Cảm Biến Áp Suất

Trong bài viết này sẽ có tất cả mọi thứ về cảm biến áp suất mà bạn cần biết.

Nếu bạn là người mới trong lĩnh vực này, tôi sẽ biến bạn thành một chuyên gia về cảm biến áp suất.

Còn nếu bạn là một “ lão làng “trong ngành, một vài thông tin trong bài chia sẻ này cũng có thể sẽ hữu ích cho bạn.

Còn nếu bạn phát hiện chia sẻ của bài viết này có sai sót, mình rất mong nhận được góp ý của các bạn để hoàn thiện kiến thức trong ngành tự động hoá.

Đây là một bài viết tổng thể nhất về cảm biến áp suất cũng như các ứng dụng phổ biến trong công nghiệp.

Nguyên lý của cảm biến áp suất

Trong phần này mình sẽ nói nhiều về cách đo của cảm biến áp suất.

Và sau đó là nhận ra loại cảm biến mà chúng ta đang sử dụng là loại nào nhé.

Cuối cùng là làm sao để chọn sử dụng cảm biến áp suất phù hợp nhất với điều kiện cần sử dụng.

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

Cách đơn giản nhất để hiểu cách thức hoạt động của cảm biến áp suất kiểu áp điện trở chính là nhìn vào cấu tạo & sơ đồ mạch điện .

Rất tiếc rằng phần lớn các hãng đều không công cố công nghệ sử dụng trên cảm biến của họ.

Thành phần “màng của cảm biến” là một bộ phận rất nhỏ nằm bên trong cảm biến nhưng lại đóng vài trò quan trọng trong việc quyết định độ chính xác của cảm biến.

Áp suất chính là lực tác động vào màng của cảm biến áp suất.

Khi có áp lực tác động vào cảm biến thì màng cảm biến bị biến dạng. Sự biến dạng này làm thay đổi giá trị điện trở nằm ngay trên màng cảm biến.

Sự thay đổi của điện trở trên màng cảm biến sẽ tương ứng với tín hiệu ngõ ra của cảm biến.

Chính vì thế mà cảm biến áp suất có màng là các điện trở bên trong được gọi là cảm biến áp suất kiểu áp điện trở.

Cảm biến áp suất giá rẻ thường sử dụng công nghệ này để làm giảm giá thành của sản phẩm.

Cảm biến áp suất kiểu tụ

So với cảm biến áp suất kiểu áp điện trở thì cảm biến áp suất kiểu tụ sẽ có độ nhạy cao hơn & độ chính xác cao hơn.

Sai số càng nhỏ sẽ tương ứng với độ chính xác càng cao. Các cảm biến có độ sai số nhỏ từ 0.1% , 0.065% , 0.04% thường là dùng công nghệ kiểu tụ.

Công nghệ cao hơn, chính xác hơn, đo được nhiều thang đo áp suất nhỏ hơn, đặc biệt hơn … giá thành cũng luôn cao hơn khá nhiều lần so với cảm biến áp suất kiểu điện trở.

Các thương hiệu lớn thường dùng cảm biến áp suất kiểu tụ trên các dòng sản phẩm cao cấp của mình.

Các loại cảm biến áp suất kiểu tụ thường tích hợp màn hình hiển thị để cài đặt thang đo áp suất giúp tín hiệu ngõ ra chính xác hơn.

Màn hình hiển thị này cũng hiển thị được áp suất đo thực tế cũng như tín hiệu ngõ ra thực tế.

Phân loại cảm biến áp suất

Có lẽ bạn sẽ hơi bối rối vì sao có tới 3 loại cảm biến áp suất

– Gauge Pressure ( tương đối )
– Absolute pressure ( tuyệt đối )
– Differential pressure ( chênh áp )
Mỗi một loại cảm biến áp suất tương ứng với một điều kiện sử dụng khác nhau.

Tới đây bạn đừng lầm tưởng là cảm biến áp suất tuyệt đối sẽ đo chính xác hơn cảm biến áp suất tương đối ?

Đừng tự suy đoán nhé !!

Cùng theo dõi tiếp để chọn cảm biến cho chính xác nhất.

Cảm biến áp suất tương đối ( Gauge Pressure )

Chúng ta đang sống và thở tại áp suất 1 atmospheric tương ứng với 1 bar.

Áp suất ngoài trái đất – không gian là áp suất tuyệt đối là 0 bar

Cảm biến áp suất tương đối dựa trên áp suất khí quyển của chúng ta. Tức là khi đặt trong môi trường không khí áp suất hiển thị giá trị là 0 bar.

Dựa vào nguyên lý áp suất tương đối mà chúng ta có thể dùng để đo mức nước trong tank chứa & nhiều ứng dụng khác sẽ được mình đề cập chi tiếp trong bài chia sẻ này.

Cảm biến áp suất tuyệt đối ( absolute pressure )

Một tank kín hút chân không sẽ cho ra áp suất âm hay còn gọi là môi trường chân không.

Sử dụng một cảm biến đo mức bằng áp suất tương đối là không phù hợp.

Cách duy nhất là dùng cảm biến áp suất tuyệt đối để đo mức chất lỏng trong tank.

Về thiết kế – hình dáng – tín hiệu của cảm biến áp suất tuyệt đối và tương đối không hề khác nhau.

Vậy làm sao để biết được con nào là cảm biến tương đối & con nào là cảm biến tuyệt đối ?

Tất cả các cảm biến đo áp suất tuyệt đối đều sẽ ghi chữ “Abs “ ngay phía sau thang đo.

Vd : 0-10 bar abs . Đây là cảm biến đo áp suất tuyệt đối.

Abs là chữ viết tắt của Absolute ( tuyệt đối ).

Tới đây có lẽ mọi người cũng đã có khá nhiều kiến thức về cảm biến áp suất rồi phải không ?

Còn nữa …

Cảm biến chênh áp ( differential Pressure transmitter )

Để đo mức chất lỏng trong tank kín chúng ta phải dùng hai cảm biến áp suất để đo áp suất trên mực nước và áp suất bên dưới mực nước.

Xác định mức nước cần phải so sánh áp suất giữa hai con cảm biến áp suất này để tính ra  được mức nước trong tank kín.

Giải pháp đặt ra là sữ dụng một con chênh áp có hai đầu vào tương tự như hai con cảm biến đo áp suất.

Với chỉ một cảm biến chênh áp chúng ta dể dàng xác định được mức nước trong tank kín cũng như trong tank hở.

Tank hở thì đơn giản hơn nhiều so với tank kín, chỉ cần loại bỏ con cảm biến ở trên thôi là đo được.

Ngoài xác định mực nước trong tank còn có thể dùng cảm biến chênh áp xác định độ dơ của lọc để vệ sinh hoặc thay lọc mới.

Áp suất trước lọc bao giờ cũng lớn hơn áp suất sau lọc. Khi lọc còn mới chưa dính nhiều chất bẩn thì hai giá trị áp suất này gần bằng nhau.

Sau một thời gian sử dụng bụi bẩn sẽ làm lọc bị dơ dẩn tới lưu lượng sau lọc giảm. Điều này tương ứng với áp suất giảm.

Lúc này cảm biến sẽ đo đo được sự chênh áp giữa trước và sau lọc.

Dựa vào giá trị chênh áp trong điều kiện thực tiễn chúng ta xác định được thời điểm thay lọc mới để tăng lưu lượng nước – khí đi qua hệ thống.

 Tín hiệu cảm biến áp suất

Các loại cảm biến đo thường truyền về PLC với các tín hiệu dạng tương tự Analog hoặc Digital để báo trạng thái hoạt động.

Đối với tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất chỉ có duy nhất một loại tín hiệu dạng Analog 4-20mA, 0-10V, 0-5V, 0.5-4.5V

Vậy tín hiệu Analog nào được dùng nhiều nhất ?

Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Cảm biến áp suất 4-20mA

Tín hiệu 4-20mA đi liền với cảm biến áp suất nên còn được gọi là cảm biến áp suất 4-20mA.

Điều này nói lên rằng cảm biến có ngõ ra 4-20mA tương ứng với giá trị áp suất của cảm biến đó.

Vd : Cảm biến áp suất có thông số : Range 0-10 bar , Output : 4-20mA

Điều này có ý nghĩa là : cảm biến đo từ 0 đến 10 bar. Tại 0 bar cảm biến cho ra tín hiệu 4mA, tại 10 bar cho ra 20mA

Một chuẩn tín hiệu khác là tín hiệu 4-20mA Hart cũng truyền tương tự như 4-20mA nhưng có thể đặt bằng chuẩn HART bằng Handheld

Với các cảm biến có chuẩn Hart chúng ta có thể giao tiếp và hiệu chuẩn bằng các thiết bị cầm tay như Handheld để cài đặt vả hiệu chuẩn một cách đơn giản mà không cần bấm các phím trên cảm biến.

Cảm biến áp suất 0-10V

Tín hiệu 0-10V tương tự như 4-20mA chỉ khác tín hiệu 4-20mA là tín hiệu dòng, còn tín hiệu 0-10V là tín hiệu áp.

Do tín hiệu 0-10V dể bị suy giảm khi truyền đi xa nên ít được sử dụng như tín hiệu 4-20mA.

Các PLC của Siemens thì thường tích hợp ngõ vào 0-10V trên main borad nên phù hợp cho các loại cảm biến áp suất 0-10V.

Mình khuyên rằng tốt nhất nên dùng tín hiệu 4-20mA thay cho 0-10V. Tại sao ư ?

Xem tại : tại sao dùng tín hiệu 4-20mA thay cho 0-10V

Công tắc áp suất

Đáng lẽ ra trong bài này mình chỉ nói về cảm biến áp suất nhưng có một thiết bị gọi là công tắc áp suất có nguyên lý hoạt động gần giống như cảm biến.

Nhưng

Tín hiệu ngõ ra là loại Relay để đóng ngắt hệ thống chứ không ra tín hiệu tương tự analog 4-20mA hay 0-10V.

Một đặc điểm của công tắc áp suất là không cần dùng nguồn cấp. Tiếp điểm sẽ đóng khi đạt một gới hạn cài đặt của công tắc.

Ứng dụng cảm biến áp suất

Hiểu được các chức năng của cảm biến áp suất mà không biết cách sử dụng thì thật là một thiếu sót đáng tiếc.

Trong phần này mình sẽ chia ta nhiều ứng dụng khác nhau dùng tới cảm biến áp suất để mọi người hiểu được cảm biến áp suất được sử dụng phổ biến như thế nào.

Cảm biến áp suất nước

Chúng ta dể dàng bắt gặp các cảm biến áp suất trong hệ thống đường ống nước.

Cách đơn giản nhất để đo áp suất trong đường ống là dùng đồng hồ đo áp suất.

Nhưng chỉ hiển thị tại chổ.

Nếu muốn nhìn thấy áp suất đo trên đường ống tại một vị trí nào đó trong nhà máy hoặc truyền về PLC điều khiển.

Cách đơn giản nhất là dùng cảm biến áp suất nước.

Như vậy chúng ta thấy rằng cảm biến áp suất nó quan trọng như thế nào trong hệ thống của chúng ta.

Cảm biến áp suất chất lỏng

Các chất lỏng nói chung được chứa trong các bồn kín hoặc hở còn gọi là tank chứa bằng inox hoặc kim loại.

Để đo được áp suất hoặc đo mức chất lỏng bên trong cần phải chọn đúng thiết bị cũng như có kiến thức chuyên sâu về các phương pháp đo.

Đối với tank hở chúng ta chỉ cần lắp cảm biến bên dưới đáy tank là có thể đo chính xác áp suất hoặc mức nước bên trong tank.

Tuy nhiên

Đối với tank kín việc đo áp suất bên trong rất đơn giản bằng cách lắp cảm biến tại một vị trí nào đó trong tank.

Nhưng để đo mức chất lỏng trong tank kín cần phải chọn được đúng thông số của cảm biến tương ứng với mức chất lỏng cần đo.

Cảm biến áp suất dạng màng

Tại sao phải dùng loại cảm biến áp suất màng ?

Câu hỏi khá hay !!!

Bởi vì

Loại cảm biến áp suất dạng màng có thiết kế và cấu tạo hoàn toàn khác biệt so với cảm biến áp suất thông thường.

Các loại dịch café, nước uống đóng chai, sữa, thực phẩm … liên quan tới tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm *( CIP / SIP ).

Để đo áp suất trong các dây chuyển sản xuất của các chất này bắt buộc phải dùng dạng màng để đảm bảo không chứa vi sinh trong quá trình sản xuất.

Đây là một trong những loại cảm biến áp suất có giá đắc đỏ nhất trong các loại cảm biến đo áp suất.