Hiện nay trên thị trường, có rất nhiều loại cảm biến áp suất sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tùy vào mỗi ứng dụng mà người dùng đưa ra các tiêu chí và phương pháp để lựa chọn cảm biến áp suất phù hợp. Sau đây, chúng ta sẽ cùng Bảo An tìm hiểu về định nghĩa cảm biến áp suất, cấu tạo của cảm biến áp suất, nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất, ứng dụng của cảm biến áp suất và phương pháp lựa chọn các loại cảm biến đo áp suất cho phù hợp nhất.
1. Định nghĩa cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất hay bộ chuyển đổi áp suất (Pressure Transmitter hoặc Pressure Sensor) là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc các ứng dụng có liên quan đến áp suất. Có rất nhiều ứng dụng cần sử dụng cảm biến áp suất như: đo áp suất đường ống nước; đo áp suất máy nén khí; đo áp suất đường ống dầu; đo áp suất nồi hơi… Tùy vào mục đích sử dụng khác nhau mà sẽ có một loại cảm biến áp suất phù hợp.
Bảo An có rất nhiều loại cảm biến áp suất đến từ nhiều hãng nổi tiếng trên thế giới như: Cảm biến áp suất Autonics, Cảm biến áp suất Omron, Cảm biến áp suất SMC...
Trong đó, một số model bán chạy nhất như:
AUTONICS PSAN-D1CV-Rc1/8 Tham khảo ngay thông số kỹ thuật và giá bán tại đây
AUTONICS TPS20-G3ZF8-00
Hình 1.1 : Cảm biến áp suất.
2. Cấu tạo của cảm biến áp suất
Cấu tạo của cảm biến áp suất gồm 2 phần chính: Phần cảm biến và khối xử lý.
• Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện… về khối xử lý.
• Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA( tín hiệu thường được sử dụng nhất), 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC…
• Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau , có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, trong đó dạng áp điện trở và kiểu điện dung là được sử dụng nhiều nhất
Hình 2.1: Cấu tạo của cảm biến áp suất.
3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất
• Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất cũng gần giống như các loại cảm biến khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo của cảm biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra. Sơ đồ khối cảm biến áp suất Áp suất: nguồn áp suất cần kiểm tra có thể là áp suất khí, hơi, chất lỏng…
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất.
• Theo như hình trên, giả sử khi áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (-) thì lớp màng sẽ căng ngược lại. Tùy theo độ biến dạng của lớp màng mà bộ xử lý bên trong sẽ biết được giá trị áp suất đang là bao nhiêu. Chính nhờ sự thay đổi này tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất là bao nhiêu.
• Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi. Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động. Sau đó các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được nó đã biến dạng bao nhiêu %.
• Từ đó, sẽ xuất ra tín hiệu ngõ ra tương ứng. Các tín hiệu ngõ ra có thể là 4-20ma hoặc 0-10V tương ứng với áp suất ngõ vào.
4. Ứng dụng của cảm biến áp suất
Ứng dụng của cảm biến áp suất rất đa dạng và phổ biến trong các nhà máy công nghiệp.
• Cảm biến áp suất dùng để đo trong hệ thống lò hơi , thường được đo trực tiếp trên lò hơi. Khu vực này cần đo chính xác khá cao & phải chịu nhiệt độ cao.
• Các máy nén khí cũng cần phải đo áp suất để giới hạn áp suất đầu ra, tránh trường hợp quá áp dẫn đến hư hỏng & cháy nổ.
• Trên các trạm bơm nước cũng cần cảm biến áp suất để giám sát áp suất đưa về PLC hoặc biến tần để điều khiển bơm nước.
• Để điều áp hoặc điều khiển áp suất sau van điều khiển thì cảm biến áp suất đóng vai trò rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp áp suất đầu ra sau van điều khiển.
• Trên các xe cẩu thường có các ben thuỷ lực, yêu cầu giám sát các ben thuỷ lực này rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng đến lực kéo của ben. Vì thế họ luôn lắp cảm biến áp suất để giám sát áp suất trên các ben thuỷ lực này.
5.Cách lựa chọn cảm biến áp suất
Hình 5.1 : Thông số lựa chọn cảm biến áp suất.
Sau khi đã tìm hiểu xong khái niệm và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất. Chúng ta sẽ tìm cách chọn cảm biến áp suất như thế nào cho phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng. Trước tiên chúng ta cần phải biết đọc các thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến như:
• Dải đo cảm biến áp suất:
Đây là yếu tố tiên quyết và rất quan trọng đối với việc lựa chọn cảm biến áp suất. Vì nếu chúng ta chọn đúng dải đo áp suất thì độ chính xác sẽ cao hơn. Ví dụ ta cần đo áp suất trong đường ống có áp suất là từ 0 đến 5bar, thì ta chỉ nên chọn cảm biến áp suất có dải đo gần nhất với dải đo cần đo, nghĩa là 0 đến 6 bar hoặc 0-10bar là tốt nhất. Vì nếu chọn dải đo càng lớn, độ sai số sẽ càng cao.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với một số ứng dụng đo áp suất trong các ứng dụng đo áp suất khí, áp suất quạt trong lò hơi, áp suất trong các phòng sạch với áp suất cực kỳ nhỏ, chỉ vài Pascal hoặc kPa. Việc lựa chọn dải đo đối với những môi trường này là phải cực kỳ chính xác.
• Phương pháp lắp đặt, kết nối và bộ phận cần đo áp suất:
Thông thường, cảm biến áp suất sẽ có kết nối kiểu ren với các chuẩn là G1/4”, G1/2” hoặc NPT 1/2, NPT 1/4. Tuy nhiên đối với một số môi trường đặc biệt như là môi trường thực phẩm, ta bắt buộc phải dùng loại kết nối clamp bởi vì đây là tiêu chuẩn bắt buộc khi sử dụng trong môi trường thực phẩm.
• Nhiệt độ môi trường làm việc:
Các loại cảm biến đo áp suất hiện nay trên thị trường đều có nhiệt độ môi trường làm việc tầm khoảng 85 độ C trở lại. Vì thế khi lựa chọn cảm biến áp suất; nếu môi trường cần đo có nhiệt độ cao hơn; ta phải dùng thêm các loại phụ kiện để giảm nhiệt độ cho cảm biến; như ống siphon hoặc các loại cooling giảm nhiệt.
• Môi trường lắp đặt cảm biến:
Khi dùng cảm biến đo áp suất thì môi trường lắp khá quan trọng. Nếu dùng cho nước thông thường thì chỉ cần loại cảm biến có màng ceramic và vật liệu 316L. Nếu dùng cho axit hoặc các chất dễ ăn mòn; ta phải dùng vật liệu màng Hastelloy C hoặc màng bọc PTFE.v
Ngoài ra, đối với một số môi trường đặc biệt như là thực phẩm; ta phải dùng loại cảm biến áp suất màng.
Nếu dùng trong xăng dầu chất dễ cháy; phải cần thêm chứng chỉ chống cháy nổ cho cảm biến; phải dùng được trong Zone 0.
Kết luận: Bài viết trên giúp bạn tìm hiểu rõ hơn cảm biến áp suất, cảm biến áp lực và cách lựa chọn các loại cảm biến áp suất sao cho phù hợp với ứng dụng. Hy vọng, chúng sẽ giúp ích cho công việc của bạn. Mọi thắc mắc xin vui lòng liện hệ vơi Bảo An, chúng tôi sẵn sàng giải đáp và hỗ trợ tư vấn kỹ thuật để bạn lựa chọn các loại cảm biến áp suất chính xác và phù hợp nhất.
