Cảm biến áp suất nước 4-20mA
![Cảm biến áp suất nước 4-20mA 2 Cảm biến áp suất 0-10 bar](https://thietbikythuat.com.vn/wp-content/uploads/2020/09/Cảm-biến-áp-suất-0-10-bar.png)
Tại sao gọi là cảm biến áp suất nước
Cảm biến áp suất nước được thiết kế để đo áp suất dạng lỏng, đặc biệt là nước. Loại cảm biến áp suất chất lỏng nói chung sẽ có một lớp màng bằng kim loại 316L hoặc gốm ( Ceramic ). Trong khi đó các cảm biến chuyên dùng cho môi chất là khí thì lớp màng có thể là PVC ( nhựa ).
Cảm biến áp suất nước 4-20mA sẽ dùng được cho cả môi chất là khí nhưng ngược lại thì không thể. Đó là lý do tại sao chúng ta cần phải phân biệt cảm biến áp suất nước.
Lý do sử dụng tín hiệu 4-20mA:
Bất kỳ một cảm biến nào cũng cần có một tín hiệu ngõ ra để các thiết bị hiển thị áp suất, bộ điều khiển áp suất, bộ lập trình có thể giải mã được. Đây là tín hiệu điện như: 0-10V, 0-5V, 4-20mA … Tất nhiên tín hiệu 4-20mA được sử dụng rộng rãi.
Tại sao ư ?
Tín hiệu 4-20mA sẽ có các đặc điểm sau:
- Tiết kiệm dây dẫn: Chỉ cần sử dụng hai dây để cấp nguồn và truyền tín hiệu, thay vì ba dây như các chuẩn khác (ví dụ 0-10V, 0-5V).
- Chống nhiễu tốt: Tín hiệu dòng điện 4-20mA ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số so với tín hiệu điện áp.
- Truyền được đi xa: tín hiệu 4-20mA truyền đi xa tới 200m mà không bị suy giảm tín hiệu.
- Tương thích rộng rãi: Được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tự động hóa và điều khiển, tương thích với nhiều thiết bị đầu vào, PLC và bộ điều khiển khác nhau.
- Độ chính xác cao: tín hiệu 4-20mA có độ phân giải cao 4.000 đến 20.000 tương đương 1000 điểm trên 1mA.
Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất nước 4-20mA:
- Cảm biến áp suất sẽ đo áp suất nước và chuyển đổi giá trị áp suất thực tế thành tín hiệu điện áp tỷ lệ thuận.
- Tín hiệu điện áp này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện 4-20mA.
- Dòng điện 4-20mA được truyền đến thiết bị đầu vào hoặc bộ điều khiển.
- Thiết bị đầu vào hoặc bộ điều khiển sẽ giải mã tín hiệu dòng điện 4-20mA thành giá trị áp suất tương ứng.
Ưu điểm:
- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng
- Tiết kiệm chi phí
- Chống nhiễu tốt
- Tương thích rộng rãi
- Độ chính xác cao
Nhược điểm:
- Cần có thiết bị đầu vào hoặc bộ điều khiển tương thích với chuẩn 4-20mA để giải mã tín hiệu.
- Nhiều loại PLC tiêu chuẩn chỉ nhận 0-10V mà không có 4-20mA nên cần phải mua thêm Modul mở rộng.
Ứng dụng:
- Hệ thống cấp nước: Giám sát áp suất nước trong đường ống, bồn chứa, trạm bơm.
- Hệ thống tưới tiêu: Điều khiển hệ thống tưới tiêu tự động, đảm bảo cung cấp lượng nước phù hợp cho cây trồng.
- Hệ thống chữa cháy: Phát hiện và cảnh báo rò rỉ nước, điều khiển hệ thống phun nước chữa cháy.
- Hệ thống HVAC: Giám sát và điều khiển áp suất nước trong hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí.
- Ngành công nghiệp: Đo áp suất nước trong các quy trình sản xuất, chế biến thực phẩm, hóa chất.
Các loại cảm biến áp suất nước 4-20mA
Mặc dù nhu cầu đo áp suất nước khá là đơn giản nhưng lại có khá nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau có thể đáp ứng. Mỗi loại lại có ưu và nhược điểm khác nhau rất rõ ràng.
Cảm biến áp suất nước 4-20mA không hiển thị:
![Cảm biến áp suất nước 4-20mA 3 Cảm biến áp suất nước SR1E005A00 (0-16 bar)](https://thietbikythuat.com.vn/wp-content/uploads/2020/09/Cảm-biến-áp-suất-nước-SR1E005A00-016-bar-scaled.jpg)
Cảm biến áp suất nước 4-20mA không có hiển thị là loại phổ biến nhất và gặp nhiều nhất trong công nghiệp. Loại này thường có dãi đo áp suất cố định tức là không thể thay đổi được. Ví dụ: Cảm biến áp suất nước SR1E005A00 (0-16 bar), tín hiệu ngõ ra 4-20mA, nguồn cấp 8-30V.
- Áp suất làm việc từ 0-16 bar.
- Tín hiệu ngõ ra 4-20mA tương ứng 0 bar = 4mA, 16 bar = 20mA. Tín hiệu tuyến tính tương ứng với áp suất tác động vào cảm biến.
Đặc điểm:
-
- Không có màn hình hiển thị giá trị áp suất trực tiếp.
- Thang đo áp suất cố định.
- Cung cấp tín hiệu điện 4-20mA để truyền tải giá trị áp suất đến thiết bị khác (bộ điều khiển, PLC,…).
- Kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ hơn.
- Phù hợp cho các ứng dụng không cần hiển thị trực tiếp giá trị áp suất.
-
Ví dụ: Lắp đặt trong hệ thống cấp nước, hệ thống tưới tiêu, hệ thống HVAC,…
Cảm biến áp suất nước 4-20mA kèm hiển thị:
![Cảm biến áp suất nước 4-20mA 4 Cảm biến áp suất nước FKP kèm màn hình hiển thị](https://thietbikythuat.com.vn/wp-content/uploads/2020/09/Cảm-biến-áp-suất-nước-FKP-kèm-màn-hình-hiển-thị-scaled.jpg)
Cảm biến áp suất kèm màn hình hiển thị cho phép chúng ta có thể vừa hiển thị giá trị áp suất mà cảm biến đo được vừa dùng để cài đặt dãi đo áp suất. Nói cách khác, cảm biến có thể scales lại giá trị đo áp suất tương ứng với tín hiệu ngõ ra.
Ví dụ: cảm biến áp suất nước FKP có thang đo 0-30 bar tương ứng với tín hiệu ngõ ra 4-20mA. Tức là:
- 0 bar tại 4mA
- 15 bar tại 12mA
- 30 bar tại 20mA
Tuy nhiên, do đặc thù vị trí đo chúng ta chỉ cần giám sát 3 bar. Lúc này chúng ta có thể cài đặt cảm biến áp suất với dải áp suất 0-3 bar tương ứng 4-20mA bằng nút bấm ngay trên màn hình.
Lúc này cảm biến sẽ có thông số:
- 0 bar tại 4mA
- 1.5 bar tại 12mA
- 3 bar tại 20mA
Việc cảm biến áp suất nước có màn hình hiển thị không chỉ giúp ích chúng ta xác định được áp suất thực tế đang đo được mà còn có thể kiểm tra chéo áp suất thực tế với tín hiệu ngõ ra 4-20mA.
-
Đặc điểm:
- Có màn hình hiển thị giá trị áp suất trực tiếp.
- Dễ dàng quan sát và theo dõi giá trị áp suất mà không cần kết nối với thiết bị khác.
- Nút điều chỉnh, cài đặt ngay trên màn hình.
- Kích thước lớn hơn, giá thành cao hơn.
- Phù hợp cho các ứng dụng cần theo dõi trực tiếp giá trị áp suất.
- Giá thành khá cao.
-
Ví dụ: Sử dụng trong phòng thí nghiệm, trạm bơm nước, hệ thống kiểm soát áp suất, máy nén khí…
Cảm biến áp suất nước 4-20mA thủy tĩnh:
![Cảm biến áp suất nước 4-20mA 5 Cảm biến áp suất thủy tĩnh](https://thietbikythuat.com.vn/wp-content/uploads/2020/09/Cảm-biến-áp-suất-thủy-tĩnh-scaled.jpg)
Cảm biến áp suất nước 4-20mA dạng thủy tĩnh được dùng để đo mức nước trong sông, hồ, giếng, thủy điện và cả mực nước biển. Loại cảm biến áp suất này khá đặc biệt là thả chìm hoàn toàn trong nước.
Áp suất sẽ tác động vào màng cảm biến. Lực ép tại màng cảm biến sẽ được quy đổi thành độ sâu của mức nước với công thức:
- 100mm bar = 1m nước
- 1 bar = 10m nước
- 4 bar = 40m nước
Như vậy nếu bạn cần đo mực nước giếng thì bạn cần chọn 4 bar hoặc 40m nước và kèm dây tín hiệu 40m trở lên.
Tín hiệu ngõ ra sẽ là 4-20mA tương ứng với áp suất độ sâu của mức nước. Loại cảm biến áp suất thủy tĩnh không thể thay đổi được dãi đo áp suất. Điều đó có nghĩa rằng bạn cần phải chọn độ sâu mức nước chính xác trước khi đặt hàng.
-
Đặc điểm:
- Đo áp suất dựa trên nguyên lý đo áp suất cột nước.
- Sử dụng màng đàn hồi để cảm nhận áp suất nước.
- Có độ chính xác cao, ổn định.
- Phù hợp đo độ sâu của giếng, sông, hồ, thủy điện …
-
Ví dụ: Đo áp suất nước trong bể chứa, giếng nước, hệ thống phòng cháy chữa cháy …
Ví dụ: cảm biến áp suất thủy tĩnh có mã HLM-25C-I-0100-K12-SHV.
Tương ứng đo 10m nước với tín hiệu ngõ ra 4-20mA.
- 0m = 4mA
- 5m = 12mA
- 10m = 20mA
Khi đầu cảm biến càng nằm sâu dưới mặt nước thì tín hiệu sẽ tăng dần từ 4-20mA tương đương 0-10m nước. Về nguyên tắc thì cảm biến thủy tĩnh hoạt động khá đơn giản.
Như vậy, cảm biến áp suất nước 4-20mA có khá nhiều sự lựa chọn. Mỗi một loại chỉ đáp ứng cho từng ứng dụng cụ thể. Nếu bạn đọc tới đây thì chắc chắn rằng bạn đã biết loại cảm biến áp suất nước 4-20mA nào phù hợp với nhu cầu của mình.
Chúc các bạn thành công !
Kỹ Sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa