Dùng bộ truyền siêu âm hay Rada dẫn sóng làm cảm biến đo mức
Ngày nay trên thị trường có tới trên 20 loại cảm biến đo mức khác nhau; tìm được một loại cảm biến phù hợp với điều kiện và yêu cầu là một điều không dễ dàng. Chúng tôi sẽ giúp độc giả hiểu thêm về hai loại thông thường nhất được dùng để đo mức dựa trên công nghệ sóng siêu âm và rada dẫn sóng (GWR).
Cảm biến mức dùng sóng âm đã có mặt trên thị trường nhiều năm nay và được coi như một công nghệ đáng tin cậy dùng để đo mức thông qua những thử thách khắc nghiệt trong công nghiệp. Cảm biến siêu âm đo mức là dạng đầu đo không tiếp xúc và giá cả phải chăng dùng cho phần lớn các loại bình chứa nước dạng thẳng đứng. Cho tới nay chưa thấy một thiết bị đo mức nào xuất hiện để đe dọa thị phần của loại cảm biến sóng âm. Gần đây, công nghệ sóng rada tạm được coi là có thể so sánh với công nghệ sóng âm về giá và có vẻ là một lựa chọn đáng để tâm đối với những điều kiện cảm nhận, đo lường khó khăn. Rada dẫn sóng phù hợp với cả ứng dụng là chất lỏng và chất rắn và hoạt động độc lập với những điều kiện vận hành khác.
Công nghệ siêu âm
Bộ truyền siêu âm hoạt động dựa trên việc gửi một sóng âm, được phát ra từ bộ biến năng áp điện, đến bề mặt của một vật liệu cần đo. Bộ truyền âm đo thời gian từ lúc gửi tín hiệu cho tới khi nhận được tín hiệu phản hồi. Thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần đo. Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở bình chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt và thậm chí là độ gồ ghề hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạo những thông tin không mong muốn ở tín hiệu phản hồi. Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động sẽ ảnh hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra.
Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:
* Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi qua chất cần đo. Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lại không phù hợp do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền sóng.
*Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chất lỏng có thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát;
* Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ cần là mặt phẳng;
* Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm được gửi đến để đo thường làm bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C. Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ sẽ làm phép đo mức kém chính xác;
* Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất quá cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi (~2 bar);
* Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, và tạp chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp. Để tránh sai số do môi trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có thể dự đoán trước.
Lợi ích lớn nhất của công nghệ đo mức thông qua môi trường khí như siêu âm, rada và laze là những thiết bị đo không tiếp xúc với vật cần đo (hình 3). Chỉ có một vài điểm tín hiệu cần tiếp xúc với bề mặt chất cần đo nhằm tạo ra những tín hiệu phản hồi về cảm biến. Điều này giải thích tại sao chất lượng không khí giữa bề mặt chất lỏng với cảm biến luôn là vấn đề và tại sao chất lượng của bề mặt chất lỏng (hoặc bình chứa) cần luôn được tính đến khi sản xuất và lắp đặt cảm biến vì mọi nhiễu loạn về tín hiệu sẽ góp phần vào sai số của phép đo.
Như vậy, cảm biến đo mức dùng siêu âm là một giải pháp phù hợp cho những đối tượng với những yêu cầu về hình dạng, môi trường ổn định và có thể biết trước. Khi lắp đặt chúng ta không được quên rằng bộ phát siêu âm chỉ có hiệu quả khi cảm biến đón nhận được tín hiệu phản hồi.
