Cảm biến lưu lượng dòng chảy là gì? Cấu tạo, phân loại, ứng dụng

Trên thị trường công nghiệp ngày nay, cảm biến lưu lượng dòng chảy (hay Flow Sensor, Flow Meter) đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát dòng chảy của các chất lỏng và khí. Chúng là "con mắt" của hệ thống, giúp đảm bảo quá trình vận hành chính xác, an toàn và hiệu quả. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về cấu tạo, phân loại và ứng dụng của loại cảm biến này. Trong bài viết này, anh em hãy cùng Mecsu tìm hiểu kỹ hơn về cảm biến lưu lượng dòng chảy là gì nhé!

Cảm biến lưu lượng dòng chảy là gì?

Cảm biến lưu lượng dòng chảy (Flow Sensor/Meter) là một thiết bị điện tử hoặc cơ-điện tử được áp dụng để đo lường, giám sát và ghi nhận lưu lượng (tốc độ hoặc tổng lượng) của chất lỏng, khí hoặc hơi đi qua một đường ống hoặc kênh dẫn trong một khoảng thời gian nhất định.

Nó cung cấp các thông tin quan trọng như:

• Lưu lượng tức thời: Tốc độ chảy của lưu chất tại thời điểm đo (ví dụ: 10 m³/giờ, 50 Lít/phút).
• Lưu lượng tổng: Tổng lượng lưu chất đã chảy qua cảm biến trong một khoảng thời gian (ví dụ: 1200 m³).

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động (Ví dụ)

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng rất đa dạng, tùy thuộc vào công nghệ đo. Dưới đây là một ví dụ về nguyên lý lực đẩy (dạng cánh quạt đơn giản):

• Cấu tạo: Một cảm biến dạng này (như cảm biến turbine hoặc cánh quạt - paddlewheel) bao gồm một thành phần nhạy cảm (như một cánh quạt nhỏ) được đặt trong đường ống dẫn chất lỏng. Khi dòng chảy đi qua, nó tạo ra một lực đẩy làm quay cánh quạt.

• Nguyên lý hoạt động: Cảm biến sẽ đo tốc độ quay của cánh quạt. Tốc độ quay này tỉ lệ thuận với tốc độ của dòng chảy. Tốc độ quay có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện (thường là tín hiệu xung) để tính toán ra lưu lượng dòng chảy.

Phân loại các cảm biến dòng chảy phổ biến

Các cảm biến lưu lượng dòng chảy được phân loại dựa trên nhiều nguyên tắc và công nghệ đo lường khác nhau. Dưới đây là một số phân loại phổ biến nhất trong công nghiệp:

#1 Cảm biến áp suất chênh lệch (Differential Pressure - DP)

Đo lưu lượng dựa trên nguyên lý Bernoulli: tạo ra một nút thắt (hẹp) trong đường ống và đo sự chênh lệch áp suất giữa trước và sau nút thắt đó. Lưu lượng tỉ lệ thuận với căn bậc hai của độ chênh áp. Các thiết bị tạo hẹp phổ biến là tấm lỗ (Orifice plate), ống Venturi và ống Pitot.

#2 Cảm biến dịch chuyển dương tính (Positive Displacement - PD)

Hoạt động bằng cách chia dòng chất lỏng thành các buồng đo có thể tích cố định và đếm số lần lấp đầy/xả các buồng này. Các loại phổ biến là đồng hồ piston, đồng hồ bánh răng hình oval (Oval Gear) và đồng hồ đĩa (Nutating Disk). Loại này rất chính xác, đặc biệt với chất lỏng có độ nhớt cao.

#3 Cảm biến tuabin (Turbine Flow Meter)

Như đã đề cập, nó sử dụng năng lượng cơ học của chất lỏng để làm quay một cánh quạt (tuabin). Tốc độ quay của tuabin được cảm biến (thường là cảm biến từ tính) đếm và tỉ lệ thuận với lưu lượng. Thường được sử dụng để đo các loại chất lỏng và khí sạch.

#4 Cảm biến điện từ (Magnetic Flow Meter - Magmeter)

Còn được gọi là Magmeter, cảm biến này hoạt động dựa trên Định luật cảm ứng điện từ Faraday. Nó tạo ra một từ trường vuông góc với đường ống. Khi chất lỏng dẫn điện chảy qua từ trường, nó sẽ tạo ra một điện áp nhỏ, tỉ lệ thuận với tốc độ dòng chảy.

Ưu điểm: Rất chính xác, không có bộ phận chuyển động, không gây cản trở dòng chảy. Phù hợp đo các chất lỏng bẩn, có cặn, ăn mòn (như nước thải, hóa chất).

Nhược điểm: Bắt buộc chất lỏng phải có độ dẫn điện tối thiểu (không đo được nước tinh khiết, dầu, dung môi).

#5 Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Flow Meter)

Sử dụng tín hiệu siêu âm để đo tốc độ chất lỏng. Có hai loại chính:

• Loại đo thời gian truyền (Transit-Time): Đo sự chênh lệch thời gian của sóng siêu âm khi đi xuôi dòng và ngược dòng. Phù hợp với chất lỏng sạch.
• Loại Doppler: Đo sự thay đổi tần số (hiệu ứng Doppler) của sóng siêu âm phản xạ lại từ các bọt khí hoặc hạt rắn lơ lửng trong chất lỏng. Phù hợp với chất lỏng bẩn, có cặn.

Ưu điểm lớn nhất: Có loại kẹp bên ngoài (Clamp-on), cho phép đo lưu lượng mà không cần cắt ống hay tiếp xúc với chất lỏng.

Ứng dụng của cảm biến dòng chảy

Cảm biến dòng chảy được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau:

• Ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí: Đo lưu lượng các chất lỏng và khí (axit, bazơ, dung môi, dầu thô...) trong quá trình sản xuất, vận chuyển và lưu trữ. Chúng được dùng trong các quá trình lọc, phân tách, pha trộn và kiểm soát lưu lượng.

• Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống: Đo lưu lượng các chất lỏng như nước, sữa, bia, rượu, nước ngọt và các thành phần khác. Chúng thường phải đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm (vật liệu inox, có thể vệ sinh CIP). Áp dụng trong quá trình pha chế, đóng gói, chiết rót và kiểm soát chất lượng.

• Hệ thống cấp nước và xử lý nước: Đo lưu lượng nước sạch trong các hệ thống cấp nước công cộng (đồng hồ tổng), đo lưu lượng nước thải trong các nhà máy xử lý nước thải (thường dùng loại điện từ hoặc siêu âm). Chúng giúp kiểm soát, giám sát và tối ưu hóa việc sử dụng nước.

• Ngành công nghiệp điện tử và bán dẫn: Đo lưu lượng khí (Nito, Argon...), nước siêu tinh khiết (DI water) và hóa chất trong các quy trình sản xuất, làm sạch, làm mát và kiểm soát nhiệt độ.

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP GIÁ TỐT TẠI MECSU

Tham khảo thêm tại Mecsu

Hy vọng bài viết này đã giúp anh em có cái nhìn tổng quan về "Cảm biến lưu lượng dòng chảy là gì?". Để tìm hiểu thêm về các loại cảm biến khác, anh em có thể đọc các bài viết liên quan:

• Cảm biến dây rút là gì? Khái niệm, phân loại, ứng dụng (2024)
• Cảm biến âm thanh là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng