Đo mức thủy tĩnh

Đo mức thủy tĩnh Siemens (SITRANS LH – Level Hydrostatic) là hệ thống cảm biến áp suất chìm (submersible pressure transmitter) chuyên dụng, hoạt động theo nguyên lý đo áp suất thủy tĩnh để xác định mức chất lỏng trong bồn chứa, giếng, hồ, kênh mương và các ứng dụng đo mức nước ngầm với dải đo từ 0-10m đến 0-250m, độ chính xác ±0.3% đến ±0.5% và thiết kế hoàn toàn chống nước IP68 cho phép chìm hoàn toàn trong chất lỏng trong thời gian dài. Với vỏ thép không gỉ 316L/304, màng ngăn gốm (ceramic) hoặc Hastelloy chống ăn mòn, cáp polyurethane dài 10-100m tích hợp ống thông hơi (venting tube) bù áp suất khí quyển, tín hiệu đầu ra 4-20mA/HART và lắp đặt đơn giản không cần hiệu chuẩn, cảm biến đo mức thủy tĩnh Siemens mang đến giải pháp đo lường tin cậy, bền bỉ cho ngành nước, xử lý nước thải, thủy điện, mỏ, dầu khí và các ứng dụng đo mức trong giếng sâu, bể ngầm, hồ chứa.​

Nguyên lý hoạt động thủy tĩnh
Định luật Pascal: Cảm biến đo mức thủy tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý áp suất thủy tĩnh (hydrostatic pressure), theo đó áp suất tại đáy cột chất lỏng tỷ lệ thuận với chiều cao cột chất lỏng: P = ρ × g × h, trong đó P là áp suất (Pa), ρ là khối lượng riêng (kg/m³), g là gia tốc trọng trường (9.81 m/s²), h là chiều cao cột chất lỏng (m).​

Cấu tạo cảm biến: Cảm biến áp suất chứa màng ngăn (diaphragm) tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng. Khi chiều cao cột chất lỏng thay đổi, áp suất tác động lên màng ngăn thay đổi, gây ra sự biến dạng nhỏ của màng, được phát hiện bởi cảm biến áp suất (piezoresistive, capacitive hoặc ceramic sensor) và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với mức.​

Bù áp suất khí quyển: Cáp kết nối tích hợp ống thông hơi (venting tube) dẫn áp suất khí quyển đến mặt sau màng ngăn, tự động bù sai số do thay đổi áp suất khí quyển, đảm bảo chỉ đo áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết.​

SITRANS LH100 – Cảm biến thủy tĩnh compact
Dải đo: 0-10 mH₂O (0-1 bar) hoặc 0-20 mH₂O (0-2 bar), phù hợp cho bồn chứa, giếng, hồ, kênh mương có độ sâu từ nhỏ đến trung bình.​

Độ chính xác: ±0.3% đến ±0.5% của toàn thang đo (full scale), tùy thuộc vào phạm vi đo, đảm bảo độ tin cậy cao cho các ứng dụng công nghiệp.​

Thiết kế compact: Đường kính nhỏ (typical 19mm/0.75″), cho phép lắp đặt trong các đường ống có đường kính bên trong nhỏ nhất 1″ (25mm), phù hợp cho giếng quan trắc, lỗ khoan hẹp.​

Vật liệu chế tạo:

Vỏ: Thép không gỉ 316L (stainless steel) chống ăn mòn

Màng ngăn: Gốm (ceramic) hoặc thép không gỉ 316L

Cáp: Polyurethane (PUR) với ống thông hơi tích hợp, chống ẩm, dầu, UV

Chiều dài cáp: 10m, 20m, 30m, 50m, 100m tùy chọn​

Nguồn cấp và tín hiệu: 10-30V DC, tín hiệu đầu ra 4-20mA (2-wire), tương thích với hầu hết PLC, DCS, SCADA, data logger.​

Ứng dụng: Ngành đóng tàu (marine ballast tank), cấp nước/nước thải (water supply, wastewater), bể chứa và giếng không áp suất/hở (open tank, pit, sump), đo mức nước ngầm (groundwater monitoring), kênh mương, hồ chứa.​

SITRANS LH300 – Cảm biến thủy tĩnh cao cấp
Dải đo mở rộng: 0-10 mH₂O đến 0-250 mH₂O (0-1 bar đến 0-25 bar), phù hợp cho giếng sâu, đập, hồ chứa lớn, mỏ ngầm có độ sâu lớn.​

Độ chính xác cao: ±0.3% của toàn thang đo, độ ổn định dài hạn tốt (long-term stability < 0.1% per year), phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và giám sát lâu dài.​

Nắp bảo vệ đa dạng:

PPE (Polyphenylene Ether): Nhựa kỹ thuật cao cấp, nhẹ, chống ăn mòn tốt cho nước sạch

Thép không gỉ 316L: Chắc chắn, chống va đập, chống ăn mòn cho môi trường công nghiệp

ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene): Polymer fluorine, chống hóa chất tuyệt vời cho môi trường ăn mòn mạnh​

Màng ngăn cao cấp:

Gốm (Ceramic): Kháng ăn mòn tuyệt vời, ổn định nhiệt độ cao, tuổi thọ lâu dài

Hastelloy C: Hợp kim đặc biệt chống ăn mòn cực mạnh cho axit, kiềm, chloride

Tantalum: Chống ăn mòn vượt trội cho ứng dụng đặc biệt khắc nghiệt​

Cáp chuyên dụng: Chiều dài cáp từ 10m đến 100m (thậm chí 200m theo yêu cầu), cáp polyurethane dày, bền, tích hợp ống thông hơi PTFE chống ngưng tụ, connector chống nước IP68 ở đầu cáp.​

Tín hiệu đầu ra: 4-20mA với tùy chọn HART protocol cho cấu hình, chẩn đoán và giám sát từ xa.​

SITRANS MPS – Đo mức thủy tĩnh cho giếng sâu
Ứng dụng chuyên biệt: Thiết bị đo mức thủy tĩnh SITRANS MPS được thiết kế đặc biệt cho đo giếng sâu, đo mức trong hồ, bể chứa lớn theo kiểu áp suất thủy tĩnh, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ sâu đo lớn.​

Thông số kỹ thuật:

Vật liệu thân: Stainless steel

Dải đo: 0-20 mH₂O hoặc cao hơn

Độ chính xác: 0.3%

Tính ổn định cao, tuổi thọ lâu dài​

SITRANS P200 – Cảm biến áp suất đo mức
Cảm biến áp suất gắn đáy bồn: SITRANS P200 (model 7MF1565) là cảm biến áp suất tuyệt đối hoặc gauge, không phải dạng chìm nhưng có thể sử dụng để đo mức theo nguyên lý áp suất thủy tĩnh khi gắn ở đáy bồn chứa.​

Đặc điểm:

Đầu dò áp suất tuyệt đối 0-25 bar (hoặc các range khác)

Output 4-20mA

Vật liệu gốm và thép không gỉ

Kết nối G1/2" hoặc các kết nối process khác

Lắp đặt cố định ở đáy hoặc thành bồn​

Ứng dụng: Đo mức trong bồn chứa kín có áp suất, tank, vessel trong công nghiệp hóa chất, dầu khí, thực phẩm.

Thông số kỹ thuật chung
Dải đo áp suất:

LH100: 0-1 bar đến 0-4 bar (0-10 đến 0-40 mH₂O)

LH300: 0-1 bar đến 0-25 bar (0-10 đến 0-250 mH₂O)​

Độ chính xác: ±0.3% đến ±0.5% FS (Full Scale), tùy model và range.​

Nhiệt độ chất lỏng: -10°C đến +80°C (LH100), -20°C đến +80°C (LH300).​

Nhiệt độ môi trường: -40°C đến +85°C (electronics).​

Độ sâu ngập tối đa: Tùy thuộc vào dải đo và cấp bảo vệ, có thể lên đến 250m cột nước.​

Cấp bảo vệ: IP68 (chìm hoàn toàn trong nước lâu dài).​

Vật liệu tiếp xúc:

Vỏ: Thép không gỉ 316L/304

Màng ngăn: Ceramic, 316L, Hastelloy C, Tantalum

Cáp: Polyurethane với PTFE venting tube​

Lắp đặt và sử dụng
Lắp đặt đơn giản:

Thả cảm biến xuống vị trí cần đo (đáy giếng, bể, hồ)

Cố định cáp bằng giá treo cáp chuyên dụng (cable hanger 7MF1575-8AB) hoặc dây cáp inox

Kết nối điện ở đầu cáp với nguồn cấp 24V DC và thiết bị đọc tín hiệu 4-20mA

Không cần hiệu chuẩn hiện trường, cảm biến được hiệu chuẩn sẵn tại nhà máy​

Ống thông hơi: Đảm bảo ống thông hơi trong cáp không bị nghẹt hoặc ngấm nước. Đầu trên của cáp (nơi kết nối) phải được bảo vệ khỏi ẩm ướt, lắp trong hộp kết nối (junction box) IP65 trở lên.​

Chống ngưng tụ: Một số model có lọc chống ẩm (desiccant filter) ở đầu cáp để ngăn ngừa sự ngưng tụ nước trong ống thông hơi do chênh lệch nhiệt độ, đảm bảo độ chính xác lâu dài.​

Tín hiệu đầu ra và truyền thông
4-20 mA (2-wire): Tín hiệu analog tiêu chuẩn công nghiệp, loop-powered (cấp nguồn qua dây tín hiệu), không cần nguồn riêng, tương thích với mọi hệ thống đọc 4-20mA.​

HART Protocol: Một số phiên bản LH300 hỗ trợ HART (Highway Addressable Remote Transducer), cho phép cấu hình từ xa, đọc nhiều thông số đồng thời (mức, nhiệt độ, status), chẩn đoán thông minh.​

Scaling linh hoạt: Có thể cấu hình scaling để 4mA tương ứng 0m và 20mA tương ứng với chiều cao tank hoặc theo yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Phụ kiện và lắp đặt
Giá treo cáp (Cable Hanger 7MF1575-8AB): Giá treo cáp chuyên dụng bằng thép không gỉ để cố định cáp cảm biến tại vị trí đo, chống rung động, chống trôi dạt do dòng chảy.​

Junction Box: Hộp đấu dây IP65/IP67 để bảo vệ đầu nối cáp khỏi ẩm ướt, bụi bẩn, tích hợp terminal block để kết nối dễ dàng.

Desiccant Filter: Bộ lọc chống ẩm gắn ở đầu cáp để bảo vệ ống thông hơi khỏi ẩm và ngưng tụ.

Cable Extension: Cáp nối dài nếu cần chiều dài cáp lớn hơn tiêu chuẩn, phải sử dụng cáp chuyên dụng có ống thông hơi.

Ưu điểm công nghệ thủy tĩnh
Không cần hiệu chuẩn: Cảm biến được hiệu chuẩn sẵn tại nhà máy, không cần hiệu chuẩn hiện trường, tiết kiệm thời gian và chi phí commissioning.​

Độ chính xác không phụ thuộc hình dạng bồn: Chỉ đo áp suất thủy tĩnh tại một điểm, không bị ảnh hưởng bởi hình dạng, kích thước bồn, phù hợp cho bồn bất kỳ.​

Không bị ảnh hưởng bởi sóng, bọt: Đo áp suất tại đáy, không bị ảnh hưởng bởi sóng bề mặt, bọt, turbulence như các phương pháp đo không tiếp xúc.

Không có vùng chết (dead zone): Có thể đo từ 0% đến 100% chiều cao bồn, tận dụng tối đa dung tích.

Bảo trì tối thiểu: Không có bộ phận chuyển động, tuổi thọ cao, chỉ cần kiểm tra định kỳ ống thông hơi và làm sạch màng ngăn nếu bám cặn.

Hạn chế và lưu ý
Yêu cầu khối lượng riêng ổn định: Độ chính xác phụ thuộc vào khối lượng riêng (ρ) của chất lỏng. Nếu ρ thay đổi đáng kể (do nhiệt độ, nồng độ), cần bù hoặc chấp nhận sai số.​

Không phù hợp cho chất rắn: Chỉ đo được chất lỏng, không đo được chất rắn dạng bột/hạt (cần dùng radar hoặc load cell).

Bảo vệ màng ngăn: Màng ngăn cần được bảo vệ khỏi va đập mạnh, vật sắc nhọn. Nắp bảo vệ giúp tăng tuổi thọ màng ngăn.​

Ống thông hơi: Cần kiểm tra định kỳ ống thông hơi không bị nghẹt bởi ẩm, bụi. Lắp desiccant filter và bảo vệ đầu cáp cẩn thận.

Ứng dụng đa ngành
Xử lý nước và nước thải: Giám sát mức trong bể chứa nước sạch, bể lắng, bể điều hòa, bể bùn, giếng nước thải, lift station, wet well, clarifier.​

Thủy điện: Đo mức hồ chứa, đập thủy điện, kênh dẫn nước, giám sát lưu lượng qua tràn để tối ưu vận hành turbine.

Mỏ và khai khoáng: Đo mức nước ngầm trong mỏ, giếng thoát nước (dewatering well), monitoring nước thải mỏ.

Dầu khí: Đo mức trong separator, wash tank, ballast tank (tàu), tank farm ngoài trời, đập tràn dầu (oil containment).

Nông nghiệp: Giám sát mức nước trong hồ tưới, kênh mương, hệ thống tưới tự động, quản lý nguồn nước hiệu quả.

Công trình thủy lợi: Đo mức sông, suối, kênh, hồ chứa để cảnh báo lũ, quản lý nguồn nước, cấp nước cho nông nghiệp.

Giám sát môi trường: Đo mức nước ngầm (groundwater monitoring) để đánh giá tài nguyên nước, phát hiện ô nhiễm, nghiên cứu khoa học.