Các loại công tắc mức điểm: Âm thoa, điện dung, phao

Công tắc mức điểm gồm năm nhóm: âm thoa, điện dung, phao, dẫn nạp RF và quang học. Mỗi nhóm có một dạng hỏng chủ yếu khác nhau; hai nhóm cùng gặp vấn đề do lớp bám phủ. Công tắc mức điểm báo sự hiện diện của môi chất tại một cao độ, thay vì cung cấp giá trị liên tục. Dùng thiết bị này để bảo vệ mức cao-cao, thấp-thấp và bảo vệ bơm trong chất lỏng và chất rắn khô, kết hợp với bộ truyền tín hiệu mức liên tục độc lập.

Phân nhóm công tắc mức điểm theo đại lượng cảm nhận

Công tắc mức điểm được chọn theo đại lượng vật lý thay đổi khi môi chất chạm tới đầu dò. Công tắc âm thoa cảm nhận sự tắt dần dao động của nhánh âm thoa; công tắc điện dung và dẫn nạp RF cảm nhận thay đổi dẫn nạp điện giữa đầu dò và thành bồn; phao cảm nhận lực nổi và làm chuyển động tiếp điểm; công tắc quang học cảm nhận sự khúc xạ tại đầu lăng kính. Phân nhóm như vậy giải thích vì sao cùng một sản phẩm chứa trong bồn có thể kích hoạt thiết kế này nhưng lại không được thiết kế khác phát hiện.

Phía đầu ra giống nhau ở cả năm nhóm: trạng thái rời rạc có chiều tác động an toàn khi hỏng được xác định rõ. Không loại nào cho biết mức đã dâng cao hơn đầu dò bao nhiêu, nên không thể thay thế bộ truyền tín hiệu mức radar liên tục trong quản lý tồn chứa hay điều khiển. Công tắc bổ sung một giới hạn bảo vệ dứt khoát, độc lập: thiết bị mức cao-cao lắp trên dải làm việc sẽ tác động ngắt khi mức tăng, kể cả khi bộ truyền tín hiệu, vòng 4-20 mA hoặc thang đo PLC bị sai. Tính độc lập này mất đi ngay khi công tắc dùng chung cáp, card đầu vào hoặc nguồn điện với thiết bị mà nó bảo vệ dự phòng.

So sánh các dạng hỏng trong cùng một bảng môi chất

Bảng này là ma trận sàng lọc, không phải bảng xếp hạng. Bảng nêu điều kiện giới hạn điển hình của mỗi nhóm và dạng hỏng thường gây báo sai trạng thái nhất. Nếu môi chất vi phạm điều kiện giới hạn, phải loại nhóm đó trước khi xét giá hoặc đấu dây.

Đây là các dải sàng lọc kỹ thuật điển hình, không phải thông số sản phẩm. Xác nhận hằng số điện môi, khối lượng riêng xốp, độ nhớt và nhiệt độ quá trình của môi chất thực tế theo bảng dữ liệu hiện hành và nhãn thiết bị được giao trước khi chấp nhận hoặc loại một nhóm.

Hai cột cuối rất quan trọng: công tắc đặt lại trong khi bồn vẫn quá đầy không đem lại bảo vệ nào. Các loại có thể giữ chốt, như dẫn nạp RF và âm thoa có thể cấu hình, thường được ưu tiên cho nhiệm vụ mức cao-cao; thiết bị quang học hoặc phao không giữ chốt phù hợp bảo vệ bơm khi chủ đích là tự khởi động lại.

Loại trừ một loại theo môi chất và đặc tính bám phủ

Bắt đầu loại trừ từ môi chất. Không thể tin cậy công tắc điện dung với chất lỏng có hằng số điện môi dưới khoảng 2, vì trạng thái ướt và khô trở nên quá gần để phân biệt; nhóm này cũng cần hiệu chuẩn lại mỗi khi thay sản phẩm chứa. Không nên dùng phao trong chất lỏng kết tinh, chứa chất rắn hoặc có độ nhớt vượt khoảng 1 000 mPa·s vì bộ phận chuyển động có thể kẹt. Không chọn công tắc quang học cho ứng dụng đông đặc hoặc kết tinh, vì lăng kính bị phủ sẽ báo có chất lỏng dù thực tế không còn. Âm thoa không phù hợp với bột khô rất nhẹ dưới khoảng 50 kg/m³; lớp bám dày có thể nối cầu các nhánh thành trạng thái ướt thường trực.

Đây là lúc cần từ bỏ phương pháp thay vì tiếp tục tinh chỉnh. Nếu môi chất bám phủ mọi bộ phận tiếp xúc, hoặc cả hằng số điện môi lẫn khối lượng riêng xốp đều thay đổi theo mẻ, thiết bị đo một điểm không thể báo trạng thái đáng tin cậy. Điều chỉnh độ nhạy hay tăng thời gian trễ đều không thay đổi nguyên lý vật lý; dẫn nạp RF chịu lớp bám tốt hơn điện dung thông thường, nhưng lớp dẫn điện vẫn có thể vô hiệu hóa điện cực bảo vệ.

Đặt điểm tác động ngắt theo tốc độ nạp và độ trễ dừng

Công tắc đặt đúng cao độ vẫn không bảo vệ được nếu chất lỏng dâng vượt qua trước khi đầu vào đóng. Ví dụ tính theo giá trị hiện trường giả định (phép tính minh họa, không phải dữ liệu đo tại hiện trường): bồn có diện tích mặt thoáng 4.0 m² nhận lưu lượng 1.2 m³/min, nên tốc độ dâng là (1.2 / 60) / 4.0 = 0.005 m/s, tức 5.0 mm/s. Chuỗi dừng gồm 0.5 s đáp ứng công tắc, 0.3 s quét bộ điều khiển và 3.0 s hành trình van, tổng cộng 3.8 s. Trong khoảng trễ đó, mức dâng 5.0 mm/s * 3.8 s = 19.0 mm.

• Cộng dự phòng cho gợn sóng bề mặt và dung sai lắp đặt; nhân đôi được 38 mm.
• Làm tròn lên và đặt điểm ngắt cao-cao thấp hơn mức tối đa cho phép ít nhất 50 mm. Làm tròn 38 mm lên 50 mm để còn 12 mm cho độ lặp lại tác động và dung sai lắp đặt.
• Tính lại nếu hành trình van kéo dài hơn hoặc lưu lượng vào tăng.

Lưu lượng vào sử dụng phải là giá trị lớn nhất có thể xảy ra một cách hợp lý, và phải đo toàn bộ chuỗi trễ thay vì lấy từ một bảng dữ liệu. Nút thử trên công tắc chỉ kiểm tra phần điện tử; không xác nhận được bộ cách ly an toàn, đầu vào PLC hay van. Phép thử xác nhận chức năng phải làm phần tử chấp hành cuối chuyển động.

Giữ báo động độc lập với bộ truyền tín hiệu liên tục

Tính độc lập là đặc tính điện và vật lý, không phải một nhãn gọi. Công tắc mức cao-cao cần dùng tuyến cáp riêng, đầu vào PLC riêng, bộ cách ly an toàn hoặc bộ cách ly tín hiệu riêng và, khi khả thi, nguồn riêng so với bộ truyền tín hiệu mức radar mà nó bảo vệ. Nếu cả hai dùng chung card đầu vào hoặc hộp đấu nối, một lỗi sẽ làm mất cả số đo lẫn báo động; nguồn 24 V DC chung chỉ có một cầu chì là điểm yếu thường gặp.

Các loại công tắc mức điểm cũng khác nhau ở cách báo lỗi. Thiết bị NAMUR hai dây có thể báo đứt đường dây, còn tiếp điểm rơle đơn giản không phân biệt được hở mạch với bồn khô nếu vòng tín hiệu không được giám sát. Phải quy định rõ chiều tác động an toàn khi hỏng: với nhiệm vụ mức cao-cao, mất điện vòng tín hiệu phải gây tác động ngắt, để cáp bị cắt tạo báo động thay vì im lặng. Trang sản phẩm từng công tắc nêu định mức tải và các đầu ra có sẵn; bài kỹ thuật về logic báo động trình bày việc giữ chốt và chu kỳ thử xác nhận chức năng.

Kiểm tra chi tiết lắp đặt, tải và thử xác nhận chức năng

Đối với công tắc mức điểm, việc lắp đặt quyết định thiết bị được chọn đúng có hoạt động hay không. Căn mặt nhánh âm thoa theo dòng chảy và lắp nghiêng xuống khoảng 20° so với phương ngang khi thiết kế cho phép. Nếu cổ lắp gần điểm nạp, đặt tấm chắn khoảng 200 mm trên âm thoa. Với môi chất nhớt, lắp đứng giúp giảm bám tích tụ. Đầu cáp nên hướng xuống; bộ làm kín quá trình phải được định mức cho toàn bộ áp suất và nhiệt độ, kể cả chân không.

• Đối chiếu định mức tiếp điểm với tải thực tế, kể cả dòng khởi động, trước khi dùng lại đầu ra phao hoặc rơle.
• Xác nhận khoang cổ lắp cho đầu dò chuyển động tự do và có đủ không gian tháo ra.
• Xác minh dải tác động và đặt lại sau vệ sinh, vì lăng kính ướt hoặc nhánh âm thoa bị bám có thể chưa trở về trạng thái khô.
• Ghi trạng thái khi bắt đầu kiểm tra, môi chất thử và đáp ứng của phần tử chấp hành cuối.

Hồ sơ phải thể hiện đồng thời mức, trạng thái công tắc, đầu vào PLC và vị trí van.

Câu hỏi thường gặp

C1. Loại công tắc mức điểm nào phù hợp với chất lỏng dẫn điện gây bám phủ?

Dẫn nạp RF có điện cực bảo vệ chủ động thường là lựa chọn đầu tiên, vì điện cực giảm ảnh hưởng của lớp bám. Âm thoa là lựa chọn thứ hai khi độ nhớt vẫn vừa phải. Nên loại điện dung thông thường vì lớp bám dẫn điện được đọc thành trạng thái ướt thường trực. Đánh giá sự phù hợp của công tắc với nhiều hơn một mẫu.

C2. Công tắc mức điểm có thay bộ truyền tín hiệu mức radar liên tục được không?

Không. Công tắc mức điểm chỉ báo tại một cao độ; không cung cấp được giá trị mức, xu hướng hay lượng tồn chứa như bộ truyền tín hiệu mức radar. Dùng nó làm lớp bảo vệ cao-cao hoặc thấp-thấp độc lập, không phải phép đo chính. Giữ cáp, đầu vào và nguồn riêng để một lỗi không làm mất cả hai.

C3. Công tắc mức cao-cao nên nằm thấp hơn mức tối đa bao nhiêu?

Xác định từ tốc độ nạp tối đa và độ trễ dừng đã đo. Trong ví dụ, 5.0 mm/s trong 3.8 s cho 19.0 mm; nhân đôi để dự phòng gợn sóng và dung sai được 38 mm, làm tròn lên 50 mm. Dùng lưu lượng vào lớn nhất có thể xảy ra một cách hợp lý và đo cả chuỗi từ đáp ứng công tắc đến hành trình van.

C4. Vì sao công tắc điện dung tác động sau khi đổi sản phẩm?

Vì hiệu chuẩn gắn với hằng số điện môi của chất lỏng ban đầu. er thấp hơn làm trạng thái ướt và khô gần nhau, khiến công tắc có thể bỏ sót mức; er cao hơn hoặc lớp bám dẫn điện có thể giữ trạng thái ướt. Xác minh lại sau mọi lần đổi sản phẩm và loại nhóm này khi er giảm dưới khoảng 2.

C5. Báo động mức cao-cao nên giữ chốt hay tự đặt lại?

Để chống nạp tràn, dùng giữ chốt và đặt lại thủ công. Tự đặt lại có thể xóa báo động khi bồn vẫn trên điểm ngắt, làm mất bảo vệ trước khi người vận hành xác nhận trạng thái. Không giữ chốt phù hợp với bảo vệ bơm mức thấp-thấp khi chủ đích là tự khởi động lại. Xác minh cả hai bằng cách tháo dây khi bàn giao.

C6. Phép thử xác nhận chức năng cần chứng minh điều gì?

Toàn bộ chuỗi phải hoạt động: môi chất chạm đầu dò, công tắc đổi trạng thái, bộ cách ly an toàn và đầu vào PLC ghi nhận, rồi phần tử chấp hành cuối chuyển động. Nhấn nút thử chỉ kiểm tra phần điện tử. Ghi mức, trạng thái công tắc, trạng thái đầu vào và vị trí van cùng môi chất thử và ngày thử.

TÓM TẮT

Chọn công tắc mức điểm bằng cách loại trừ: loại một nhóm khi môi chất vi phạm giới hạn điện môi, khối lượng riêng, độ nhớt hoặc bám phủ, rồi kiểm tra logic đặt lại và tính độc lập điện của báo động. Trong ví dụ cao-cao, tốc độ dâng 5.0 mm/s trong độ trễ dừng 3.8 s sử dụng 19.0 mm khoảng dự phòng phía trên, nên khoảng cách điểm ngắt 50 mm là mức tối thiểu có cơ sở. Bước tiếp theo là ghi giới hạn môi chất, cao độ tác động, chiều an toàn khi hỏng và phạm vi thử xác nhận chức năng vào bản vẽ vòng tín hiệu.