Cảm biến áp suất, Cảm Biến Đo Mức Chất Lỏng
Differential Pressure Transmitter – DP Transmitter – Cảm Biến Chênh Áp
Bạn có bao giờ nghe hoặc thấy cụm từ Differential Pressura Transmitter – DP Transmitter chưa? Đây là một thiết bị khá phổ biến trong công nghiệp đấy, bạn cũng có thể gọi nó với cái tên thân thuộc hơn đó là cảm biến chênh áp. Vậy Differential Pressura Transmitter là gì? Bản chất hoạt động của thiết bị này như thế nào? Thì ở bài viết này mình xin giới thiệu đến các bạn những kiến thức về Differential Pressura Transmitter mà mình đã biết được. Hy vọng điều này sẽ giúp ích cho các bạn.
Differential Pressure Transmitter – DP Transmitter là gì?
Differential Pressure Transmitter hay hiểu đơn giản là một thiết bị dùng để đo sự chênh lệch áp suất của hai dòng chảy có áp suất khác nhau trong đường ống hoặc bình chứa. Nhưng tại sao lại là Transmitter mà không phải là Sensor ? Vì Sensor hay còn gọi là cảm biến là một bộ phận của Transmitter. Sensor là thiết bị dùng để đo các đại lượng vật lý. Từ các đại lượng vật lý đó một bộ phận tên là Transducer sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Nhưng nếu bạn muốn tín hiệu điện này được đọc bởi các bộ điều khiển như PLC. Thì tín hiệu cần được khuếch đại lên thành tín hiệu analog 0-10 V hay 4-20 mA. Transmitter sẽ đảm nhận công việc này. Và một lưu ý nữa đó là Sensor chính là Transmitter những Transmitter chưa chắc là Sensor.
Vậy sau khi đã biết được chức năng của Transmitter. Bạn có thể dễ dành biết được Differential Pressure Transmitter có nghĩa là một thiết bị dùng để đo sự chênh lệch áp suất và chuyển đổi sang tín hiệu điện analog.
Thuật ngữ được sử dụng trong ngành để chỉ Differential Pressura Transmitter đó là Delta-P hay DP. Trong đó, D hay Delta có nghĩa là change in sự thay đổi và P là Perssure nghĩa là áp suất. Vì vậy, khi ghép lại với nhau DP có nghĩ là thay thay đổi áp suất. Cho nên bạn sẽ nghe những người trong ngành sẽ nói như là DP sensor hay DP Transmitter.
Áp suất – Pressure
Trước khi đi vào cách hoạt động của DP Transmitter. Chúng ta cùng tìm hiểu về nguyên tắc của áp suất nhé.
Áp suất là một đại lượng vật lý. Được sinh ra do một lực tác dụng lên một bề mặt đơn vị diện tích. Trong trường hợp là chất lỏng hoặc chất khí, khu vực này sẽ là bên trong đường ống, bình chứa hoặc các hộp kín khác.
Do là đại lượng vật lý nên áp suất có thể đo được. Và các đơn vị của áp suất mà có lẽ bạn đã được nghe một lần như là: Pascal, Bar, atm, Torr, psi.
Đối với môi trường công nghiệp, đại lượng bar và psi được sử dụng phổ biến hơn cả. Trong đó, 1 bar sẽ tương đương với áp suất khí quyển nơi mà chúng ta đang sống hay còn gọi là so với mực nước biển. Con đơn vị psi đại diện cho lực 1 pound trên diện tích 1 inch vuông. Đây là đại lượng được sử dụng chủ yếu ở Mỹ.
Đây là những đại lượng được dùng khá nhiều trong môi trường công nghiệp. Hầu hết các nhà sản xuất sẽ hiệu chuẩn các thiết bị của mình theo đơn vị này. Vì thế, cần biết được cách chuyển đổi qua lại giữa các đơn vị để tránh sai sót trong quá trình sản xuất.
Ví dụ:
Mình muốn đổi 6 bar thành đơn vị PSI. Mình dò vào bảng thấy rằng 1 bar = 14.504 PSI. Từ đó mình suy ra 6 (bar) x 14.504 = 87.024 (PSI)
Cấu tạo của một DP Transmitter
Một DP Transmitter đo áp suất trong đường ống sẽ bao gồm 3 bộ phận chính sau
- Bộ phận tạo chênh lệch áp suất (Primary Element)
- Bộ phận đo sự chênh lệch áp suất (Secondary Element)
- Bộ phận điện tử (Electronics Housing)
Nguyên lý làm việc các bộ phận của DP Transmitter
Vậy các bộ phận của DP Transmitter có hình dạng như thế nào? Và có nguyên lý hoạt động ra làm sao? Các bạn cùng mình tìm hiểu và từng bộ phận nhé.
Bộ phận tạo chênh lệch áp suất
Đây là bộ phận để tạo ra sự chênh lệch áp suất trong đường ống. Các dòng khi đi qua đây sẽ bị thay đổi áp suất. Bộ phận này được dùng để thay đổi áp suất đến giá trị mong muốn. Thường được sử dụng phổ biến trong ứng dụng đo lưu lượng dòng chảy chất lỏng. Sẽ có nhiều cấu tạo khác nhau cho bộ phận này các bạn có thể xem bên dưới.
Trong trường hợp bạn chỉ cần đo áp suất ở các đường ống có áp suất khác nhau. Thì bạn không cần dùng đến bộ phận này. Để thực hiện đo bạn chỉ cần dùng ống nối vào 2 ống trên thân thiết bị đến vị trí cần đo sự chênh lệch áp suất. Một bên đánh dấu (+) tương ứng với HIGHT cho áp suất lớn. Và bên còn lại đánh dấu (-) tương ứng với LOW cho áp suất nhỏ.
Bộ phận đo sự chênh lệch áp suất
Đây là bộ phận sẽ thực hiện đo sự thay đổi áp suất một cách chính xác nhất. Tại đây sẽ có một màng chắn kín, sự thay đổi của màn chắn này dùng để đo sự chênh lệch áp suất. Màng này có chứa các điện cực và được đặt giữa hai đường ống dẫn áp suất. Với một bên là ống dẫn áp suất cao (+) và một bên là ống dẫn áp suất thấp (-). Khi có sự chênh lệch áp suất xảy ra sẽ khiến màng bị cong về phía có áp suất thấp hơn. Từ đó tác động lên các điện cực và tạo ra tín hiệu điện.
Các cảm biến như điện dung chênh lệch, dây rung, hoặc đồng hồ đo biến dạng được sử dụng để đo sự thay đổi đó và gửi tín hiệu về bộ phận điện tử.
Bộ phận điện tử
Bộ phận điện tử sẽ nhận tín hiệu đo được. Thực hiện chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu đầu ra thành tín hiệu dòng điện và điện áp. Nhờ vậy, các thiết bị điều khiển đọc được như 4-20 mA, 0-10 V, 0-5 V. Tại bộ phận sẽ được bố trí một màn hình hiển thị giá trị đo được và các nút nhấn để cài đặt cho thiết bị.
Tại đây các tín hiệu điện tử có thể là 4-20 mA, 0-10 V hay 0-5 V. Và tín hiệu này được xem là tuyến tính và tỷ lệ với áp suất thực tế đo được. Ví dụ khi đo áp suất trong khoảng từ 0-100 psi. Tín hiệu thấp nhất 4 mA sẽ tương ứng 0 psi và tín hiệu cao nhất 20 mA tương ứng với 100 psi. Nếu tiếp tục quy đổi thì tại 50 psi tín hiệu đo được là 12 mA.
Mối quan hệ giữa tín hiệu điện và đơn vị đo được như vậy gọi là chia tín hiệu. Bạn cũng có thể đặt lại khoảng đo này theo mong muốn trong bộ điều khiển của thiết bị.
Ứng dụng DP Transmitter
Bằng cách nối ống dẫn áp suất của DP Transmitter đến các vị trí đo áp suất khác nhau. Các bạn có thể sử dụng DP Transmitter cho các mục đích đo mong muốn. Hãy cùng xem thử các ứng dụng của thiết bị này nhé.
Dùng làm đồng hồ đo áp suất
DP Transmitter có thể trở thành cảm biến áp suất một cách dễ dàng để có thể đo áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối.
Đo áp suất tương đối
Để có thể đo được áp suất tương đối hay còn gọi là áp suất dương, áp suất khí quyển với mốc đo bắt đầu từ 1 bar. Các bạn chỉ cần nối ống (+) của DP Transmitter vào bình chứa hay các vị trí cần đo áp suất. Và đầu ống (-) thông với khí quyển ở áp suất bình thường. DP Transmitter sẽ so sánh giữa áp suất trong bình chứa và áp suất khí quyển để đưa ra áp suất tương đối đo được.
Đo áp suất tuyệt đối
DP Transmitter cũng có thể đo áp suất tuyệt đối. Áp suất tuyệt đối được định nghĩa là sự chênh lệch giữa áp suất chất lỏng và áp suất chân không tại 0 bar. Để đo các bạn nối đầu ống (-) của DP với buồng chân không và đầu ống (+) nối với bình chứa cần đo áp suất. DP Transmitter sẽ so sánh giữa áp suất bồn chứa và áp suât chân không và đưa ra áp suất tuyệt đối đo được.
Dùng đo mức chất lỏng
Một trong những ứng dụng lớn nhất của DP Transmitter đó là sử dụng để đo mức chất lỏng trong bồn chứa. Chúng ta biết rằng chất lỏng tạo ra áp suất tỷ lệ với chiều cao (độ sâu) do trọng lượng của chúng. Áp suất tạo ra bởi một cột chất lỏng tỉ lệ với chiều cao (h) và khối lượng riêng của chất lỏng (p), gia tốc trọng trường (g). Những điều đó được thể hiện qua công thức: P=pgh
Từ mối quan hệ trên, các bạn có thể sử dụng cảm biến chênh áp như một thiết bị đo mức chất lỏng. Khi mức chất lỏng trong bình chứa tăng lên, áp suất tác dụng lên đầu ống (+) của cảm biến cũng tăng lên. Tín hiệu được đưa về bộ phận để thực hiện tính toán đưa ra chiều cao của mức chất lỏng qua biến thể của công thức trên: h=(P/pg)
Còn phần đầu ống (-) của DP bạn có thể đấu vào phần trên bình chứa hoặc vào áp suất khí quyển.
Dùng đo lưu lượng chất lỏng
Đây cũng làm một ứng dụng phổ biến không kém ứng dụng đo mức. Bằng cách dùng các bộ phận tạo độ chênh lệch áp suất như mình đã nêu bên trên. Việc này sẽ làm thay đổi dòng chảy bên trong ống. Sự thay đổi của mặt cắt làm cho tốc độ của chất lỏng tăng dần lên và làm áp suất tại đó giảm xuống.
DP Transmitter sẽ đặt đầu ống (+) vào phần ống trước điểm thay đổi mặt cắt và đầu ống (-) vào phần sau. Qua đó đo được áp suất chênh lệch trước và sau khi qua mặt cắt. Phương trình Bernoulli mô tả mối quan hệ giữa vận tốc và áp suất của chât lỏng. Nếu vận tốc tăng lên thì áp suất sẽ giảm xuống. Dựa vào phương trình này cảm biến chênh áp sẽ xác định được vận tốc của chất lỏng. Từ đó suy ra được lưu lượng của dòng chảy.
Dùng kiểm tra tắc nghẽn
Trong nhiều nhà máy công nghiệp, các bạn thường thấy rằng họ sẽ dùng DP Transmitter nối qua các bộ lọc. Việc đấu nối này nhằm để kiểm tra các bộ lọc này có bị bẩn và tắc nghẽn không. Đầu ống (+) của DP đấu nối với đầu ống vào của bộ lọc và đầu ống (-) đấu vào đầu ra. Khi có sự tắc nghẽn ở bộ lọc thì áp suất sẽ tăng lên, qua đó có thể nhanh chóng xử lý.
Lời kết
Vậy là mình vừa trình bày cho các bạn biết về Differential Pressure Transmitter, hay còn gọi là DP Transmitter hoặc cảm biến chênh áp. Hy vọng bài viết này phần nào giải quyết được các thắc mắc của các bạn về DP Transmitter. Cảm ơn các bạn đã theo dõi.
Bài viết liên quan
