Các nhà máy sử dụng rất nhiều cảm biến áp suất để đo áp suất & đo mức chất lỏng với nhiều ứng dụng khác nhau . Nhưng chúng ta ít ai thắc mắc rằng nguyên lý cảm biến áp suất hoạt động như thế nào .
Hôm nay tôi sẽ chia sẻ chi tiết nguyên lý cảm biến áp suất cho mọi người có cái nhìn chi tiết hơn về cảm biến áp suất của chúng ta .
Cách tính lực tác động tạo nên áp suất
Công thức tính áp suất
Đơn vị đo áp suất được tính bằng Pa ( Pascal ) , tuy nhiên giá trị Pa rất nhỏ nên thông thường sẽ được qui đổi thành Kpa =1000Pa = 10 mbar …
Mô phỏng lực tác động lên bề mặt phẳng
1 Pa = N/m2 được tính bằng lực tác động của môi chất lên bề mặt diện tích
Công thức và định nghĩa thì rất dài dòng và khó hiểu . Chúng ta có thể hiểu đơn giản rằng áp suất được tính bằng một lực tác động lên một bề mặt nào đó .
Đơn vị nhỏ nhất của áp suất thường được dùng là Pascal , với các lực lớn hơn chúng ta phải chuyển đổi đơn vị khác cho dể sử dụng như : Kpa , Mpa , bar , mbar , psi …
Nguyên lý cảm biến áp suất thường
Tất cả các cảm biến áp suất đều hoạt động dựa vào nguyên lý trên để tính lực tác động . Chúng ta xem ví dụ về áp suất đo áp lực trên đường ống .
Trước tiên chúng ta xem cảm biến áp suất có hình dạng như thế nào trước nhé .
Cảm biến áp suất phổ biến trên thị trường
Chúng ta quá quen thuộc với cảm biến áp suất ở trên dùng để đo nước , nước thải , hóa chất , khí nén , bơm nước …. Chúng ta cùng tìm hiểu cấu tạo & nguyên lý cảm biến áp suất thông thường phổ biến trên thị trường này nhé .
Cảm biến áp suất nước trong thực tế
Cảm biến áp suất dùng để đo áp lực nước được chúng ta sử dụng rất nhiều trong các nhà máy chúng ta lấy ứng dụng này để xem nguyên lý cảm biến áp suất .
Nơi tiếp xúc giữa nước và cảm biến là một lớp màng mỏng đó chính là khu vực quan trọng nhất của cảm biến . Lớp màng này thường được làm bằng vật liệu Ceramic hoặc 316L tùy theo từng hãng sản xuất .
Cấu tạo của cảm biến áp suất
Khi phóng to bên trong cấu tạo của cảm biến áp suất chúng ta chỉ thấy một lớp màng mỏng với các vi mạch điện tử .
Khi chưa có lực tác động màng cảm biến áp suất là một mặt phẳng . Lúc này cảm biến có giá trị là 0 bar đối với cảm biến áp suất tương đối ( Gauge Pressure Transmitter ) .
Để hiểu rõ hơn chúng ta xem hình ảnh ở một góc chiếu khác khi cảm biến áp suất chưa có lực tác động vào cảm biến .
Sau khi có lực tác động thì màng cảm biến sẽ biến thiên theo các hình bên dưới .
Khi có lực tác động thì lớp màng của cảm biến sẽ bị biến dạng , chính sự biến dạng của màng cảm biến áp suất sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện để chúng ta biết được áp lực tác động lên cảm biến là bao nhiêu .
Hình mô phỏng màng cảm biến khi có lực tác động
Lớp màng này biến thiên cũng chính là áp suất thay đổi nên tôi gọi lớp màng này là lớp màng cảm biến lực để phân biệt với cảm biến áp suất màng .
Tất cả các loại cảm biến áp suất thông thường đều hoạt động trên nguyên lý trên . Tuy nhiên trong thực tế để đo các môi chất có độ kết dính hoặc theo tiêu chuẩn CIP , SIP trong ngành dược, bia , sữa thì môi chất không được tiếp xúc trực tiếp với cảm biến . Chính vì thế mà cảm biến áp suất màng ra đời để phục vục cho các yêu cầu khắc khe này .
Nguyên lý cảm biến áp suất màng hoạt động như thế nào ?
Cảm biến áp suất màng Clamp
Vậy đối với cảm biến áp suất dạng màng thì nguyên lý cảm biến áp suất hoạt động như thế nào ? Vì cảm biến áp suất màng không có lổ dẩn áp suất như cảm biến áp suất thông thường mà chỉ có một lớp màng bên ngoài .
Với chuẩn kết nối màng Clamp DN38 1 1/2″ có đường kính ngoài là 50.5mm và đường kính lớp màng là 32mm . Lớp màng này thường làm bằng vật liệu 316L hoặc các vật liệu cao cấp hơn như Hasteloy C, Tantalum , Titan … Chúng ta cùng xem cấu tạo mặt cắt của cảm biến áp suất màng .
Cấu tạo cảm biến áp suất màng
Bên trong lớp màng là một loại dung để truyền áp lực lên các vi mạch cảm biến . Dung dịch này thường là Silicone , Food oil hoặc dung dịch khác tùy từng yêu cầu sử dụng .
Cảm biến áp suất màng khi chưa có lực tác dụng
Đối với cảm biến áp suất màng thì thật ra có tới hai lớp màng : một lớp màng bên ngoài tiếp xúc với môi chất và một lớp màng cảm biến lực bên trong để cảm nhận độ biến thiên của lực .
Khi có lực tác dụng lên cảm biến áp suất màng
Khi có áp suất thì lớp màng sẽ bị nén lại theo chiều mũi tên đẩy dung dịch silicone đi lên . Chính lớp silicone này tác động trực tiếp lên màng cảm biến lực .
Về cấu tạo thì cảm biến áp suất màng có khác so với cảm biến áp suất thông thường nhưng trên nguyên tắc thì hai loại cảm biến này đều phải có một lớp màng cảm biến lực để nhận áp lực trực tiếp hoặc gián tiếp .
Với các hình ảnh chi tiết về nguyen ly cam bien ap suat hoạt động tôi mong rằng sẽ giúp ích cho mọi người đang tìm hiểu về cảm biến áp suất .
Bài viết chắc chắn sẽ có nhiều sai sót tôi rất mong nhận được các ý kiến của mọi người khi đọc chi sẻ của mình . Hãy Comment nếu bạn thấy còn sai sót hoặc cảm thấy bài viết hữu ích & like – Share cho mọi người biết thông tin hữu ích này .
Chính sự tương tác của mọi người là động lực để tôi chia sẻ các kiến thức cho mọi người . Chúc mọi người thành công !
Kỹ Sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa
