Cảm biến đo mức axit: Nguyên lý hoạt động, Phân loại và Cách lựa chọn

Không phải loại cảm biến đo mức nào cũng phù hợp để sử dụng trong môi trường axit, bởi đặc tính ăn mòn, nồng độ hóa chất và điều kiện vận hành có thể ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của thiết bị.

Vì vậy, khi lựa chọn cảm biến đo mức axit, người dùng cần cân nhắc giữa phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc, vật liệu đầu dò cũng như khả năng tương thích với hệ thống điều khiển. Trong bài viết này, Thiết Bị Cảm Biến THP sẽ chia sẻ những thông tin cần thiết giúp bạn lựa chọn giải pháp đo mức hiệu quả.

Cảm biến đo mức axit là gì?

Cảm biến đo mức axit là loại cảm biến đo mức chuyên dùng để xác định và giám sát mức dung dịch axit, hóa chất bên trong bồn chứa, bể chứa hoặc tank lưu trữ. Thiết bị giúp theo dõi lượng chất lỏng trong bồn, phát hiện tình trạng đầy hoặc cạn và truyền tín hiệu về hệ thống điều khiển để phục vụ quá trình giám sát, vận hành tự động.

Do các dung dịch axit như HCl, H₂SO₄ có tính ăn mòn cao và có thể phát sinh hơi hóa chất, cảm biến đo mức cần được thiết kế phù hợp với điều kiện làm việc để hạn chế hư hỏng và đảm bảo khả năng đo ổn định.  Cảm biến có thể cung cấp tín hiệu đo liên tục như 4–20mA hoặc tín hiệu đóng/ngắt ON/OFF để kết nối với PLC, màn hình hiển thị và các thiết bị điều khiển.

Thiết bị được ứng dụng trong nhà máy hóa chất, hệ thống xử lý nước thải, dây chuyền xi mạ và các hệ thống lưu trữ dung dịch ăn mòn, giúp kiểm soát mức hóa chất và hạn chế nguy cơ tràn bồn trong quá trình sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức axit

Cảm biến đo mức axit hoạt động dựa trên việc xác định khoảng cách đến bề mặt chất lỏng hoặc đo sự thay đổi của các đại lượng vật lý như điện dung, áp suất. Tùy theo công nghệ sử dụng, nguyên lý hoạt động được chia thành hai nhóm chính:

Nguyên lý đo mức axit không tiếp xúc

Cảm biến radar và siêu âm được lắp phía trên bồn chứa, phát sóng xuống bề mặt axit và thu tín hiệu phản xạ trở lại. Trong đó, radar sử dụng sóng điện từ, còn siêu âm sử dụng sóng âm. Dựa vào thời gian truyền và nhận tín hiệu, thiết bị xác định khoảng cách đến bề mặt chất lỏng, sau đó tính mức axit theo công thức:

Mức axit = Chiều cao tham chiếu − Khoảng cách đo.

Nguyên lý đo mức axit tiếp xúc

Cảm biến tiếp xúc xác định mức axit thông qua sự thay đổi của các đại lượng vật lý khi đầu dò tiếp xúc với môi chất. Cụ thể:

• Cảm biến điện dung: Đo sự thay đổi điện dung giữa đầu dò và môi trường xung quanh để xác định mức chất lỏng.
• Cảm biến thủy tĩnh: Đo áp suất do cột axit tạo ra, sau đó tính chiều cao chất lỏng theo công thức h = P/(ρg), trong đó P là áp suất thủy tĩnh, ρ là khối lượng riêng và g là gia tốc trọng trường.

Kết quả đo được xử lý và chuyển thành tín hiệu đầu ra để phục vụ giám sát hoặc điều khiển hệ thống.

Các loại cảm biến đo mức axit ưa chuộng hiện nay

Hiện nay, cảm biến đo mức axit được phát triển với nhiều công nghệ khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu đo mức trong môi trường hóa chất. Việc hiểu rõ ưu điểm và giới hạn của từng loại giúp người sử dụng lựa chọn thiết bị phù hợp.

Cảm biến đo mức axit radar

Cảm biến đo mức axit radar là thiết bị sử dụng sóng điện từ để xác định mức dung dịch axit trong bồn chứa mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Ưu điểm của dòng cảm biến này là khả năng đo liên tục, độ ổn định cao, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ và áp suất của môi trường khí phía trên bề mặt dung dịch.

Nhờ đó, cảm biến radar thường được ứng dụng trong các bồn chứa axit HCl, H₂SO₄, hệ thống lưu trữ hóa chất và nhà máy sản xuất công nghiệp, với điều kiện vật liệu thiết bị phù hợp với môi trường ăn mòn.

Cảm biến đo mức axit siêu âm

Cảm biến đo mức axit siêu âm là loại cảm biến hoạt động bằng cách phát sóng siêu âm xuống bề mặt dung dịch và thu nhận tín hiệu phản xạ để tính toán mức chất lỏng. Thiết bị có ưu điểm là đo không tiếp xúc, dễ lắp đặt, hạn chế nguy cơ ăn mòn do ngâm đầu dò trong axit và có thể kết nối với hệ thống điều khiển tự động.

Loại cảm biến này được sử dụng trong các bồn chứa hóa chất, bể xử lý nước thải, hệ thống pha trộn dung dịch và các ứng dụng có điều kiện đo phù hợp, ít hơi hóa chất đậm đặc hoặc bọt ảnh hưởng đến sóng âm.

Cảm biến đo mức axit điện dung

Cảm biến đo mức axit điện dung là thiết bị xác định mức chất lỏng dựa trên sự thay đổi điện dung khi dung dịch tiếp xúc hoặc thay đổi chiều cao dọc theo đầu dò. Ưu điểm của cảm biến là thiết kế tương đối nhỏ gọn, phản hồi nhanh và có thể sử dụng để đo mức liên tục hoặc báo mức tại vị trí cố định tùy từng model.

Với đầu dò được bọc vật liệu chống ăn mòn phù hợp như PTFE, thiết bị có thể ứng dụng trong bồn chứa axit, hệ thống pha chế hóa chất và dây chuyền sản xuất cần kiểm soát mức dung dịch.

Cảm biến đo mức axit thủy tĩnh

Cảm biến đo mức axit thủy tĩnh là thiết bị đo mức chất lỏng thông qua áp suất do cột dung dịch tạo ra tại vị trí lắp đặt. Khi mức axit tăng hoặc giảm, áp suất thủy tĩnh thay đổi và được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện để giám sát. Ưu điểm của dòng cảm biến này là khả năng đo liên tục, ít bị ảnh hưởng bởi bọt hoặc hơi hóa chất trên bề mặt và phù hợp với các bồn chứa có điều kiện áp suất xác định.

Cảm biến được ứng dụng trong bể chứa hóa chất, hệ thống xử lý nước thải và các bồn lưu trữ dung dịch ăn mòn khi màng đo, thân cảm biến và gioăng làm kín có vật liệu tương thích với axit.

Hướng dẫn lựa chọn cảm biến đo mức axit phù hợp với hệ thống

Để lựa chọn cảm biến đo mức axit phù hợp, người dùng cần xem xét đặc tính của dung dịch, điều kiện vận hành và yêu cầu giám sát thực tế. Bởi axit là môi trường có khả năng ăn mòn cao, việc sử dụng cảm biến không phù hợp có thể gây hư hỏng đầu dò, ảnh hưởng đến độ chính xác và tuổi thọ thiết bị. Dưới đây là một số tiêu chí quan trọng cần lưu ý khi lựa chọn.

Xác định loại axit và nồng độ dung dịch

Mỗi loại axit như HCl, H₂SO₄, HNO₃ có đặc tính ăn mòn khác nhau, đồng thời khả năng ăn mòn còn phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ dung dịch. Vì vậy, cần xác định rõ môi chất cần đo để lựa chọn cảm biến có vật liệu tương thích. Đối với những dung dịch có tính ăn mòn mạnh, có thể ưu tiên cảm biến radar hoặc siêu âm không tiếp xúc, đồng thời kiểm tra khả năng chịu hơi axit của anten, vỏ và bộ phận làm kín.

Lựa chọn nguyên lý đo phù hợp

Tùy theo đặc điểm bồn chứa và điều kiện sử dụng, người dùng có thể cân nhắc các phương pháp đo sau:

• Cảm biến radar: Phù hợp với những hệ thống cần đo mức liên tục, có hơi hóa chất hoặc điều kiện nhiệt độ, áp suất thay đổi.
• Cảm biến siêu âm: Thích hợp với bồn chứa có môi trường khí tương đối ổn định, ít hơi đậm đặc và không có nhiều bọt trên bề mặt.
• Cảm biến điện dung: Có thể sử dụng để báo mức hoặc đo mức liên tục khi đầu dò có vật liệu chống ăn mòn phù hợp.
• Cảm biến thủy tĩnh: Phù hợp với các bồn chứa có khối lượng riêng dung dịch tương đối ổn định và sử dụng cảm biến có màng đo tương thích với axit.

Xác định chiều cao và cấu tạo bồn chứa

Kích thước bồn chứa là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn dải đo của cảm biến. Người dùng cần xác định chiều cao bồn, mức chất lỏng tối thiểu và tối đa, vị trí lắp đặt cũng như khoảng cách từ đầu dò đến bề mặt dung dịch. Đối với cảm biến radar hoặc siêu âm, cần chú ý khoảng cách mù và các vật cản bên trong bồn để hạn chế sai số trong quá trình đo.

Kiểm tra nhiệt độ và áp suất làm việc

Nhiệt độ cao, áp suất lớn hoặc hơi axit có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của cảm biến. Vì vậy, cần lựa chọn thiết bị có dải nhiệt độ, áp suất và kết cấu bảo vệ đáp ứng điều kiện thực tế. Với những bồn chứa kín hoặc có hơi hóa chất đậm đặc, cảm biến radar có thể là phương án phù hợp hơn siêu âm nếu model đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Lựa chọn tín hiệu đầu ra

Tín hiệu đầu ra cần tương thích với hệ thống giám sát và điều khiển đang sử dụng. Một số tín hiệu phổ biến gồm:

• 4–20mA: Truyền tín hiệu đo mức liên tục về PLC hoặc bộ hiển thị.
• RS485/Modbus: Kết nối và truyền dữ liệu đến hệ thống giám sát tự động.
• Relay hoặc PNP/NPN: Phục vụ chức năng cảnh báo mức đầy, mức cạn hoặc điều khiển bơm, van.

Khả năng chống ăn mòn

Đối với cảm biến tiếp xúc trực tiếp với axit, cần kiểm tra vật liệu đầu dò, màng đo, thân thiết bị và gioăng làm kín. Một số vật liệu như PTFE, PVDF hoặc các hợp kim chuyên dụng có thể được sử dụng tùy theo loại hóa chất và điều kiện vận hành. Ngoài ra, cảm biến không tiếp xúc cũng cần có khả năng chống chịu hơi axit và hiện tượng ngưng tụ bên trong bồn chứa.

Việc lựa chọn cảm biến đo mức axit phù hợp đóng vai trò quan trọng trong quá trình giám sát và kiểm soát hóa chất tại các nhà máy, khu công nghiệp. Tùy theo đặc tính dung dịch, nồng độ axit và điều kiện vận hành, người dùng có thể lựa chọn cảm biến radar, siêu âm, điện dung hoặc thủy tĩnh để đảm bảo hiệu quả đo lường, hạn chế nguy cơ ăn mòn thiết bị và nâng cao tính an toàn cho hệ thống.

Thiết Bị Cảm Biến THP là đơn vị chuyên cung cấp các dòng cảm biến đo mức công nghiệp, đáp ứng nhu cầu đo lường và giám sát mức axit, hóa chất trong bồn chứa. Với đa dạng giải pháp đo mức, chúng tôi hỗ trợ khách hàng lựa chọn thiết bị theo từng loại môi chất, dải đo, điều kiện lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật thực tế. Quý khách có nhu cầu tìm hiểu sản phẩm hoặc nhận báo giá cảm biến đo mức axit, vui lòng liên hệ Hotline 0928.613.555 để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng.