Cảm biến mực nước 3 que | Nguyên lý, cách lắp và chọn bộ điều khiển

Cảm biến mực nước 3 que là giải pháp báo mức điểm sử dụng các điện cực tiếp xúc trực tiếp với nước để xác định những vị trí quan trọng như mức thấp MIN và mức cao MAX. Một hệ thống hoàn chỉnh thường gồm các que điện cực đặt trong bồn và bộ điều khiển mức có ngõ ra relay để đóng/ngắt bơm, van hoặc đưa tín hiệu cảnh báo về tủ điện.

Khác với cảm biến đo mức liên tục cho biết mức nước thực tế theo mét, centimet hoặc phần trăm, cảm biến mực nước 3 que chủ yếu xác định các trạng thái HIGH/LOW. Đây là một trong những phương án đơn giản để điều khiển bơm cấp, bơm xả, chống tràn hoặc cảnh báo mức thấp trong bồn và bể chứa nước.

Cảm biến mực nước 3 que là gì?

Cảm biến mực nước 3 que, cảm biến mức nước 3 que hay bộ điều khiển mức bằng điện cực là hệ thống phát hiện mức dựa trên khả năng dẫn điện của nước hoặc dung dịch. Khi chất lỏng tạo thành đường dẫn điện giữa điện cực đo và điện cực chung, bộ điều khiển nhận biết trạng thái và thay đổi tiếp điểm relay.

Tên gọi “3 que” xuất phát từ cấu hình rất phổ biến gồm một điện cực mức cao, một điện cực mức thấp và một điện cực chung. Khi lắp từ trên xuống, ba que thường có chiều dài khác nhau để đầu mỗi điện cực nằm tại đúng vị trí cần phát hiện.

Về nguyên lý, đây là cảm biến báo mức dẫn điện, không phải cảm biến điện dung. Hai loại đều có thể có hình dạng giống một thanh kim loại đặt trong bồn nhưng cách phát hiện mức hoàn toàn khác nhau.

Nếu cần tìm hiểu sâu riêng về hình dạng đầu dò, chiều dài điện cực và các kiểu bố trí thanh đo, có thể xem thêm bài que điện cực đo mức nước. Trang hiện tại tập trung nhiều hơn vào cách sử dụng hệ cảm biến mực nước 3 que để báo MAX/MIN và điều khiển bơm.

Cảm biến 3 que gồm những thành phần nào?

Một bộ cảm biến mực nước 3 que không chỉ có ba thanh inox. Hệ thống hoàn chỉnh thường có hai nhóm thiết bị chính: phần điện cực tiếp xúc với môi chất và bộ điều khiển mức đặt trong tủ điện hoặc gần khu vực đo.

Que MAX – phát hiện mức cao

Que MAX được đặt tại vị trí mức nước cao nhất mà hệ thống muốn kiểm soát. Nếu lắp các điện cực từ trên nắp bồn xuống, MAX thường là que ngắn nhất.

Khi nước dâng đến đầu que MAX, bộ điều khiển có thể dừng bơm cấp, đóng van nước vào hoặc kích hoạt cảnh báo mức cao để chống tràn.

Que MIN – phát hiện mức thấp

Que MIN được đặt thấp hơn MAX. Khi mực nước hạ xuống dưới điện cực này, controller nhận biết trạng thái mức thấp để bắt đầu chu trình cấp nước hoặc thực hiện chức năng bảo vệ tương ứng.

Vị trí MIN cần được chọn dựa trên thể tích dự trữ mong muốn, vị trí hút của bơm và khoảng an toàn cần thiết thay vì chỉ đặt sát đáy bồn.

Que COM – điện cực chung

COM là điện cực tham chiếu để tạo đường dẫn điện qua chất lỏng tới MAX hoặc MIN. Trong bồn nhựa, composite hoặc bê tông, điện cực COM riêng gần như là thành phần bắt buộc của cấu hình ba que.

Khi lắp từ trên xuống, COM thường dài hơn MIN và MAX để duy trì tiếp xúc với nước trong vùng làm việc của hệ thống.

Bộ điều khiển mức

Các que điện cực chỉ tạo tín hiệu thay đổi điện trở. Bộ điều khiển mức mới là thiết bị đánh giá trạng thái này và xuất relay.

Vì vậy khi chọn cảm biến mực nước 3 que, cần kiểm tra đồng thời loại điện cực, độ dẫn của môi chất, nguồn cấp controller, chức năng cấp/xả, số tiếp điểm relay và sơ đồ đấu dây.

Nguyên lý cảm biến mực nước 3 que

Nguyên lý của cảm biến mực nước 3 que dựa trên sự thay đổi điện trở giữa điện cực chung COM và các điện cực MIN/MAX khi chúng tiếp xúc với chất lỏng dẫn điện.

Khi một điện cực chưa chạm nước, điện trở giữa điện cực đó và COM rất lớn. Khi nước dâng lên và đồng thời tiếp xúc với điện cực đo và COM, môi chất tạo thành đường dẫn điện. Bộ điều khiển phát hiện sự thay đổi này để xác định nước đã đạt đến vị trí tương ứng.

Nguyên lý điện cực được sử dụng rộng rãi cho nước sạch, nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nhiều dung dịch có độ dẫn điện phù hợp. Omron cũng sử dụng nguyên lý đánh giá điện trở giữa các điện cực trong dòng Floatless Level Controller 61F.

Cảm biến mực nước 3 que điều khiển bơm như thế nào?

Một trong những lý do cảm biến mực nước 3 que vẫn được sử dụng nhiều là khả năng tạo chu trình điều khiển bơm giữa hai mức MIN và MAX mà không cần đo mức liên tục.

Điều khiển bơm cấp nước

Ở chế độ cấp nước, khi mức nước giảm xuống dưới MIN, bộ điều khiển chuyển relay để yêu cầu bơm chạy. Nước được bơm vào bồn và tiếp tục tăng qua vị trí MIN.

Bơm vẫn duy trì hoạt động cho đến khi nước chạm MAX. Khi điện cực MAX được kích hoạt, controller chuyển trạng thái relay và dừng bơm.

Khoảng cách giữa MIN và MAX tạo vùng trễ tự nhiên cho quá trình điều khiển. Nhờ vậy bơm không đóng/ngắt liên tục khi mặt nước dao động quanh một điểm duy nhất.

Điều khiển bơm xả

Nếu mục tiêu là xả nước ra khỏi bồn, logic hoạt động được đảo ngược. Khi nước dâng tới MAX, bơm xả bắt đầu hoạt động. Khi nước hạ xuống MIN, bơm dừng.

Relay không phải lúc nào cũng cấp trực tiếp cho bơm

Tiếp điểm relay của controller nên được xem là tín hiệu điều khiển. Với motor hoặc bơm có công suất lớn, relay thường dùng để điều khiển contactor hoặc mạch trung gian thay vì đóng/cắt trực tiếp tải động lực.

Khi thay một bộ cảm biến mực nước 3 que cũ, cần kiểm tra sơ đồ tủ điện hiện tại để biết relay đang điều khiển contactor, van điện hay chỉ đưa tín hiệu cảnh báo.

Khi nào nên dùng cảm biến mực nước 3 que?

Nếu chưa chắc ứng dụng phù hợp với điện cực hay cần so sánh thêm điện dung, siêu âm hoặc các công tắc mức khác, xem Landing cảm biến báo đầy báo cạn.

Cách lắp cảm biến mực nước 3 que trong bồn

Bồn nhựa, composite hoặc bê tông

Đối với bồn không dẫn điện, hệ thống cần có điện cực chung COM tiếp xúc với nước. Hai que còn lại được bố trí tại MIN và MAX.

Nếu ba que được lắp từ trên xuống, chiều dài que quyết định trực tiếp vị trí tác động. Cần xác định cao độ MIN và MAX trước khi đặt chiều dài điện cực.

Bồn inox hoặc bồn kim loại dẫn điện

Trong một số cấu hình, thành bồn kim loại có thể đóng vai trò điện cực chung. Khi đó hệ thống có thể sử dụng hai điện cực mức và kết nối điện tới thân bồn.

Tuy nhiên không nên mặc định mọi bồn inox đều có thể bỏ que COM. Phương án này phải phù hợp với controller, kết cấu bồn và hướng dẫn đấu nối của nhà sản xuất.

Không đặt MAX ngay dưới đường nước nạp

Dòng nước từ ống nạp có thể chạm trực tiếp điện cực MAX trước khi mặt nước trong bồn thực sự đạt mức cao. Điều này khiến cảm biến mực nước 3 que tác động sớm.

Nên bố trí điện cực tại vùng mặt nước tương đối ổn định, tránh dòng nạp trực tiếp, bọt mạnh và khu vực có vật liệu bám nhiều.

Không đặt MIN quá sát đáy hoặc cửa hút

Que MIN nên cách đáy một khoảng phù hợp để tránh cặn và tạo thể tích dự trữ cần thiết. Nếu cảm biến được sử dụng cho chống cạn, cần đặc biệt chú ý khoảng cách giữa MIN và cửa hút bơm.

Cách chọn cảm biến mực nước 3 que đúng ứng dụng

Trước khi chọn cảm biến mực nước 3 que, không nên chỉ xác định “cần ba que”. Một bộ hoạt động ổn định cần được chọn dựa trên cả môi chất, bồn chứa và mạch điều khiển.

Nếu đang thay Omron 61F, Hanyoung FS-3A hoặc một bộ báo mức cũ, nên chụp rõ model controller và sơ đồ chân đang đấu. Đối chiếu sơ đồ điện sẽ an toàn và chính xác hơn chỉ chọn thiết bị mới dựa trên số lượng điện cực.

Cảm biến mực nước 3 que Omron, Hanyoung và Dinel

Các cụm từ như cảm biến mực nước 3 que Omron hoặc cảm biến mực nước 3 que Hanyoung thường được sử dụng để tìm cả bộ controller và điện cực. Trên thực tế, từng hãng có cấu hình và sơ đồ đấu khác nhau.

Không nên coi các model trên là tương đương hoàn toàn chỉ vì cùng được gọi là cảm biến 3 que. Khi thay chéo hãng cần xem lại nguồn cấp, độ nhạy với môi chất, chân relay và logic cấp/xả.

Dinel CNP-18 và CDSU-522 cho hệ cảm biến 3 que

Với Dinel, hệ cảm biến mực nước 3 que có thể xây dựng bằng các đầu dò dẫn điện CNP-18 kết hợp bộ relay điều khiển mức CDSU-522.

CNP-18 được thiết kế để phát hiện trực tiếp mức của chất lỏng dẫn điện. Phiên bản điện cực dạng thanh tháo rời CNP-18-30 có thể sử dụng khi cần tạo vị trí đo theo chiều cao bồn.

CDSU-522 đảm nhiệm việc đánh giá trạng thái các conductive probe và xuất relay. Tài liệu của Dinel có cấu hình kết nối ba đầu dò CNP-18-30 trong bồn bất kỳ cũng như phương án dùng hai đầu dò trong bồn dẫn điện.

Điểm này cho thấy ba thanh inox không phải toàn bộ hệ thống. Để điều khiển bơm ổn định vẫn cần controller chuyên dụng phù hợp với điện cực.

Thông tin tham chiếu hãng: xem Dinel CNP-18 Conductive Probe và Dinel CDSU-522 Level Control Relay.

Cảm biến 3 que khác cảm biến báo mức khác như thế nào?

Cảm biến mực nước 3 que phù hợp nhất khi môi chất dẫn điện và chỉ cần một vài điểm mức cố định. Nhưng đây không phải giải pháp duy nhất để báo đầy báo cạn.

Cảm biến điện dung có thể phát hiện nhiều loại chất lỏng hơn và không phụ thuộc hoàn toàn vào nguyên lý dẫn điện. Cảm biến siêu âm báo điểm cho phép đo không tiếp xúc. Một số cảm biến cao tần hoặc công nghệ chuyên dụng có thể phù hợp hơn với môi chất nhớt và bám dính.

Do đó nếu điều kiện bồn phức tạp, không nên cố sử dụng cảm biến 3 que chỉ vì chi phí ban đầu thấp. Có thể tham khảo nhóm cảm biến mức ON/OFF để chọn công nghệ theo môi chất và vị trí MIN/MAX.

Những lỗi thường gặp khi sử dụng cảm biến mực nước 3 que

Chọn cho môi chất không dẫn điện

Đây là lỗi cơ bản nhất. Nếu môi chất không tạo đủ đường dẫn điện giữa các que, controller không thể xác định trạng thái ổn định.

Đấu tải bơm trực tiếp qua relay nhỏ

Cần kiểm tra khả năng đóng cắt của relay. Trong nhiều tủ điều khiển, relay mức chỉ dùng để điều khiển cuộn contactor.

Que MAX nằm ngay dưới đường nạp

Nước phun lên điện cực có thể tạo tín hiệu MAX giả. Cần đưa cụm điện cực ra khỏi vùng dòng chảy trực tiếp.

Không tính đến lớp bám trên điện cực

Cặn hoặc vật liệu dẫn điện bám nối giữa các điện cực có thể làm bộ điều khiển nhận sai trạng thái. Các ứng dụng bám dính mạnh cần được đánh giá trước khi chọn nguyên lý 3 que.

Thay controller khác hãng chỉ theo chân cắm

Hai controller có kích thước tương tự chưa chắc có nguồn, chức năng relay hoặc sơ đồ terminal giống nhau. Khi thay Omron, Hanyoung hoặc Dinel cần đối chiếu tài liệu kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp về cảm biến mực nước 3 que

Cảm biến mực nước 3 que có đo liên tục được không?

Không theo cấu hình thông thường. Cảm biến mực nước 3 que xác định các điểm MIN/MAX. Nếu cần biết mức thực tế ở mọi thời điểm nên dùng cảm biến đo mức liên tục 4-20mA hoặc chuẩn tín hiệu phù hợp.

Cảm biến 3 que có dùng cho dầu được không?

Thông thường không. Dầu và nhiều sản phẩm petroleum có độ dẫn điện rất thấp nên cần công nghệ báo mức khác.

Ba que có phải bằng nhau không?

Không. Khi lắp từ trên xuống, MAX, MIN và COM thường có chiều dài khác nhau. MAX nằm cao nhất, MIN thấp hơn và COM cần duy trì tiếp xúc với chất lỏng trong vùng hoạt động.

Bồn inox có cần đủ ba que không?

Không phải lúc nào cũng cần. Một số hệ thống có thể sử dụng thân bồn dẫn điện làm điện cực chung và chỉ dùng hai điện cực mức. Tuy nhiên phải kiểm tra tài liệu của bộ điều khiển trước khi áp dụng.

Cảm biến mực nước 3 que có chống tràn được không?

Có. Điện cực MAX có thể dùng để dừng bơm cấp hoặc kích hoạt cảnh báo khi nước đạt mức cao.

Có thể dùng cảm biến 3 que để chống cạn bơm không?

Có thể sử dụng mức MIN làm tín hiệu bảo vệ hoặc điều khiển, nhưng vị trí điện cực và logic mạch cần được thiết kế phù hợp với bơm và cửa hút thực tế.

Giá cảm biến mực nước 3 que phụ thuộc vào gì?

Giá phụ thuộc loại điện cực, chiều dài que, số lượng đầu dò, vật liệu, bộ điều khiển relay, nguồn cấp và thương hiệu. Vì vậy nên báo đúng cấu hình hệ thống thay vì chỉ yêu cầu giá “một bộ ba que”.

Chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa

Phụ trách biên soạn và kiểm tra nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu trong công nghiệp.

• Điện thoại: 0886 088 496
• Email: datle.huphaco@gmail.com
• Website: Chuyendoitinhieu.vn