Que đo mực nước | Cấu tạo, cách chọn và đầu dò CNP-18

Que đo mực nước là giải pháp phát hiện mức chất lỏng bằng điện cực tiếp xúc trực tiếp với môi chất. Thay vì đo khoảng cách hoặc xuất tín hiệu mức liên tục, que điện cực được đặt tại vị trí cần giám sát; khi nước chạm điện cực, bộ điều khiển nhận biết trạng thái dẫn điện và tạo tín hiệu relay để báo đầy, báo cạn hoặc điều khiển bơm.

Điểm quan trọng cần phân biệt là que đo mực nước trong bài viết này hoạt động theo nguyên lý dẫn điện của môi chất giữa điện cực đo và điện cực chung. Đây không phải cảm biến điện dung và cũng không phải radar dẫn sóng. Cách gọi đúng giúp chọn thiết bị phù hợp hơn, đặc biệt khi cần thay thế một hệ thống que đo mực nước Omron, thiết kế hệ MIN–MAX hoặc lựa chọn đầu dò Dinel CNP-18.

Que đo mực nước là gì?

Que đo mực nước hay que dò mực nước là một điện cực kim loại được đưa vào bồn, bể hoặc đường chứa chất lỏng để phát hiện xem môi chất đã chạm tới một vị trí xác định hay chưa. Trong hệ thống hoàn chỉnh, que đo thường được kết nối với một bộ đánh giá tín hiệu dẫn điện. Bộ này kiểm tra trạng thái điện giữa điện cực đo và điện cực chung rồi chuyển thành tiếp điểm relay.

Vì vậy, que đo mực nước phù hợp nhất với yêu cầu báo mức điểm: báo HIGH, LOW, MIN, MAX, báo đầy, báo cạn hoặc điều khiển bơm giữa hai ngưỡng. Nó không tự cho biết mặt nước đang ở 37%, 62% hay 1,85 m nếu không có một phương pháp đo liên tục khác.

Trong thực tế, một hệ thống que dò mực nước thường gồm ba thành phần: điện cực tiếp xúc môi chất, dây dẫn và bộ điều khiển conductive. Tùy loại bồn và số điểm cần phát hiện, hệ thống có thể sử dụng một hoặc nhiều điện cực.

Que đo mực nước là điện cực dẫn điện, không phải điện dung

Một nhầm lẫn khá phổ biến là gọi mọi cảm biến có hình dạng thanh hoặc que là “cảm biến điện dung”. Điều này không đúng với que đo mực nước dẫn điện. Điện cực conductive không đo sự thay đổi điện dung quanh đầu dò mà dựa vào khả năng dẫn điện của chính chất lỏng.

Khi môi chất chưa chạm điện cực, đường dẫn điện giữa que đo và điểm tham chiếu ở trạng thái hở hoặc có điện trở rất lớn. Khi nước chạm tới điện cực, môi chất tạo đường dẫn điện giữa điện cực đo và điện cực chung. Bộ điều khiển phát hiện sự thay đổi này và thay đổi trạng thái ngõ ra relay.

Do nguyên lý phụ thuộc vào độ dẫn điện, que đo mực nước phù hợp với nước và nhiều dung dịch có ion hòa tan, nhưng không thể mặc định dùng cho mọi chất lỏng. Dầu, nhiên liệu và nhiều chất lỏng cách điện không phải đối tượng phù hợp cho phương pháp này.

Que inox đo mực nước hoạt động như thế nào?

Điện cực của que đo mực nước thường sử dụng kim loại dẫn điện và chống ăn mòn phù hợp với môi chất. Ví dụ, Dinel CNP-18 sử dụng thân và điện cực bằng thép không gỉ W.Nr. 1.4305 tương đương AISI 303, kết hợp phần cách điện PTFE.

Bộ điều khiển tạo một tín hiệu điện nhỏ tới các điện cực. Khi nước tiếp xúc đồng thời với điện cực đo và điện cực chung, dòng điện có thể đi qua môi chất. Bộ điều khiển dựa trên điện trở của đường dẫn này để xác định trạng thái ướt hoặc khô, sau đó đóng hoặc mở relay tương ứng.

Với CDSU-522, Dinel cho phép điều chỉnh độ nhạy trong khoảng 10…250 kΩ. Điều này cho thấy việc một loại nước có đo ổn định hay không không chỉ phụ thuộc vào việc “có phải nước hay không”, mà còn phụ thuộc độ dẫn điện thực tế, khoảng cách điện cực, tình trạng bám cặn và cách lắp.

Một que, hai que và ba que đo mực nước khác nhau ở đâu?

Số lượng điện cực không nên hiểu đơn giản là thiết bị càng nhiều que thì càng chính xác. Số que phụ thuộc vào số điểm cần phát hiện và cách tạo điện cực tham chiếu.

Một que đo mực nước

Một điện cực đo có thể dùng để phát hiện một mức khi hệ thống đã có đường COM hoặc sử dụng chính thành bồn kim loại làm điện cực tham chiếu theo thiết kế cho phép. Trong bồn nhựa, composite hoặc bê tông, thông thường vẫn cần một điện cực chung riêng.

Hai que đo mực nước

Cấu hình đơn giản thường gồm một điện cực COM và một điện cực đo. Khi chất lỏng chạm tới que đo, mạch được hình thành qua môi chất về COM. Cách này phù hợp để báo một điểm HIGH hoặc LOW.

Một trường hợp khác là bồn kim loại dẫn điện được nối làm COM, khi đó hai điện cực đo có thể dùng cho hai vị trí khác nhau. Cách đấu cụ thể phải theo bộ điều khiển đang sử dụng.

Ba que đo mực nước

Hệ ba điện cực thường được sử dụng cho điều khiển mức giữa hai ngưỡng: một que COM, một que MIN và một que MAX. Trong cấu hình lắp từ trên xuống, điện cực COM thường dài nhất để duy trì tiếp xúc với môi chất trong vùng hoạt động.

Khi nước xuống dưới MIN, bộ điều khiển có thể cho bơm cấp chạy. Khi nước dâng tới MAX, relay dừng bơm. Phần điều khiển MAX–MIN–COM không cần triển khai quá sâu tại URL này vì đã có bài riêng về cảm biến mực nước 3 que.

Chọn chiều dài que đo mực nước như thế nào?

Chiều dài của que đo không phải chiều cao tổng của bồn mà phải được xác định theo đúng vị trí cần phát hiện. Nếu lắp từ phía trên, đầu điện cực phải kết thúc tại cao độ mà hệ thống cần nhận trạng thái.

Ví dụ, một bồn cao 2.000 mm nhưng cần báo đầy cách nắp bồn 300 mm thì que MAX chỉ cần đi tới cao độ đó. Que MIN sẽ dài hơn để đầu que nằm tại mức cạn yêu cầu. Nếu dùng thêm que COM, COM cần đủ dài để vẫn tiếp xúc với môi chất trong vùng vận hành của hệ thống.

Khi chọn chiều dài que đo mực nước nên kiểm tra thêm khoảng trống lắp đặt, độ rung, dòng chảy nạp, cánh khuấy, khả năng que bị cong và khoảng cách giữa các điện cực. Que dài không nên bố trí tại nơi có dòng nước đập trực tiếp hoặc nơi vật liệu cơ khí có thể tác động lên thanh đo.

Đối với Dinel CNP-18 dạng điện cực tháo rời `-30`, hãng cung cấp chiều dài điện cực từ 50 đến 3000 mm. Vì vậy chiều dài cần được xác định trước khi tạo mã đặt hàng.

Que đo mực nước lắp ngang hay lắp từ trên xuống?

Hai kiểu lắp đều có thể phù hợp nhưng phục vụ mục tiêu khác nhau.

Dinel CNP-18 có phiên bản điện cực ngắn `-10` được thiết kế cho lắp ngang và phiên bản thanh tháo rời `-30` dùng cho lắp đứng. Đây là một trong những điểm nên xác định trước khi chọn model.

Loại nước nào dùng được que đo mực nước?

Que đo mực nước phù hợp khi chất lỏng có khả năng dẫn điện đủ để bộ điều khiển nhận biết trạng thái. Nước máy, nước công nghiệp và nhiều dung dịch nước có ion thường là nhóm ứng dụng dễ đánh giá hơn.

Nước thải hoặc dung dịch có độ dẫn điện cao cũng có thể phù hợp, nhưng phải kiểm tra vật liệu điện cực, khả năng đóng cặn, ăn mòn và bám dính. Không nên chỉ dựa vào tên môi chất để kết luận.

Với nước RO, nước khử khoáng hoặc nước tinh khiết có độ dẫn điện rất thấp, cần kiểm tra điện trở thực tế và độ nhạy của controller. Một hệ que đo mực nước conductive thông thường có thể hoạt động không ổn định nếu điện trở giữa các điện cực vượt ngoài dải nhận của bộ điều khiển.

Dầu, diesel và nhiều chất lỏng cách điện không phù hợp với nguyên lý conductive. Với các môi chất này nên chuyển sang cảm biến điện dung, thủy tĩnh, radar hoặc một công nghệ báo mức điểm phù hợp khác.

Dinel CNP-18 – đầu dò điện cực cho chất lỏng dẫn điện

Dinel CNP-18 là dòng conductive probe được thiết kế để phát hiện trực tiếp mức chất lỏng dẫn điện như nước và dung dịch nước. Đây là lựa chọn phù hợp khi cần một đầu dò điện cực cơ khí đơn giản, có thể lắp ngang tại thành bồn hoặc lắp đứng từ phía trên.

CNP-18 không phải một cảm biến mức liên tục độc lập. Điện cực cần được kết nối với bộ đánh giá conductive như CDSU-522, CDSU-522-W hoặc một controller khác có ngõ vào tương thích.

Các cấu hình CNP-18

Thông số kỹ thuật chính CNP-18

Thông tin tham chiếu hãng: xem Dinel CNP-18 – trang sản phẩm chính hãng và Datasheet Dinel CNP-18.

CNP-18 kết hợp CDSU-522 như thế nào?

CNP-18 là phần tiếp xúc trực tiếp với nước, còn CDSU-522 đóng vai trò cấp tín hiệu cho điện cực, đánh giá trạng thái và xuất relay. Theo Dinel, CDSU-522 là bộ điều khiển hai kênh dành cho conductive probe và hỗ trợ hai chế độ chính.

Ở chế độ độc lập, hai ngõ vào có thể đánh giá hai điểm mức riêng biệt. Ở chế độ LOW–HIGH, controller sử dụng hai mức MIN và MAX để điều khiển quá trình bơm lên hoặc bơm xuống. CDSU-522 cho phép kết nối một hoặc hai điện cực đo cộng với COM.

Trong bồn nhựa, bê tông hoặc bồn không sử dụng thành bồn làm điện cực chung, có thể dùng ba CNP-18-30 gồm COM, MIN và MAX. Theo sơ đồ Dinel, que COM phải duy trì tiếp xúc với chất lỏng trong vùng điều khiển và vì vậy thường là điện cực dài nhất.

Với bồn kim loại dẫn điện, thành bồn có thể được nối về COM theo sơ đồ phù hợp, từ đó giảm số điện cực riêng. CDSU-522 còn có điều chỉnh độ nhạy 10…250 kΩ; bản CDSU-522-W cho phép điều chỉnh thời gian trễ và có vỏ lắp tường.

Chi tiết sơ đồ điều khiển bơm không triển khai sâu tại bài này để tránh trùng intent. Nếu mục tiêu là thiết kế hệ báo MAX–MIN–COM, xem bài cảm biến mực nước 3 que và nguyên lý điều khiển bơm.

Thông tin tham chiếu hãng: Dinel CDSU-522 – Level Control Relay.

Que đo mực nước Omron và giải pháp thay thế cần kiểm tra gì?

Que đo mực nước Omron là cụm từ người dùng thường tìm khi hệ thống đang sử dụng bộ điều khiển conductive dòng 61F kết hợp electrode holder và các thanh điện cực. Nguyên lý nền tảng vẫn là dùng môi chất dẫn điện để hoàn thành đường dẫn điện giữa các điện cực.

Tuy nhiên, không nên coi CNP-18 là linh kiện thay thế 1:1 chỉ vì cùng dùng nguyên lý conductive. Hệ Omron thường tách controller, electrode holder và electrode thành các thành phần riêng; trong khi CNP-18 là đầu dò ren độc lập có sẵn phần thân cách điện và kết nối cơ khí riêng.

Omron cũng xác nhận hệ conductive điển hình gồm level controller, electrode holder và electrode; các điện cực dùng môi chất để hoàn thành mạch dẫn điện. Vì vậy khi cần thay một hệ que đo mực nước Omron, nên kiểm tra toàn bộ chuỗi chứ không chỉ kích thước thanh inox.

Tham khảo nguyên lý từ hãng tại Omron – Conductive Level Controllers.

Ưu và nhược điểm của que đo mực nước

Khi nào nên bỏ que điện cực để dùng công nghệ khác?

Que đo mực nước không phải lựa chọn tối ưu cho mọi ứng dụng. Nếu chỉ cần phát hiện nước đạt một điểm nhất định thì điện cực conductive có thể rất hiệu quả. Nhưng khi yêu cầu thay đổi, nên cân nhắc một phương pháp khác thay vì cố kéo dài khả năng của que đo.

Nếu môi chất không dẫn điện như dầu hoặc nhiên liệu, cần chọn công nghệ báo mức khác. Nếu bám dính mạnh gây cầu dẫn điện giữa các que, cần đánh giá cảm biến có khả năng xử lý bám dính tốt hơn. Nếu không muốn bất kỳ đầu dò nào tiếp xúc với nước, siêu âm hoặc radar không tiếp xúc sẽ phù hợp hơn.

Nếu hệ thống cần hiển thị mức liên tục theo mm, mét, phần trăm hoặc truyền 4–20mA về hệ thống điều khiển, que đo mực nước dạng điện cực không còn đúng bài toán. Khi đó nên chuyển sang cảm biến thủy tĩnh, radar, siêu âm hoặc cảm biến mức liên tục khác.

Trường hợp vẫn chỉ cần tín hiệu ON/OFF nhưng điều kiện môi chất phức tạp hơn, có thể xem thêm nhóm cảm biến báo đầy báo cạn để so sánh điện cực dẫn điện với điện dung, high-frequency hoặc cảm biến không tiếp xúc.

Cách chọn que đo mực nước đúng ứng dụng

Để chọn nhanh một hệ que đo mực nước, trước tiên xác định môi chất có dẫn điện hay không. Sau đó xác định cần một điểm báo hay hai mức MIN–MAX, kiểu bồn kim loại hay phi kim, vị trí có thể khoan ren và chiều dài từ vị trí lắp đến cao độ cần phát hiện.

Tiếp theo cần đối chiếu nhiệt độ, áp suất, vật liệu điện cực và kiểu kết nối điện. Với CNP-18, lựa chọn `-10` hay `-30` quyết định hình dạng điện cực; lựa chọn N hay F quyết định cáp cố định hoặc đầu nối vít. Phiên bản thanh `-30` còn cần xác định chiều dài E theo mm.

Cuối cùng mới chọn controller. Nếu cần một hoặc hai mức độc lập hay điều khiển LOW–HIGH, CDSU-522 là một lựa chọn tương ứng trong hệ Dinel. Nếu thay hệ que đo mực nước Omron hoặc controller hãng khác, cần kiểm tra độ nhạy và sơ đồ đầu vào thay vì chỉ đấu dây theo màu cũ.

Câu hỏi thường gặp về que đo mực nước

Que đo mực nước có đo liên tục được không?

Không theo cấu hình conductive thông thường. Que điện cực phát hiện chất lỏng đã chạm tới một điểm hay chưa. Muốn có giá trị mức liên tục nên dùng cảm biến thủy tĩnh, radar, siêu âm hoặc phương pháp tương ứng.

Que đo mực nước có phải cảm biến điện dung không?

Không. Que đo mực nước conductive dựa vào khả năng dẫn điện của chất lỏng giữa các điện cực. Cảm biến điện dung hoạt động theo một nguyên lý khác.

Bồn nhựa có dùng que đo mực nước được không?

Có, nhưng cần bố trí điện cực COM riêng vì thành bồn nhựa không thể đóng vai trò điện cực chung. Số điện cực cụ thể phụ thuộc số mức cần phát hiện.

Que COM có phải luôn dài nhất không?

Trong hệ lắp từ trên xuống dùng COM riêng cho điều khiển MIN–MAX, COM thường phải dài nhất để duy trì tiếp xúc với môi chất trong vùng làm việc. Cấu hình cụ thể vẫn phải theo sơ đồ của controller.

CNP-18 có thay trực tiếp que đo mực nước Omron được không?

Không nên kết luận thay trực tiếp nếu chưa kiểm tra. Cần so sánh controller, độ nhạy, kiểu electrode holder, ren lắp, vật liệu, chiều dài điện cực và sơ đồ dây trước khi chuyển đổi.

Người 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