Cảm Biến Áp Suất – Tất Tần Tật Về Cảm Biến Áp Suất

;;Cảm biến áp suất hay còn được biết với rất nhiều khác tên như cảm biến áp lực, cảm biết đo áp suất dầu, áp suất nước… Đây là một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống giám sat, đo lường tự động hoá trong nhà máy, xí nghiệp.

Bài viết này Trọng xin chia sẻ đến tất cả các bạn về cảm biến áp suất. Chúng có cầu tạo như nào? Nguyên lý hoạt động ra sao? Chúng được ứng dụng để đo lường những môi trường như thế nào? Và các lưu ý khi lựa chọn thiết bị này. Nào chúng ta cùng đi tím hiểu về chúng nhé!

Cảm biến áp suất là gì ?

Để hiểu rõ hơn về cảm biến áp suất thì chúng ta cùng điêm rqua một chút về khái niệm áp suất và áp lực nhé.

Áp suất là gì ? Áp lực là gì ?

Giá Trị Áp suất hay còn gọi là áp lực. Áp suất là độ lớn của áp lực, được tính trên một đơn vị diện tích bị ép.

p=F/S

trong đó : 

• p (thường) : áp suất 
• F : áp lực 
• S : diện tích

Nếu lực nén F phân bố đều trên bề mặt S. Trong hệ đơn vị SI, Áp suất đo bằng pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m^2.

Đơn vị ngoài hệ của AS là bar, atmotphe, milimét thuỷ ngân (mmHg), kgl/cm2 ,1 bar = 10^5 Pa, 1 atm = 101,325 Pa, 1 mmHg = 133,322 Pa, 1 mm H2O = 9,80665 Pa. Chúng ta có thể tìm hiểu thêm các đơn vị áp suất  khá chi tiết với các cách đổi đơn vị áp suất.

Theo tôi đây là định nghĩa đơn giản và dể hiểu nhất về áp suất .

Cảm biến áp suất là gì ?

Cảm biến áp suất là một loại cảm biến có khả năng đo được sự thay đổi của áp suất tại một vị trí cụ thể. Sự thay đổi áp suất này có thể là từ không ( 0 ) cho tới một giá trị cực đại nào đó.

Nhiệm vụ của cảm biến áp suất là chuyển đổi áp giá trị áp suất thành giá trị dòng điện chính vì thế mà cảm biến áp suất còn được gọi là bộ chuyển đổi áp suất. Áp suất thể hiện độ lớn của áp lực chính vì thế một số người còn gọi cảm biến áp suất là cảm biến áp lực.

Hai khái niệm này là như nhau cùng nói về một thiết bị dùng để đo áp suất và có thể truyền tín hiệu về trung tâm để xử lý tín hiệu một cách chính xác nhất. 

Tóm lại, cảm biến áp suất là thiết bị dùng để đo giá trị áp suất và biến đổi giá trị áp suất đo được thành giá trị điện năng. Các thiết bị điều khiển sẽ đọc giá trị điện năng này và điều khiển các cơ cấu chấp hành.

Cấu tạo cảm biến áp suất

Hầu hết các dòng cảm biến đo áp suất đều có cấu tạo gồm các thành phần chính như sau. Tôi sẽ lấy một hình minh hoạ các thành phần bên trong của chúng để các bạn dễ dàng hình dùng nhé. Chúng có 4 thành phần chính để cấu thành một cảm biến hoàn chỉnh đó là:

Màng cảm biến:

Màng này được làm từ vật liệu kim loại kết hợp với các thành phần sợi sứ tạo nên một kết cấu rất bên vũng. Màng này chúng có rất nhiều điện cực với độ nhay cao. Giúp chúng dễ dàng nhận biết được sự thay đổi áp lực bên ngoài tác động lên chúng.

Thân cảm biến:

Đây là bộ phận rất quan trọng, chúng đóng vai trò như đầu não cảu cảm biến đo áp suất. Phần thân này bao gồm hai thành phần đó là lớp vỏ bảo vệ bên ngoài và mạch điện tử xử lý đo đạc tín hiệu. Vỏ bảo vệ bên ngoài thông thường được làm từ các loại vật liệu bằng inox 304 hoặc 316 chúng giúp bảo vệ ccas linh kiện điện tử bên trong cảm biến.

Bộ xử lý tín hiệu:

Còn phần bên trong của thân cảm biến đo chính là bộ xử lý và chuyển đổi dữ liệu. Chúng có chức năng ghi lại sự biến đổi của lớp màng cảm biến rồi chuyển tín hiệu này sang dạng điện với địa lượng đó là 4-20mA hoặc 0-10v. Phần dây dẫn tín hiệu điện để kết nối với cac bộ điều khiển hoặc các bộ hiển thị trung tâm. Thông thường chúng gồm 2 dây và được bọc trong một lớp chống nhiễu.

Ren kết nối:

Dùng để gắn cảm biến vào môi trường cần đo. Chúng thường là ren G1/4 hoặc G1/2 đối với những loại cảm biến thông thường. Còn đối với loại cảm biến mà có thể thay đổi dãy đo tích hợp thêm màn hình đo thì chúng thường ghép nối với bồn bàng mặt bích.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý của cảm biến áp suất được thể hiện qua hình vẽ dưới đây. Có rất nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau có trên thị trường nhưng chung quy lại chúng đều dựa trên một nguyên lý đo như sau:

Ở đầu do mỗi cảm biến áp suất chúng dều có một lớp màng. Đây là phần rất quan trọng chúng được làm từ thép không rỉ và silicon. Chính vì kết cấu này nên chúng khá bền và có độ đàn hồi cao. Khi áp suất của môi trường thay đổi thì lớp màng này căng và chùng theo sự thay đổi của áp suất.

Và bên trong cảm biến có một vi xử lý ghi lại qua trình căng và chùng lại. Dựa vào độ căng của lớp màng bộ vi xử lý sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điện dưới dạng 4-20mA hoặc 0-10v.

Các loại cảm biến áp suất

Có khá nhiều loại cảm biến khác nhau tuỳ theo ứng dụng và cấu tạo :

• Nếu phân chia theo công năng của cảm biến áp suất thì chúng ta có hai loại cảm biến áp suất : cảm biến đo áp suất tuyệt đối và cảm biến đo áp suất tương đối.
• Nếu phân chia theo nguyên lý đo thì chúng ta có hai loại đo áp suất : cảm biến đo áp suất và cảm biến đo chênh áp.
• Phân theo môi trường đo thì có loại cảm biến áp suất màng và loại cảm biến áp suất không màng

Cảm biến áp suất chân không (tuyệt đối)

Cảm biến đo áp suất tuyệt đối rất hiếm khi sử dụng bởi áp suất của chúng ta trên trái đất là 1 atm ( atmosphere ). Áp suất tuyệt đối chính là tính luôn cả giá trị áp suất của khí quyển. Như vậy,cảm biến áp suất tuyệt đối sẽ bắt đầu bằng 1 bar khi để trong không khí.

Tôi ví dụ : Cảm biến áp suất tuyệt đối 0-3 bar sẽ đo gía trị của áp suất tuyệt đối từ 0 bar cho tới 3 bar. Điều này có nghĩa là “khi để ngoài không khí cảm biến áp suất sẽ đo được giá trị là 1 bar tương ứng với 9.33mA “. Khi hút áp suất xuống giá trị -1 bar trong thực tế thì cảm biến áp suất có giá trị 0 bar. Tín hiệu của cảm biến đo áp tuyệt đối sẽ có giá trị 4mA. Tương tự khi chúng ta đẩy áp suất lên 2 bar thì cảm biến sẽ đo được 3 bar vì nó bắt đầu từ 0 bar tuyệt đối và 2 bar tăng thêm.

Cảm biến áp suất tương đối

Khác với cảm biến đo áp suất tuyệt đối thì cam bien ap suat tương đối sẽ đo giá trị áp suất từ 1 atm tương đương với áp suất khí quyển trở lên. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến sẽ được thay đổi do sự biến thiên thực tế của cảm biến.

Khác với cảm biến đo áp suất tuyệt đối thì cam bien ap suat tương đối sẽ đo giá trị áp suất từ 1 atm tương đương với áp suất khí quyển trở lên. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến sẽ được thay đổi do sự biến thiên thực tế của cảm biến.

Đối với cảm biến dùng để đo áp suất tương đối; thì không có một dấu hiệu nào nhận biết nó là tương đối bởi hầu như 95% các cảm biến dùng đo áp suất là tương đối. Nên các nhà sản xuất sẽ mặc định các cảm biến sẽ là tương đối; nếu có ghi chú thì chỉ ghi chú cho cảm biến đo áp suất tuyệt đối.

Cảm biến chênh áp

Cảm biến chênh áp chính là sự kết hợp của của hai cảm biến áp suất. Giá trị chênh áp chính là ” Hiệu “của hai cảm biến áp suất.

Vd : hai cảm biến áp suất A và B đo tại hai vị trí khác nhau . Chúng ta cần biết cảm biến A lớn hơn cảm biến B bao nhiêu Bar thì phải dùng tới PLC; hay bộ đọc để lấy tín hiệu từ cảm biến A trừ tín hiệu cảm biến B ( A-B ). Trường hợp này chúng ta chỉ cần một cảm biến chênh áp là để thay thế cho hai cảm biến áp suất A và cảm biến áp suất B.

Một trong các ứng dụng dùng cảm biến áp suất dạng chênh áp là để phát hiện mức chênh áp trước và sau lọc. Sau một thời gian hoạt động các chất lỏng sẽ có cặn hoặc không khí trong đường ống có .

Các lọc sẽ được lắp vào đường ống để làm sạch chất lỏng hoặc không khí nhưng sau một thời gian các lọc này sẽ bị bẩn làm giảm lưu lượng đi qua dẩn tới giảm công suất của hệ thống.

Cảm biến chênh áp được thiết kế dựa trên đo áp suất với hai đầu vào dùng để đo áp suất trước và sau lọc để biết được giá trị chênh áp.Từ đây, chúng ta sẽ xác định được lọc cần vệ sinh hay thay đổi lọc mới.

Cảm biến áp suất thả chìm

Để đo mức nước giếng , nước sông , nước trong bể chứa dạng hở thì chúng ta có một giải pháp là dùng một loại cảm biến áp suất thả chìm. Cảm biến sẽ được thả chìm trong khu vực có nước cần đo & cảm biến phải đặt tiêu chuẩn IP68 để không làm hư cảm biến.

Hydrotatics level – cảm biến đo áp suất thuỷ tĩnh còn được gọi với một tên gọi khác là cảm biến đo mức thả chìm được dùng để đo mức nước có độ sâu cao với giá thành thấp.

Ưu điểm của cảm biến đo mức thả chìm có thể đo mức nước lên tới 100m với độ chính xác cao bởi nguyên lý đo theo nguyên lý chênh áp với áp suất bề mặt chất lỏng.

Cảm biến thuỷ tĩnh được xem là một cảm biến mực nước thực thụ khác hẳn với các loại cảm biến khác. Tuỳ điều kiện thực tế chúng ta có thể tham khảo loại này để giảm chi phí vì cảm biến thả chìm có giá khá thấp so với các loại khác.

Cảm biến áp suất màng

Đây là loại cảm biến được ứng dụng đo cho các môi trường dung dịch có nồng độ axit cao, nhiệt độ cao. Để mình so sánh cho ccas bạn thấy việc có màng nó lợi hại như thế nào.

Đối với môi trường có độ ăn mòn cao, khi cmar biến tiếp xúc trực tiếp với môi trường này thì sau một thời gian lớp màng của cảm biến sẽ bị ăn mòn dần và đến một lúc nào đo chũng sẽ hư.

Chính vì vậy để ứng dụng cho các môi trường có tính chất ăn mòn đặc biệt như này thì các kỹ sư đã thiết kế ra loại cảm biến có màng bảo vệ. Màng này như là một thiết bị trung gian bảo vệ đầu dò cảm biến với môi trường nhưng chũng vẫn đảm bảo được dộ chính xác khi đo.

Khi áp suất môi trường thay đổi chũng sẽ tạo mộ áp lực lên màng bảo về và màng bảo vệ này mới tác động lên đầu dò của cmar biến. Chứ không như loại thông thường đó là môi trường tác động trực tiếp vô đầu dò cảm biến.

Ứng dụng cảm biến áp suất

Những ứng dụng liên quan đến cmar biến áp suất có rất nhiều. Chúng được lắp đặt trong mọi hệ thống công nghiệp khác nhau. Chúng bao gồm các loại như sau:

Cảm biến áp suất lốp

Đây vừa là một thiết bị điện tử được thiết kế để giám sát áp suất bên trong lốp xe, vừa là phụ kiện công nghệ ô tô, cũng là thiết bị đo lường kỹ thuật cần thiết, có sự đột phá về thiết kế và công năng trong vài năm trở lại đây.

Nếu áp suất trong lốp xe thay đổi đột ngột, cao/thấp hơn so với mức lý tưởng, các cảm biến sẽ đưa ra cảnh báo thông qua tín hiệu âm thanh, hình ảnh để chủ xe có phương án khắc phục kịp thời.
Nhiều nhà sản xuất xe sang trên thế giới hiện nay đều trang bị van cảm biến áp suất lốp cho sản phẩm của mình như một hệ thống cảnh báo an toàn tiêu chuẩn. Đối với những mẫu xe bình dân, tài xế có thể dễ dàng trang bị bộ cảm biến áp suất lốp gắn trong hoặc gắn ngoài với mức chi phí hợp lý và kỹ thuật đơn giản.

Cảm biến áp suất nước

Đây là dòng cảm biến được ứng dụng khá nhiều. chúng thường dùng để đo áp lực nước trong các bồn chứa, thùng chứa, hoặc trong các đường ống dẫn nước sạch. Nhằn kiểm soát được áp suất bên trong của bồn nước.

Tùy vào ứng dụng và nhu cầu thực tế mình chọn cảm biến áp suất nước, bộ cảm biến áp lực nước, cảm biến áp lực khí nén phù hợp vừa đáp ứng được yêu cầu đo đạc, kỹ thuật cũng như giá rẻ, cạnh tranh.

Cảm biến áp suất đường ống nước được ứng dụng phổ biến trong việc giám sát áp suất. Tại môi trường đo đạc bao gồm hoạt động của bơm bằng ứng dụng điều khiển biến tần. Trong hệ cung cấp nước, xử lý nước thải, chữa cháy, hệ thống đường nước lạnh, đường áp gas, khí nén… và rất nhiều ứng dụng khác nữa.

Bằng giám sát suất nước giúp vận hành theo yêu cầu, chức năng của hệ thống. Cảnh báo khi có sự thay đổi áp suất nước đưa tín hiệu về bộ điều khiển tại chỗ hoặc trung tâm để xử lý, nhằm khắc phục sự cố sớm nhất.

Cảm biến áp suất khí nén

Đây chính là thiết bị sử dụng để đo áp lực đầu ra của khí nén trong hệ thống máy nén khí ở từng khu vực. Điều này đảm bảo áp suất khí luôn trong giới hạn cho phép.

Bên cạnh nhiệm vụ đo áp suất ở trong máy nén khí, cảm biến áp suất khí nén còn có nhiệm vụ đo áp suất trên đường ống khí nén. Điều này giúp giám sát từng đường ống khí nén, đảm bảo đủ áp suất làm việc hay không.

Giúp giám sát áp suất của máy nén khí thường dùng cảm biến áp suất, công tắc áp suất với đồng hồ áp suất. Trong số đó thì áp suất sử dụng để đóng ngắt và cảnh báo áp suất khi chúng quá cao. Cảm biến với đồng hồ áp suất để giảm sát áp suất liên tục.

Tuy nhiên, đồng hồ áp suất chỉ hiển thị giá trị của áp suất đang đo được còn cảm biến có thể đưa tín hiệu về trung tâm mà không cần hiển thị. Vì thế mà đồng hồ áp và cảm biến áp suất khí nén thường được thiết kế cùng nhau trên đường ống hay khu vực để so sánh và giám sát lẫn nhau.

Cảm biến áp suất Dầu – Xăng – Nhiên liệu

Đây là môi trường khá đặc biêt. Môi trường này thì hầu hiết các dòng cảm biến cần phải có tiêu chuẩn chống cháy nổi thì mới sử dụng được.

Khu vực xăng dầu, hầm mỏ, khai khác khí tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ cao đòi hỏi các thiết bị đo lường phải có tiêu chuẩn phòng nổ tại vị trí lắp đặt của thiết bị. Cảm biến áp suất phòng nổ là một trong những thiết bị được dùng để đo áp suất xăng dầu theo tiêu chuẩn Atex Ex ia / Ex d.

Cảm biến áp suất thuỷ lực

Hầu hết trong công nghiệp hay các lĩnh vực khác như xây dựng, thi công, khai thác…Chúng ta đều cần phải sử dụng đến các thiết bị, máy móc có khả năng hoạt chịu tải trọng cũng như nâng hạ khối lượng lớn.

Một trong số đó có thể kể đến như các loại ben thủy lực được tích hợp trong các xe nâng, máy xúc, trục cẩu giúp nâng hạ vật lên đến vài chục hoặc vài trăm tấn. Và dĩ nhiên việc giám sát khả năng hoạt động của chúng có bị quá tải hay không; để tránh xảy ra tai nạn thì chúng ta phải dùng đến cảm biến đo áp suất dầu.

Các dòng cảm biến áp suất dầu có thang đo tương đối lớn. chúng có thể lên đên 600bar đối với các trục benz thuỷ lực, các piston dầu hoặc các cẩu trục.

Đo áp suất lò hơi

Lò hơi là một trong nhưng môi trường khá khắc nhiệt. Bởi vì nhiệt độ và áp suất trong lò hơi tương đối cao có thể lên đến vài trắm độ. Để phụ vụ việc đo lường và giám sát bên trong lò hơi thì cảm biến đo cẩn phải đmả bảo được những yếu tố nhiệt độ chịu đựng tối đa, áp suất tối đa.

Để tín hiệu đo dược ổn định và có độ chính xác cao thì các dòng cảm biến dùng cho lò hơi cần phải là loại có màng, hoặc kèm theo ống siphong giảm nhiệt.  Áp suất trong lò hơi tùy thuộc vào công suất của lò hơi mà ta sẽ chọn loại phù hợp; thông thường ta sẽ chọn giá trị cảm biến áp suất cao hơn áp suất thực tế của lò hơi.

Cách lựa chọn cảm biến áp suất

Lứa chọn cảm biế luôn là những vẫn đề rất đáng quan tâm đối với mọi người tiểu dùng. Để lưuaj chọn được chính xác loại cảm biến áp suất mà mình cần thì lưu ý những vấn đề sau.

Môi trường đo là gì ?

Môi trường đo này ảnh hưởng trực tiếp đối với thiết bị đo cảm biến. Chúng sẽ quyết định đến việc đo có chính xác hay không và tuổi thọ hoạt động có bền hay không.

Vơi môi trường đo có nồng độ axit cao dễ gây ăn mòn; thì ta lưu ý nên sử dụng những thiết bị cảmbiến có màng bảo vệ. Hoặc đối với môi trường có có năng dễ gây cháy nổ; cần phải dùng lại cảm biến có tiêu chuẩn chống cháy nổ phù hợp.

Thang đo là bao nhiêu ?

Thang đo thông thường sẽ được cãng hãng đo quy đinh theo một tiêu chuẩn riêng. Và chuẩn này được ứng dụng hều hết cho loại cảm biến. Các thang đo thông dụng như:

• 0… 1Bar
• 0… 1.6 Bar
• 0… 2.5 Bar
• 0… 4 Bar
• 0… 6 Bar
• 0… 10 Bar
• 0… 25 Bar
• 0… 60 Bar
• …
• 0….600 Bar

Đối với những loại thang đo đặc biệt; mà hãng không có loại đó thì chúng ta nên sử dụng; các loại cảm biến có thể thay đổi được thang đo. Hoặc trong qua trình làm việc thang đo các bạn muốn thay đổi liên tục; thì cũng nên sử dụng loại cmar biến áp suất thay đổi thang đo này nhé.

Tín hiệu ngõ ra là gì ?

Tín hiệu ngõ ra cũng là một trong những lưu ý đáng quan tâm. Thông thường các tín hiệu ngõ ra cảm biến sẽ là tín hiệu dòng điện và điện áp analog:

• 0… 10Vdc
• 4…20mA
• 5…4.5 mA

Với các tín hiệu này chúng ta có thể dẽ dàng đứa chúng về bộ điều khiển PLC để thực hiện diều khiển; giám sát đốim tượng đo.

Có màn hình hiển thị hay không ?

Màn hình hiển thị hay bộ hiển thị sẽ giúp các bạn biết được giá trị áp suất ngay tại chỗ; hoặc có thể lắp màn hình rời vào tủ điện thuận tiện cho việc quan sát. Đối với màn hình thì có rất nhiều opstion khác nhau.

Có những loại thiết kế ra gắn ở ngay trên đâu ra cảm biến; không những hiển thị mà chúng còn như một loại công tắc. Khi áp suất môi trường đo vượt quá giá trị cho phép; thì màn hình này sẽ xuất tín hiệu relay để thực hiện điều khiển.

Giá cảm biến áp suất

Giám của cảm biến cung thay đổi theo từng loại. Với những loại môi trường đặc biệt chúng có thể có giá lên đến vào chục triệu một thiết bị. Các bạn có thể tham khảo bảng giá dưới đây để cân nhắc lựa chọn nhé!

Các dòng cảm biến này hiện nay bên mình đều cung cấp nhé cáp bạn. Cảm biến được nhập từ Pháp – Hãng Georgin; một trong những thương hiệu hàng đầu của Châu Âu về lĩnh vực đo lường áp suất. Bạn nào có nhu cầu hãy liên hệ với mình; để được tư vấn giải pháp miễn phí và báo giá tốt nhất.

Kết luận

Trên đây là tất cả các các kiến thức liên quan đến cảm biến áp suất. Hi vong bài viết này giúp các bạn có thêm kiến thức mới; đê xử lý vấn đề cho doanh nghiệp của bạn. Chúc các bạn thành công!

Bài viết tham khảo: Cảm Biến áp suất Nước

 

Liên hệ

Kỹ sư cơ điện tử – Mr Trọng

Mobi/Zalo: 0975 116 329

Mail: trongle@huphaco.vn