Cảm biến mức nước tại trạm bơm

Bạn có đang gặp vấn đề với việc điều khiển mực nước tại trạm bơm của mình? Có thể Dwyer Instruments đang sở hữu giải pháp hiệu quả mà bạn cần. Trong bài viết này chúng ta sẽ điểm qua một số giải pháp cảm biến mực nước, ưu điểm và nhược điểm của từng giải pháp, cũng như một tùy chọn bạn có thể cân nhắc cho dự án tiếp theo của mình.

Trạm bơm cơ bản

Trong một hệ thống thu gom nước thải lý tưởng, nước thải sẽ chảy xuôi từ điểm nguồn là khu dân cư hay khu thương mại về nhà máy xử lý ở đầu cuối. Do một số yếu tố bao gồm khoảng cách, địa hình, địa chất, hiệu quả về kinh tế, etc., thiết kế đường ống lý tưởng không phải lúc nào cũng khả thi.  Do đó, trong đa số trường hợp, nước thải chảy về một trạm bơm, nơi tập trung và sau đó bơm nước thải lên một vị trí cao hơn để tiếp tục chảy xuôi về nhà máy ở đầu cuối.

Các trạm bơm thường được xây bằng bê tông hay sợi thủy tinh và bao gồm: các máy bơm, các thanh ray, cụm van, cảm biến mực nước và bảng điều khiển. Không tính đến phương pháp xây dựng được lựa chọn, cảm biến mức là một thành phần cực kỳ quan trọng, vì nó cung cấp tín hiệu phản hồi cần thiết để xác định thời gian tắt hay mở bơm.

Cảm biến dạng phao

Đây là dạng cảm biến mức và cài đặt điều khiển cơ bản nhất vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Các hệ thống này về cơ bản gồm có một số công tắc dạng phao được lắp đặt trong giếng bơm và một bộ điều khiển phao để khởi động rơ le động cơ bơm. Số lượng phao yêu cầu có thể khác nhau dữa trên số lượng bơm trong giếng và số điểm báo động cần thiết. Thông thường, ta sẽ cần hai công tắc cho mỗi bơm, điểm tắt và mở, cũng như một cho báo động mức cao hoặc có khả năng một cho báo động mức thấp. Vì thế trong một hệ thống bơm đôi thông dụng, bạn sẽ cần tối thiểu năm công tắc. Để cài đặt các điểm công tắc ta có thể tùy chỉnh độ dài cáp treo của phao hay lắp đặt các đối trọng có chức năng như là điểm pivot. 

Ưu điểm: Thường là rẻ, tùy vào số lượng và loại phao và vận hành cũng đơn giản.

Nhược điểm:  Các hệ thống này không có tín hiệu phản hồi liên tục về mực nước thực tế trong giếng. Các điểm hoạt động khó có thể được cài đặt chính xác. Cũng như, các phao có thể bị vướng hay bị phủ bởi lớp dầu mỡ dẫn đến không thể hoạt động; do đó, sẽ sinh ra các cuộc gọi than phiền không mong muốn.

Hệ thống bọt khí

Mức chất lỏng trong mọt trạm bơm liên quan đến đo áp suất thủy tĩnh ở đáy giếng. Để đo áp suất này, một lưu lượng khí không đổi có thể được bơm qua một đường ống và thoát ra bên dưới đáy giếng. Bằng cách đo áp suất bên trong ống dẫn khí ta có thể xác định được mực nước thải. Hệ thống bọt khí bao gồm một ống dẫn khí được lắp trong giếng, một máy nén cấp khí, lưu lượng kế, và một công tắc áp suất hay cảm biến áp suất.

Ưu điểm: Chi phí ban đầu tương đối thấp; có thể được dùng để giám sát liên tục hay điều khiển on/off đơn giản.

Nhược điểm: Chi phí vận hành và bảo dưỡng cao. Các hệ thống này phải được vệ sinh định kỳ đường ống dẫn khí để tránh trường hợp nghẹt ống và máy nén cấp khí sẽ bị hao mòn dần và cần được thay thế.

Giám sát liên tục

Thị trường thành phố đang theo một xu hướng rõ ràng thiên về các hệ thống điều khiển tinh vi hơn có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực.   Với việc siết chặt các quy định về môi trường, việc này tạo điều kiện cho việc xử lý nước thải được chính xác và hiệu quả hơn, cũng như, giúp cho việc báo cáo và khắc phục lỗi hệ thống tốn ít thời gian hơn. Việc theo dõi liên tục mực nước ở trạm bơm, thường là ở các trạm bơm lớn trọng điểm, đang trở nên thông dụng hơn vì các lý do này. Các hệ thống này thường bao gồm một cảm biến analog trong giếng gửi tín hiệu về bộ điều khiển độc lập hay một bộ PLC để khởi động hay tắt bơm. Thông tin này có thể được tải lên mạng lưới chung hay RTU để báo lại cho nhà máy trung tâm hay hệ thống SCADA.

Cảm biến siêu âm

Cảm biến mức nước siêu âm cung cấp tín hiệu analog liên tục bằng sóng siêu âm phản hồi về khi chạm vào mặt nước. Đây là kiểu đo không tiếp xúc do đó cảm biến sẽ được đặt ở trên miệng giếng và thường có một bộ chuyển đổi tín hiệu hay bộ điều khiển gắn trên bảng điều khiển.

Ưu điểm: Kiểu đo không tiếp xúc, tín hiệu đầu ra có thể tùy chỉnh linh hoạt.

Nhược điểm: Các cảm biến mức bằng sóng âm thường là lựa chọn đắt tiền hơn và yêu cầu lắp đặt phải được thực hiện kỹ càng nhằm đảm bảo không có vật cản (đường ống, dây điện, tường,…) trong góc hình nón có thể gây cản trở đường đi của sóng siêu âm. Ở một số trạm bơm không có chỗ phù hợp để lắp đặt cảm biến và có thể tránh được các vật cản. Tiếp theo, nó sẽ tốn nhiều thời gian hơn để lắp đặt ban đầu do tín hiệu đầu ra cần được hiệu chuẩn cho từng trạm bơm dựa trên vị trí lắp cảm biến. Foam và các chất lỏng cô đặc lại cũng là vấn đề đối với công nghệ này; do foam sẽ làm sai giá trị mà cảm biến đọc được và các chất lỏng khô lại bám trên đầu dò cảm biến, có thể làm mất tín hiệu. Cuối cùng, phần lớn các cảm biến này không được thiết kế để chìm trong chất lỏng do đó khi các trạm bơm bị ngập sẽ làm hỏng các cảm biến này.

Cảm biến mức chìm

Dwyer có thiết bị bạn cần cho toàn bộ các giải pháp nói trên; nhưng, trong phần lớn các ứng dụng chúng tôi khuyến nghị sử dụng một trong những cảm biến mức dạng chìm như Series PBLT2 & PBLTX, SBLT2 & SBLTX, MBLT, và FBLT. Một lần nữa, bằng cách đo áp suất thủy tĩnh ở đáy giếng ta có thể xác định mực nước bằng cảm biến mức chìm, thay vì thông qua một ống dẫn khí. Bạn có thể đặt cảm biến áp suất tại điểm tham chiếu bằng cách thả trực tiếp vào nước thải. Khi đó các cảm biến này sẽ gửi về một tín hiệu analog liên tục, thường là 4-20 mA, theo dãy đo mực nước cố định. Một ống thông hơi tích hợp giúp cảm biến tự động bù trừ cho các thay đổi trong áp suất khí quyển.

Ưu điểm: Chi phí lắp đặt ban đầu và vận hành rất cạnh tranh. Việc lắp đặt và cài đặt cũng đơn giản… chỉ việc thả thiết bị vào trong giếng và nối hai dây vào bộ điều khiển. Không có phao nên sẽ không bị vướng, không bị nghẹt ống hay phải thay máy nén khí, và không còn gặp vấn đề với foam và các chất lỏng cô đặc lại!

Nhược điểm: Một số thiết kế yêu cầu phải được vệ sinh định kỳ. Tuy nhiên với màn cảm biến mới, to hơn như Model PBLT2, khả năng bị nghẹt chủ yếu đã được loại bỏ.