức

Dải đo phải dựa trên chiều cao cột chất lỏng lớn nhất phía trên tâm màng, không dựa trực tiếp vào thể tích bồn, chiều sâu toàn bộ của giếng hoặc chiều dài cáp.

1. Xác định mức thấp nhất và cao nhất cần giám sát.
2. Xác định cao độ tâm màng cảm biến so với đáy bồn.
3. Ghi nhận tỷ trọng nhỏ nhất và lớn nhất của môi chất trong vận hành.
4. Quy đổi chiều cao lớn nhất thành áp suất theo P = ρ × g × h.
5. Chọn dải bao phủ giá trị lớn nhất với khoảng dự phòng hợp lý, nhưng không lớn quá mức.
6. Kiểm tra quá áp, sai số toàn thang, bù nhiệt, tải vòng dòng và độ phân giải của PLC.

Ví dụ: giếng sâu 60 m nhưng cột nước lớn nhất phía trên đầu dò chỉ 18 m thì dải đo cần xét quanh 18-20 mH₂O, không mặc định chọn 60 mH₂O. Chiều dài cáp và dải đo là hai thông số khác nhau.

Tỷ trọng chất lỏng ảnh hưởng đến sai số mức

Cùng một chiều cao, chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau tạo ra áp suất khác nhau. Một cột nước 10 m tạo khoảng 0,98 bar, trong khi dầu có tỷ trọng tương đối 0,8 chỉ tạo khoảng 0,78 bar ở cùng chiều cao.

Nếu PLC vẫn scale theo nước, mức dầu sẽ hiển thị thấp hơn thực tế. Khi tỷ trọng thay đổi theo nhiệt độ, nồng độ hoặc thành phần sản phẩm, sai số cũng thay đổi theo. Nếu biến thiên lớn và liên tục mà không có dữ liệu bù, radar hoặc phương pháp đo khác có thể phù hợp hơn thủy tĩnh.

Đối với hóa chất, không chọn thiết bị chỉ dựa trên việc màng là ceramic hay inox. Cần kiểm tra toàn bộ phần tiếp xúc gồm thân, màng, gioăng và cáp theo nồng độ và nhiệt độ vận hành.

Chọn HLM-16N HLM-25N HLM-25C HLM-25S hay HLM-35

Model	Khác biệt chính	Nên xem khi
HLM-16N	Đầu dò khoảng 16 mm; dải tiêu chuẩn đến 100 mH₂O	Giếng hoặc ống có đường kính lắp hạn chế
HLM-25N	Đầu dò khoảng 25 mm; dải đến 200 mH₂O	Giếng sâu hoặc cột nước vượt 100 m
HLM-25C	Màng ceramic Al₂O₃ 96%; mặt đo mở; dải 1-100 mH₂O	Nước sạch, bẩn nhẹ hoặc sludge phù hợp
HLM-25S	Màng inox 316L; dải 1-100 mH₂O	Nước không có tạp chất cơ học và điều kiện hóa học phù hợp
HLM-35	Lắp ren; màng ceramic hoặc inox; đến 100 mH₂O	Bồn không áp có đầu nối ren tại thành hoặc gần đáy

Bảng chỉ dùng để sàng lọc. Trước khi đặt hàng phải xác nhận mã đầy đủ, dải đo, ngõ ra, chiều dài và vật liệu cáp, vật liệu màng, nhiệt độ, cấp bảo vệ, kết nối điện và độ tương thích hóa học.

Khi nào nên chọn từng model

HLM-16N đáng xem khi đường kính đầu dò là ràng buộc chính. Đầu dò nhỏ giúp đưa cảm biến qua ống hoặc lỗ giếng hẹp; dải đo và khả năng phù hợp với loại nước vẫn phải kiểm tra theo mã thực tế.

HLM-25N phù hợp hơn khi cần dải trên 100 mH₂O. Với độ sâu lớn, phải tính đồng thời chiều dài cáp, phụ kiện treo, chống sét lan truyền và tải cơ học tác động lên cáp.

HLM-25C dùng phần tử ceramic mặt mở, phù hợp hơn cho nước sạch, nước bẩn nhẹ hoặc sludge trong giới hạn hãng. Không hiểu “dùng cho sludge” là có thể chôn đầu dò trong bùn đặc, kết tinh hoặc đóng cứng.

HLM-25S dùng màng inox 316L cho nước không có tạp chất cơ học. Datasheet quy định thêm điều kiện về tính trung hòa và lượng chlorine, vì vậy cần đối chiếu nguồn nước thực tế trước khi chọn.

HLM-35 phù hợp khi bồn không áp có ren gần đáy và muốn thiết bị cố định bên ngoài. Với bồn có áp suất khoang khí thay đổi, cần đánh giá lại kiến trúc đo.

Tham khảo các loại cảm biến áp suất thủy tĩnh và đo mức

• Cảm biến đo mức thủy tĩnh HLM-25C
• Cảm biến đo mức nước HLM-25S
• Cảm biến đo mức thủy tĩnh HLM-35
• Giải pháp đo mức hóa chất

Tại sao cảm biến thả chìm cần ống mao dẫn

Ống mao dẫn trong cáp đưa áp suất khí quyển tới mặt tham chiếu của cảm biến gauge. Nhờ đó, thay đổi áp suất khí quyển không bị tính nhầm thành thay đổi mức nước.

• Không bịt kín hoặc nhét keo vào đầu ống thông khí.
• Đặt đầu cáp trong hộp nối khô, có giải pháp chống ẩm nhưng vẫn cho phép cân bằng áp.
• Không gập, ép dập hoặc tự ý cắt ngắn cáp khi chưa có hướng dẫn hãng.
• Nếu cần nối dài, dùng hộp nối và phụ kiện dành cho đầu dò thủy tĩnh; không nối dây trong vùng ngập nước.

Chiều dài cáp không chỉ là khoảng cách điện. Với đầu dò có ống mao dẫn, cáp là một phần của hệ tham chiếu áp suất và ảnh hưởng trực tiếp tới độ ổn định của phép đo.

Cách lắp cảm biến thủy tĩnh để tín hiệu ổn định

1. Xác định tâm màng đo và mốc zero trước khi thả hoặc lắp ren.
2. Treo đầu dò cao hơn lớp cặn dự kiến; không để cảm biến nằm trực tiếp trên đáy bể.
3. Tránh vùng dòng nạp, cửa hút bơm, cánh khuấy và vị trí có áp suất động lớn.
4. Dùng ống tĩnh hoặc phương án cố định khi mặt nước dao động mạnh, nhưng không tạo khoang kín làm sai áp suất.
5. Đi cáp riêng khỏi nguồn nhiễu lớn; nối shield và tiếp địa theo hướng dẫn của nhà sản xuất và thiết kế tủ.
6. Giữ đầu thông khí khô; dùng chống sét lan truyền khi đo giếng, hồ hoặc tuyến cáp ngoài trời dài.
7. Sau lắp đặt, kiểm tra tối thiểu tại mức thấp, mức trung gian và mức cao; ghi lại dòng thực tế và giá trị PLC.

Lỗi thường gặp và cách kiểm tra

Triệu chứng	Nguyên nhân có thể	Cách kiểm tra
Mức trôi theo thời tiết	Ống mao dẫn bị bịt hoặc có hơi ẩm	Kiểm tra đầu thông khí, hộp nối và dấu hiệu ngưng tụ
Mức luôn thấp hơn thực tế	Sai tỷ trọng hoặc zero đặt cao hơn đáy	Đối chiếu density, vị trí màng và dải scale PLC
Tín hiệu dao động	Dòng chảy, bơm, khuấy hoặc sóng	Tạm dừng nguồn xáo trộn; thử vị trí khác hoặc ống tĩnh
Giá trị tăng bất thường	Cặn hoặc áp suất động tác động lên màng	Kéo đầu dò lên kiểm tra, vệ sinh và đổi vị trí
0 mA hoặc dòng rất thấp	Mất nguồn, đứt dây, sai cực hoặc quá tải vòng dòng	Đo nguồn tại cảm biến và dòng vòng theo từng đoạn
Bồn kín đổi áp thì mức đổi	Dùng cảm biến áp suất một cổng	So sánh áp suất khoang khí; đánh giá chênh áp hoặc radar
Sai số lớn ở toàn dải	Chọn dải quá lớn hoặc scale sai	Đối chiếu nameplate/datasheet với LRV, URV và chương trình PLC

Khi nào không nên dùng đo mức thủy tĩnh

Đo thủy tĩnh không phải phương án tối ưu khi điều kiện làm cho áp suất không còn đại diện ổn định cho chiều cao mức. Nên đánh giá radar, radar dẫn sóng, loadcell hoặc công nghệ khác khi:

• Tỷ trọng thay đổi lớn và liên tục nhưng không có dữ liệu bù.
• Không cho phép thiết bị tiếp xúc với môi chất.
• Môi chất ăn mòn nhưng không có cấu hình vật liệu tương thích.
• Bùn đặc, kết tinh hoặc đóng cứng có thể chôn và khóa màng cảm biến.
• Bồn có nhiều lớp chất lỏng với tỷ trọng khác nhau.
• Bồn kín có áp suất thay đổi nhưng không thể bố trí đo chênh áp phù hợp.
• Yêu cầu bảo trì hoàn toàn từ bên ngoài và radar đáp ứng tốt hơn.

Nếu hệ thống chỉ cần báo đầy hoặc báo cạn tại một điểm, công tắc mức thường đơn giản và kinh tế hơn cảm biến đo liên tục 4-20mA.

Vì sao giá cảm biến thủy tĩnh chênh lệch

Giá không chỉ phụ thuộc vào số mét đo được. Hai cảm biến cùng dải 10 mH₂O có thể khác nhau đáng kể về độ ổn định, vật liệu, cáp, khả năng chịu quá áp, chống sét và tài liệu chứng nhận.

• Vật liệu màng, thân, gioăng và cáp tiếp xúc với môi chất.
• Độ chính xác toàn thang, độ lặp lại, ổn định dài hạn và bù nhiệt.
• Chiều dài cáp, dải đo, tải cơ học và khả năng chịu quá áp.
• Tín hiệu 4-20mA, 0-10V, HART hoặc chức năng chẩn đoán.
• Cấp bảo vệ, chống sét lan truyền, chống cháy nổ và chứng chỉ.
• Hiệu chuẩn, truy xuất tài liệu, thời gian giao hàng và hỗ trợ kỹ thuật.

Khi nào không cần mua loại cao cấp

Nếu chỉ đo bể nước sạch cao 3-5 m, bồn hở, không cần HART hoặc chứng chỉ đặc biệt và sai số khoảng 0,5% toàn thang đáp ứng vận hành, một đầu dò thủy tĩnh 4-20mA đúng dải thường đã đủ.

Transmitter công nghiệp cao cấp đáng cân nhắc khi sai số ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất, môi trường có nguy cơ cháy nổ, cần chẩn đoán từ xa, có yêu cầu SIL/ATEX, nhiệt độ và áp suất cao hoặc chi phí dừng hệ thống lớn. Nguyên tắc là trả tiền cho rủi ro được giải quyết, không phải cho danh sách tính năng không sử dụng.

Thông tin cần gửi để chọn đúng cảm biến

Thông tin	Ví dụ cần cung cấp
Kiểu bồn	Bể ngầm hở, giếng, hồ, bồn có ống thở hay bồn chịu áp
Mức cần đo	Mức thấp nhất, cao nhất và vị trí màng so với đáy
Môi chất	Tên chất lỏng, tỷ trọng, nồng độ, tạp chất và khả năng bám
Nhiệt độ và áp suất	Giá trị bình thường, nhỏ nhất, lớn nhất và biến động
Cách lắp	Thả từ trên, ren gần đáy, đường ống thông hoặc chênh áp
Tín hiệu	4-20mA, 0-10V, HART; loại Analog Input của PLC
Cáp và môi trường	Chiều dài, đi ngoài trời, chống sét, vùng ngập hoặc hóa chất
Chứng chỉ	Nước uống, ATEX, SIL, hiệu chuẩn hoặc truy xuất vật liệu – nếu cần thiết

Nguồn kỹ thuật tham khảo: Tài liệu và datasheet chính thức của Dinel cho HLM‑16N, HLM‑25N, HLM‑25C, HLM‑25S và HLM‑35

Câu hỏi thường gặp về cảm biến đo mức thủy tĩnh

Liên hệ HUPHACO nếu cần chọn cảm biến đo mức thủy tĩnh, kiểm tra dải đo hoặc tư vấn phương án lắp đặt phù hợp.

📞 Hotline: 0937.27.55.66
🌐 Website: www.huphaco.vn
📧 Email: info@huphaco.vn

Chịu trách nhiệm nội dung:
Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa

Cảm biến đo mực nước được dùng để đo liên tục hoặc phát hiện mức nước trong bồn, hồ, giếng và các hệ thống công nghiệp. Tùy yêu cầu đo, có thể chọn radar, radar dẫn sóng, siêu âm, cảm biến điện dung, cảm biến áp suất, thủy tĩnh hoặc các loại level switch để báo đầy/cạn.

Cảm biến đo mực nước là gì?

Cảm biến đo mực nước là thiết bị dùng để xác định chiều cao của cột nước (mức nước trong bể, sông, hồ, bồn chứa, tháp, giếng…) và chuyển đổi thành tín hiệu điện (thường là 4–20mA, 0–10V, RS485, Modbus) để đưa về PLC, bộ hiển thị hoặc hệ thống giám sát.

Mỗi loại cảm biến sẽ xác định mực nước theo một phương pháp khác nhau như sóng radar, siêu âm, áp suất thủy tĩnh hoặc điện dung. Bạn có thể xem chi tiết nguyên lý cảm biến đo mực nước để hiểu cách từng công nghệ hoạt động và lựa chọn loại phù hợp.

Các loại cảm biến đo mực nước

Cảm biến đo mức nước thường được chia thành hai nhóm chính: đo mức liên tục và phát hiện, báo mức tại một điểm. Việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu cần biết chính xác mức nước hay chỉ cần báo đầy, báo cạn để điều khiển hệ thống.

Nếu môi chất cần đo là dầu, hóa chất, dung môi hoặc chất lỏng có độ nhớt và tính ăn mòn khác nhau, cần kiểm tra thêm đặc tính hóa lý và điều kiện bồn. Xem hướng dẫn chọn cảm biến đo mức chất lỏng theo môi chất và điều kiện bồn.

Đo mức nước liên tục

Nhóm này cho biết mức nước liên tục theo chiều cao hoặc phần trăm và thường truyền tín hiệu 4–20mA, 0–10V hoặc Modbus về PLC, bộ hiển thị.

• Radar không tiếp xúc: đo từ trên xuống, không chạm vào nước.
• Radar dẫn sóng: truyền sóng dọc theo que hoặc cáp, phù hợp bồn hẹp hoặc ống bypass.
• Siêu âm: đo không tiếp xúc, phù hợp bồn hở và môi trường tương đối ổn định.
• Áp suất gauge: lắp ở đáy bồn và suy ra mức nước từ áp suất cột nước.
• Cảm biến thủy tĩnh: thả trực tiếp xuống bể, hồ hoặc giếng để đo chiều cao cột nước.
• Cảm biến chênh áp: phù hợp bồn kín hoặc bồn có áp suất phía trên chất lỏng.

Phát hiện và báo mức nước

Nhóm này chỉ xác định nước đã đạt tới một vị trí cài đặt để báo đầy, báo cạn, chống tràn hoặc điều khiển bơm.

• Cảm biến điện dung: phát hiện chất lỏng tại vị trí lắp.
• Cảm biến tần số: dùng tín hiệu tần số cao để phát hiện mức chất lỏng.
• Phao: giải pháp đơn giản để đóng/ngắt theo mức nước.
• Cảm biến siêu âm dạng switch: phát hiện mức và xuất tín hiệu ON/OFF.
• GPLS-25 xuyên thành: phát hiện chất lỏng qua thành bồn nhựa hoặc kính mà không tiếp xúc trực tiếp.
• Cảm biến điện cực / 3 que: phát hiện mức nước dựa trên tính dẫn điện của chất lỏng.

Các phương pháp đo mức nước liên tục

Cảm biến radar đo mức nước không tiếp xúc (Radar/Microwave level sensor)

• Nguyên lý: dùng sóng radar tần số cao để đo mực nước tương tự siêu âm
• Ưu điểm: chính xác cao +/-3mm, tốc độ phản hồi nhanh
• Nhược điểm: giá cao hơn siêu âm. Phù hợp ứng dụng thông thường, chùm sóng rộng, tầm đo thường ngắn hơn.

Với các ứng dụng cần đo không tiếp xúc trong bồn, silo hoặc khoảng cách lớn, cảm biến radar 80 GHz là lựa chọn phù hợp nhờ góc phát hẹp và khả năng đo ổn định. Xem thêm giải pháp cảm biến đo mức radar 80 GHz với dải đo 10 m, 30 m và 120 m.

Cảm biến radar đo mực nước thủy điện, sông, hồ, đập ( tần số 80 Ghz )

• Nguyên lý: dùng sóng radar tần số cao 80Ghz để đo mực nước với khoảng cách xa lên tới 120m, nhỏ gọn, nhẹ.
• Ưu điểm: chính xác cao +/-2mm, tốc độ phản hồi nhanh, cài đặt đơn giản. Chùm sóng hẹp, đo xa và ổn định hơn trong ứng dụng phức tạp. Công nghệ này phù hợp với bồn hẹp, silo cao, môi trường nhiều bụi hoặc có kết cấu phức tạp.
• Nhược điểm: cần phải cài đặt bằng app miễn phí của hãng trước khi lắp đặt.

Cảm biến radar dẫn sóng – dẫn hướng – radar tiếp xúc đo mức nước

• Nguyên lý: phát sóng radar dọc theo que/cáp dẫn sóng, sóng phản xạ tại mặt nước → tính mức chất lỏng.
• Ưu điểm: chính xác cao với sai số +/-2mm, ít bị ảnh hưởng bởi hơi nước, nhiệt độ, áp suất và bọt.
• Nhược điểm: phải tiếp xúc trực tiếp với môi chất, cần không gian lắp que/cáp và tránh vật cản bám vào đầu dò.

Với bồn hẹp, ống bypass hoặc vị trí có không gian lắp đặt hạn chế, có thể tham khảo cảm biến radar dẫn sóng GRLM-70 sử dụng que hoặc cáp dẫn sóng để đo mức liên tục.

Cảm biến siêu âm (Ultrasonic level sensor)

• Nguyên lý: phát sóng siêu âm xuống mặt nước, sóng dội lại → tính khoảng cách.
• Ưu điểm: không tiếp xúc, dễ lắp đặt, chính xác cao với sai số khoảng ±0,15% FS.
• Nhược điểm: bị ảnh hưởng bởi bọt, hơi nước, nhiệt độ cao, áp suất cao

Với bồn hở hoặc bể nước cần đo không tiếp xúc, cảm biến siêu âm là lựa chọn phổ biến nhờ chi phí hợp lý và ngõ ra 4–20mA/Modbus. Xem chi tiết nguyên lý, vùng mù, thời gian phản hồi và cách chọn tại bài cảm biến siêu âm.

Cảm biến áp suất gauge đo mức nước từ đáy bồn – dãy đo cố định

• Nguyên lý: đo áp suất gauge tại đáy bồn do cột nước tạo ra → quy đổi áp suất thành mức nước.
• Ưu điểm: giá rẻ, lắp trực tiếp bên ngoài thành bồn, chính xác khá cao khi chọn đúng dãy đo, ít bị ảnh hưởng bởi bọt, hơi nước hoặc vật cản.
• Nhược điểm: dải đo cố định nên cần chọn range phù hợp với chiều cao cột nước; nếu chọn dải quá lớn so với mức thực tế, độ phân giải và độ chính xác sử dụng sẽ giảm. Kết quả cũng phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng.

Cảm biến áp suất đo mức nước – điều chỉnh được dãy đo

• Nguyên lý: đo áp suất quy đổi sang mực nước có thể điều chỉnh được dãy đo áp suất tương ứng ngõ ra 4-20mA / HART. Điều chỉnh dải đo thông qua màn hình LCD.
• Ưu điểm: đo rất chính xác, đo áp suất cao, nhiệt độ cao, bồn có cánh khuấy… điều chỉnh được tín hiệu ngõ ra theo chiều cao mực nước.
• Nhược điểm: giá cao so với các loại khác

Loại này vẫn đo áp suất gauge so với khí quyển và phù hợp bồn hở; khác với cảm biến chênh áp dùng hai cổng HP/LP cho bồn kín.

Cảm biến áp suất thủy tĩnh (Hydrostatic pressure sensor)

• Nguyên lý: đặt đầu dò chìm xuống đáy bể → đo áp suất cột nước → tính mực nước.
• Ưu điểm: đơn giản, đo được cả nước sạch và nước thải.
• Nhược điểm: phải tiếp xúc trực tiếp, dễ bị bám bẩn, đo nước thải dễ hư hỏng.

Cảm biến áp suất – chênh áp

• Nguyên lý: đo hai điểm áp suất cao và thấp. Sau đó lấy điểm cao trừ điểm thấp để tính ra mức nước thực tế.
• Ưu điểm: đo rất chính xác, đo áp suất cao, nhiệt độ cao, bồn có cánh khuấy
• Nhược điểm: giá cao so với các loại khác

Bồn hở: đo một phía Hight Pressure ( HP ), phần Low Pressure ( LP ) so với khí quyển. Mực nước là độ cao tính từ ống HP cho tới bề mặt nước.
Bồn kín có áp suất: Hight Pressure ( HP ) lấy áp đáy, Low Pressure ( LP ) lấy áp phía trên. Mực nước là AP = HP – LP.

Các loại cảm biến phát hiện và báo mức nước

Cảm biến điện dung (Capacitive level sensor)

• Nguyên lý: thay đổi hằng số điện môi theo mức nước.
• Ưu điểm: đo được nhiều loại chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện kể cả dầu, nước cất ( nước RO )
• Nhược điểm: cài đặt khó hơn so với các loại khác như tần số

Cảm biến tần số báo mức nước cho môi trường có bọt – chất kết dính

• Nguyên lý: sử dụng tín hiệu tần số cao để phát hiện sự thay đổi của môi chất tại đầu cảm biến.
• Ưu điểm: giá rẻ, độ chính xác cao, dùng được cho chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện, kể cả dầu; ít bị ảnh hưởng bởi bọt, cặn bám và chất lỏng nhớt/dính.
• Nhược điểm: là cảm biến báo mức điểm, không đo mức liên tục; cần cài đặt độ nhạy phù hợp với môi chất.

Công tắc phao (Float switch / Float sensor)

• Nguyên lý: phao nổi theo mực nước, đóng/ngắt tiếp điểm.
• Ưu điểm: nguyên lý đơn giản, dễ dùng
• Nhược điểm: dễ kẹt và hỏng do cơ chế phao

Cảm biến phát hiện nước xuyên ống nước

• Nguyên lý: dùng công nghệ tần số cao để phát hiện chất lỏng xuyên qua thành ống hoặc bồn bằng nhựa, thủy tinh.
• Ưu điểm: không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, lắp bên ngoài thành ống/bồn, dùng được cho cả chất lỏng dẫn điện và không dẫn điện.
• Nhược điểm: chỉ phù hợp với thành nhựa hoặc thủy tinh; độ dày thành bồn/ống bị giới hạn, tối đa khoảng 8 mm tùy môi chất.

Cảm biến mực nước ba que CNP-18

• Nguyên lý: dùng các que điện cực dẫn điện để phát hiện khi nước tiếp xúc, từ đó đóng/ngắt relay theo mức MIN/MAX.
• Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao, có thể điều khiển bơm theo mức thấp – cao và chỉnh được độ nhạy.
• Nhược điểm: chỉ phù hợp với chất lỏng có khả năng dẫn điện; điện cực tiếp xúc trực tiếp với nước nên có thể bị bám cặn hoặc ăn mòn theo thời gian.

Cảm biến siêu âm báo mức nước

• Nguyên lý: phát sóng siêu âm xuống mặt nước, nhận sóng phản xạ để xác định vị trí mức và đóng/ngắt ngõ ra tại điểm ON/OFF đã cài đặt.
• Ưu điểm: không tiếp xúc với nước, không có bộ phận chuyển động, có thể cài riêng mức ON và OFF để điều khiển bơm.
• Nhược điểm: có vùng chết và dễ bị ảnh hưởng bởi bọt, mặt nước dao động mạnh, vật cản hoặc vị trí lắp đặt không phù hợp

Ứng dụng cảm biến đo mực nước

• Trạm bơm/giếng sâu → ưu tiên hydrostatic.
• Bồn nước sạch → siêu âm hoặc pressure transmitter ( cảm biến áp suất ).
• Nước thải có bọt/hơi → radar.
• Bồn kín có áp suất → differential pressure hoặc radar phù hợp.

Tiêu chí khi chọn cảm biến đo mực nước

🔑 1. Môi trường đo

Nước sạch, nước ngọt:

• Có thể dùng cảm biến siêu âm (không tiếp xúc, lắp trên đỉnh bồn) hoặc cảm biến áp suất thủy tĩnh (thả chìm xuống).
• Ưu tiên loại giá rẻ, dễ lắp đặt, ít bảo trì.

Nước thải, có bọt, cặn bẩn:

• Siêu âm dễ bị nhiễu bởi bọt, nên chọn cảm biến radar hoặc áp suất thủy tĩnh có màng chống bám bẩn.
• Radar đo không tiếp xúc và thường ít bị ảnh hưởng bởi hơi nước, bọt hoặc điều kiện môi trường hơn siêu âm.

Hóa chất ăn mòn (axit, kiềm, dung môi):

• Cần chọn cảm biến có vật liệu đặc biệt (PTFE, PVDF, Teflon) để chống ăn mòn.
• Radar hoặc điện dung thường được dùng trong môi trường này.

Bồn áp suất, nhiệt độ cao

• Cảm biến điện dung hoặc radar tiếp xúc nếu bồn chứa không có cánh khuấy
• Cảm biến áp suất dạng chênh áp, nếu bồn chứa có cánh khuấy

🔑 2. Dạng tín hiệu đầu ra

• 4–20mA / 0–10V → dễ tích hợp PLC, biến tần, bộ hiển thị.
• RS485 / Modbus → dùng trong hệ thống SCADA, giám sát từ xa.
• ON/OFF (tiếp điểm) → chỉ cần báo đầy / báo cạn (dùng công tắc phao).

🔑 3. Dải đo (range)

• Xác định chiều cao bồn/tank trước khi mua.
• Luôn chọn dải đo lớn hơn thực tế khoảng 20% để tránh vượt ngưỡng.

Ví dụ:

• Bồn cao 5m → chọn cảm biến dải đo 6–7m.
• Giếng sâu 20m → chọn cảm biến thủy tĩnh dải 25m.

🔑 4. Độ chính xác

• Nếu chỉ cần báo mức cao/thấp để bật tắt bơm → độ chính xác không quá quan trọng (công tắc phao hoặc cảm biến ON/OFF là đủ).
• Nếu cần điều khiển chính xác mức nước trong sản xuất → chọn cảm biến có sai số càng thấp càng tốt.
• Sai số các loại cảm biến như sau:
• Siêu âm: sai số ±0,15
• Radar: sai số ±1–3mm tùy theo loại, tần số
• Áp suất thủy tĩnh, chênh áp: sai số ±0,065–0,1%

🔑 5. Kiểu lắp đặt

• Trên đỉnh bồn: siêu âm, radar.
• Thả xuống đáy bồn/giếng: cảm biến áp suất thủy tĩnh.
• Cạnh thành bồn: cảm biến điện dung hoặc công tắc phao.
• Lắp bên hông đo liên tục: áp suất, chênh áp.

🔑 6. Chi phí & bảo trì

• Công tắc phao: rẻ nhất, nhưng chỉ ON/OFF.
• Cảm biến áp suất chìm: tầm trung, dễ bảo trì.
• Siêu âm: giá vừa, dễ lắp đặt, phổ biến.
• Radar: thường có giá cao hơn siêu âm nhưng phù hợp hơn khi có hơi, bọt hoặc yêu cầu độ ổn định cao.
• Áp suất: trung bình – cao, đo chính xác.

Bảng chọn nhanh cảm biến đo mức nước

Mua cảm biến mực nước ở đâu?

HUPHACO cung cấp nhiều giải pháp đo và báo mức nước cho bồn, hồ, giếng và hệ thống công nghiệp như radar, radar dẫn sóng, siêu âm, cảm biến áp suất, thủy tĩnh, chênh áp và các loại level switch.

Để chọn đúng cảm biến, cần xác định chiều cao mức nước, bồn hở hay kín, áp suất – nhiệt độ, vị trí lắp đặt, loại chất lỏng và tín hiệu đầu ra cần đưa về PLC hoặc bộ điều khiển. HUPHACO hỗ trợ tư vấn lựa chọn model phù hợp theo từng ứng dụng thực tế.

Liên hệ HUPHACO nếu cần chọn cảm biến đo mức nước, kiểm tra dải đo hoặc tư vấn phương án lắp đặt phù hợp.

📞 Hotline: 0937.27.55.66
🌐 Website: www.huphaco.vn
📧 Email: info@huphaco.vn

Chịu trách nhiệm nội dung:

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa