1. Cảm biến lưu lượng là gì?
Cảm biến lưu lượng (flow sensor) là thiết bị đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí trong ống dẫn. Chúng thường được kết hợp với đồng hồ đo để hiển thị kết quả đo hoặc với mạch điện tích hợp để tạo tín hiệu đầu ra, cung cấp thông tin cho các hệ thống điều khiển. Khi lưu lượng lệch khỏi mức bình thường, dữ liệu từ cảm biến lưu lượng giúp phát hiện rò rỉ, tắc nghẽn hoặc vỡ đường ống. Điều này giúp cho việc theo dõi và điều khiển quá trình dòng chảy trở nên hiệu quả và đáng tin cậy hơn. Cảm biến này thường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hệ thống điều hòa không khí (HVAC), thiết bị y tế, nhà máy hóa chất và hệ thống xử lý nước.
2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng
Thiết bị cảm biến đo lưu lượng nước có cấu tạo bao gồm ba phần chính: một van nhựa cho phép dòng chất lỏng chảy qua, một roto nước và một cảm biến hiệu ứng Hall để xác định hướng và đo lưu lượng nước. Nước chảy làm roto quay; nam châm gắn trên roto đi qua cảm biến Hall tạo ra xung điện. Tần số xung tỷ lệ với lưu lượng, bộ điều khiển đếm xung để tính ra lít/phút.
3. Phân loại cảm biến lưu lượng theo cấu tạo đo lường
3.1 Cảm biến lưu lượng tiếp xúc
Có hai loại phổ biến của cảm biến lưu lượng tiếp xúc, đó là cảm biến lưu lượng xoáy và cảm biến lưu lượng cơ học.- Cảm biến xoáy (vortex) đặt một vật cản trong dòng chảy; dòng chảy qua vật cản tạo các xoáy tách luân phiên, tần số xoáy tỷ lệ với vận tốc dòng.
- Cảm biến lưu lượng cơ học sử dụng cánh quạt quay với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy.
3.2 Cảm biến lưu lượng không tiếp xúc
Cảm biến lưu lượng siêu âm là loại cảm biến lưu lượng không tiếp xúc phổ biến nhất. Cảm biến dòng siêu âm gửi các xung âm thanh tần số cao qua môi trường chất lỏng hoặc khí đang chảy. Các cảm biến này đo thời gian từ khi phát ra âm thanh đến khi âm thanh tiếp xúc với bộ thu của cảm biến để xác định tốc độ dòng chảy của khí hoặc chất lỏng. Điều này giúp cảm biến lưu lượng siêu âm thực hiện đo lường một cách chính xác và không gây ảnh hưởng đến dòng chảy của chất lỏng hoặc khí.
4. Phân loại cảm biến lưu lượng theo nguyên lý hoạt động
Cảm biến lưu lượng có thể được chia thành ba loại chính dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng:4.1. Cảm biến lưu lượng thể tích
Cảm biến lưu lượng thể tích đo thể tích chất lỏng đi qua thiết bị, điển hình là loại thể tích dương (bánh răng, piston) và loại tuabin; số vòng quay của phần tử quay được đếm để tính thể tích và lưu lượng. Cảm biến lưu lượng thể tích bao gồm một van cho phép chất lỏng đi qua, một roto và cảm biến từ Hall, cùng với bộ chỉ thị hiển thị kết quả đo.
4.2. Cảm biến lưu lượng khối
Cảm biến lưu lượng khối, còn được gọi là cảm biến Coriolis, đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của chất lỏng đi qua ống dẫn. Cảm biến thường có hai ống đo được kích dao động ngược pha. Khi có dòng chảy, lực Coriolis làm hai đầu ống dao động lệch pha nhau; độ lệch thời gian giữa hai tín hiệu tỷ lệ với lưu lượng khối lượng.
4.3. Cảm biến lưu lượng vận tốc
Cảm biến lưu lượng vận tốc sử dụng sóng siêu âm để đo vận tốc dòng chảy. Cảm biến này bao gồm bộ phát và bộ thu sóng siêu âm. Bộ phát gửi sóng siêu âm vào chất lỏng, và khi sóng này phản xạ và trở về bộ thu, sự sai lệch về tần số Doppler được sử dụng để đo vận tốc của chất lỏng. Mỗi loại cảm biến lưu lượng có ứng dụng và ưu điểm riêng biệt. Cảm biến lưu lượng thể tích thích hợp cho việc đo các loại chất lỏng khác nhau và có độ chính xác cao. Cảm biến Coriolis dùng khi cần đo trực tiếp khối lượng với độ chính xác cao, như định lượng hóa chất, thực phẩm, nhiên liệu. Cảm biến siêu âm Doppler hợp với chất lỏng có hạt hoặc bọt như nước thải; chất lỏng sạch dùng loại siêu âm thời gian truyền.5. Ứng dụng của cảm biến lưu lượng là gì
Cảm biến lưu lượng nước có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của chúng:- Quản lý nước sạch: Cảm biến lưu lượng nước được sử dụng để đo và kiểm soát lượng nước cung cấp và sử dụng trong hệ thống cung cấp nước đô thị và nhà máy xử lý nước.
- Ngành thực phẩm và đồ uống (F&B): Trong ngành F&B, cảm biến lưu lượng được ứng dụng để đo và kiểm soát lưu lượng các chất lỏng như nước cafe, nước ngọt và nước sinh hoạt trong các quy trình sản xuất.
- Công nghiệp hóa chất: Cảm biến lưu lượng dòng chảy được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của các chất lỏng như dầu nhớt, dung dịch ăn mòn và các hạt độc hại trong quá trình sản xuất và xử lý hóa chất.
- Ứng dụng gia đình: Trong cuộc sống hàng ngày, cảm biến lưu lượng nước nhỏ có thể được sử dụng trong máy nóng lạnh, máy chiết rót, máy lọc nước gia đình và bơm bể cá mini để kiểm soát và quản lý việc sử dụng nước.
- Công nghiệp và sản xuất: Trong lĩnh vực công nghiệp, các hệ thống bơm và xử lý nước thường cần sử dụng cảm biến lưu lượng để đảm bảo vận hành hiệu quả và theo dõi lưu lượng chất lỏng trong các quy trình sản xuất.
- Xử lý nước thải: Cảm biến lưu lượng được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải để đo và kiểm soát lưu lượng nước thải và đảm bảo tuân thủ các quy định về môi trường.
- Phòng cháy chữa cháy: Trong hệ thống phòng cháy chữa cháy, cảm biến lưu lượng được sử dụng để theo dõi và kiểm soát lưu lượng nước trong các ống dẫn nước và hệ thống cấp nước chữa cháy.
- Sản xuất năng lượng: Trong các nhà máy sản xuất năng lượng, cảm biến lưu lượng được sử dụng để đo và kiểm soát lưu lượng nước và hơi nước trong quá trình sản xuất điện và nhiệt.
- Theo dõi lưu lượng xả trong các thùng chứa: Cảm biến lưu lượng được sử dụng để theo dõi và kiểm soát lưu lượng xả trong các thùng chứa và hệ thống xả.
Chọn thiết bị cho hệ thống giám sát cảm biến lưu lượng
Trong trạm bơm, nhà máy nước hay dây chuyền chiết rót, tín hiệu xung hoặc 4–20 mA từ cảm biến lưu lượng được gom về một máy tính để tính tổng lượng, vẽ đồ thị và cảnh báo rò rỉ. Máy đặt gần đường ống nên thường gặp ẩm và nước bắn. Kỹ sư IPC247 gợi ý ba tiêu chí:
- Nếu cần màn hình thao tác ngay tại chỗ, chọn Panel PC vỏ kín, không quạt. Panel PC KLD-1061B vỏ thép không gỉ SUS304, chống thấm nước, chịu được môi trường có dầu và hóa chất trong xưởng thực phẩm, thủy sản.
- Nếu chỉ cần máy gom dữ liệu trong tủ điện, chọn máy nhỏ, không quạt, có cổng LAN và COM để nối module I/O. Advantech UNO-2271G có 2 cổng LAN, tùy chọn 2 cổng RS-232/422/485.
- Dải nhiệt hoạt động rộng và nguồn 9–36 V DC nếu tủ đặt ngoài trời. Xem nhóm máy tính công nghiệp không quạt.
Để lọc máy theo chuẩn IP, nhiệt độ và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo điều kiện lắp đặt.
Câu hỏi thường gặp về cảm biến lưu lượng
Flow sensor là gì?
Flow sensor là tên tiếng Anh của cảm biến lưu lượng, thiết bị đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí đi qua một đoạn ống. Cảm biến đưa ra tín hiệu xung, điện áp hoặc dòng 4–20 mA tỷ lệ với lưu lượng để bộ điều khiển hoặc đồng hồ hiển thị đọc được.
Lưu lượng là gì?
Lưu lượng là lượng chất lỏng hoặc khí đi qua một tiết diện trong một đơn vị thời gian. Lưu lượng thể tích tính bằng lít/phút hoặc m³/giờ; lưu lượng khối lượng tính bằng kg/giờ. Đồng hồ nước gia đình đo lưu lượng thể tích; cảm biến Coriolis đo lưu lượng khối lượng.
Cảm biến lưu lượng nước hoạt động như thế nào?
Loại phổ biến dùng một roto cánh quạt đặt trong dòng nước và một cảm biến hiệu ứng Hall. Nước chảy làm roto quay, nam châm trên roto đi qua cảm biến Hall tạo ra xung điện. Số xung trong một giây tỷ lệ với lưu lượng, bộ điều khiển đếm xung để tính ra lít/phút.
Flow transmitter khác flow sensor ở điểm nào?
Flow sensor là phần tử cảm nhận dòng chảy và cho tín hiệu thô như xung hoặc điện áp nhỏ. Flow transmitter gồm cảm biến cộng mạch xử lý, chuyển kết quả thành tín hiệu chuẩn công nghiệp 4–20 mA, Modbus hoặc HART để truyền xa về PLC, SCADA. Trong nhà máy, thiết bị lắp trên đường ống thường là transmitter.
Chọn cảm biến lưu lượng theo tiêu chí nào?
Cần xác định loại lưu chất (nước sạch, nước thải, hóa chất, khí), đường kính ống, dải lưu lượng cần đo, nhiệt độ và áp suất làm việc. Tiếp theo là loại tín hiệu ra phù hợp với bộ điều khiển và yêu cầu vệ sinh nếu dùng trong thực phẩm, dược phẩm. Lưu chất ăn mòn hoặc có hạt rắn nên chọn loại không tiếp xúc như siêu âm hoặc điện từ.