Trong công nghiệp tự động, đo lường là một việc cực kì quan trọng để có thể điều khiển chính xác. Hôm nay mình sẽ nói về một thiết bị được sử khá phổ biến trong công nghiệp, đó là bộ chuyển đổi áp suất.
Trước khi nói về việc cách hoạt động của bộ chuyển đổi áp suất chúng ta phải biết về nó. Nó là thiết bị gì?
Bộ chuyển đổi áp suất là gì?
Bộ chuyển đổi áp suất là một thiết bị chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện đưa về cho các bộ điều khiển xử lý. Bộ này thường được gọi với tên là cảm biến áp suất.
Các thành phần chính trong bộ chuyển đổi áp suất
Có 3 thành phần chính:
- Cảm biến (Sensor)
- Bộ chuyển đổi (Transducer)
- Bộ truyền tín hiệu (Transmitter)
Cảm biến (sensor) là gì?
Cảm biến là một phần tử thực hiện phép đo ban đầu. Cảm biến khí nhận được một sự thay đổi vật lý nào đó nó sẽ cảm nhận được và đưa về một thông số có thể đo đạc được. Cảm biến là một thiết bị tiếp xúc trực tiếp với biến vật lý cần đó cảm nhận được sự thay đổi và cung cấp một tín hiệu đầu ra có thể đo được. Ví dụ cảm biến nhiệt độ cho ra tín hiệu trở có thể đo được. Cảm biến áp suất cho ra áp lực tại một đường ống nhất đinh. Cảm biến là một thành phần không thể thiếu của bộ chuyển đổi áp suất.
Bộ chuyển đổi (Transducer) là gì?
Bộ chuyển đổi là bộ chuyển đổi năng lượng từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác có mối quan hệ đầu vào và đầu ra. Trong đo lường tín hiệu đầu ra thường là tín hiệu điện. ví dụ bộ chuyển đổi từ nhiệt sang tín hiệu điện, bộ chuyển đổi áp suất chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện.
Có một khẳng định khá thú vị. Tất cả cảm biến đều là bộ chuyển đổi nhưng không phải bộ chuyển đổi nào cũng là cảm biến. Ví dụ như cái loa nó có thể chuyển đổi gióng nói thành tín hiệu điện rồi khuếch đại nó. Nhưng nó không thể đo đạc được nên không phải là cảm biến. Bộ chuyển đổi áp suất vừa là cảm biến vừa là bộ chuyển đổi.
Bộ truyền tín hiệu (Transmitter) là gì?
Bộ tuyền tín hiệu là bộ nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu đó thành tín hiệu tiêu chuân 0 – 10V, 4 – 20mA… Bộ truyền tín hiệu là đại diện cho một tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện tiêu chuẩn để có thể đọc và xử lý tại bộ điều khiển. Ví dụ bộ chuyển đổi áp suất sẽ đưa ra tín hiệu 4 – 20mA.
Tại sao chúng ta không đọc trực tiếp tín hiệu điện từ bộ chuyển đổi, bộ chuyển đổi cũng xuất ra tín hiệu điện mà? Một câu hỏi khá thú vị. Bộ chuyển đổi có thể chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện. Nhưng bộ chuyển đổi phải đáp ứng được các quan hệ đầu vào với đầu ra. Điều này có nghĩa là có thể đầu vào lớn đầu ra cực nhỏ hoặc là đầu vào nhỏ đầu ra lại quá lớn. Tín hiệu nhỏ không truyền được đi xa, tín hiệu lớn quá thì khó đọc và xử lý. Vì thế người ta cần bộ truyền tín hiệu đưa về một tín hiệu tiêu chuẩn để thuận tiện cho việc xử lý. Ví dụ bộ điều khiển không thể đọc trực tiếp áp suất nên phải chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện khí chuyển đổi khá nhỏ khoảng vài mmV nên cần bộ transmiter, để chuyển tín hiệu vài mmV thành tín hiệu 1 – 5V tiêu chuẩn. Đối với bộ chuyển đổi áp suất điều này khá là thuận tiện cho việc điều khiển.
Nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi áp suất
Đầu dò của bộ chuyển đổi áp suất sẽ cảm nhận sự thay đổi của áp suất. Đầu dò sẽ xuất ra một tín hiệu đến bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này được đưa đến bộ truyền tín hiệu. Bộ truyền tín hiệu sẽ khuếch đại thành tín hiệu chuẩn 4 – 20mA, 0 -10V… đưa tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển đọc và xử lý tín hiệu đó để điều khiển các van hoặc máy bơm để đạt được hiệu quả cho quá trình sản suất.
Ví dụ mình muốn chuyển đổi từ 0 psi đến 350 psi ứng với 4 – 20mA. Khi đầu dò đo được 0 psi bộ chuyển đổi áp suất sẽ đưa ra tín hiệu 4mA.
Khi đầu do đo được 350 psi bộ chuyển đổi áp suất sẽ xuất tín hiệu 20mA.
Các lưu ý khi sử dụng cảm biến áp suất
Khi sử dụng bộ chuyển đổi áp suất cũng cần một vài lưu ý để tránh hư hại
Dải đo của cảm biến áp suất
Điều đặc biệt lưu ý là dải đo của bộ chuyển đổi áp suất. Nếu dải đo sai dẫn đến đo sai hoặc là làm thủng cảm biến áp suất. Nếu muốn bộ chuyển đổi làm việc hiệu quả cần phải có một dải đo phù hợp.
Ren kết nối
Ren kết nối khá quan trọng. Vì nó liên quan đến việc lắp đặt cho bộ chuyển đổi áp suất. Đồng thời nó chính là đầu dò nên cần phải kín. Để có thể chuyển đổi một cách chính xác nhất.
Dải đo là tuyệt đối hay tương đối.
Bộ chuyển đổi áp suất có 2 loại: tuyệt đối và tương đối. Cảm biến áp suất tuyệt đối lấy áp suất chân không hoàn hảo làm chuẩn đo. Cảm biến áp suất tương đối lấy áp xuất khí quyển làm chuẩn. Việc này khá quan trọng trong các quy trình sản xuất khắt khe. Các ứng dụng liên quan đến áp suất chân không.
Môi trường làm việc
Mỗi bộ chuyển đổi áp suất điều có một mục đích sử dụng khác nhau. Tùy thuộc vào môi trường sẽ có những bộ chuyển đổi khác nhau. Ví dụ trong môi trường có nhiều bụi thì bộ chuyển đổi sẽ phải có những qui chuẩn phòng nổ. Trong môi trường thực phẩm phải đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh, an toàn thực phẩm.
