Cảm biến áp suất là gì? Cách chọn mua sensor cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất là thiết bị hiện nay được ứng dụng rất nhiều vào trong sản xuất và trong đời sống. Vậy cảm biến áp suất là gì? Những lưu ý khi sử dụng cảm biến áp suất là gì? Cách chọn mua sensor cảm biến áp suất là gì? Theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu thêm về cảm biến áp suất nhé!

Tìm hiểu khái quát về áp suất là gì?

Áp suất là gì?

Áp suất tên Tiếng anh là Pressure và được viết tắt là P. Chúng là một lực tác dụng lên một bề mặt diện tích được tác dụng thẳng đứng theo một hướng vuông góc.

Cách tính áp suất

Công thức tính áp suất như sau:

P = F/S

Trong đó ta có:

• F là lực tác dụng lên trên bề mặt bị ép;
• S là diện tích tiếp xúc.

Đơn vị của áp suất

Đơn vị của áp suất được tính bằng N/m2 = 1 Pascal (Pa ). Tuy nhiên thì giá trị này rất rất nhỏ tới mức con người chúng ta khó mà cảm nhận được.

Chính vì thế mà trong thực tế ít ai sử dụng đơn vị Pa. Thay vào đó người ta sẽ dùng sang các đơn vị khác lớn hơn & phổ biến hơn ví dụ như : Bar – Kg/cm2 – Kpa – Mpa – Psi – at – atm…

Có khá nhiều đơn vị đo áp suất khác nhau. Nếu như Psi là đơn vị được dùng nhiều tại Mỹ thì Mpa & Kpa lại là đơn vị được dùng nhiều ở Nhật và các nước Châu Á. Còn bar, kg/cm2 lại là đơn vị được sử dụng phổ biến tại Châu Âu.

Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất là một thiết bị dùng để đo áp suất & biến đổi áp suất thành các tín hiệu điện. Tín hiệu được truyền về các bộ hiển thị hay là bộ điều khiển, PLC bằng dây cáp điện. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất là một tín hiệu Analog với các loại tín hiệu như: 0-5V, 0-10V, 2-10V, 4-20mA, 0-20mA…Tuy nhiên hiện nay phổ biến nhất vẫn là loại 4-20mA.

Cảm biến áp suất có nguyên lý hoạt động như thế nào?

Để đo được áp suất chúng ta thường thấy có 02 loại là đồng hồ và cảm biến. Trong đó thì cảm biến được dựa trên nguyên lý chung là: áp suất tuyệt đối, áp suất khí quyển và áp suất chênh áp.

Áp suất tuyệt đối

Áp suất tuyệt đối có tên tiếng anh là Absolute Pressure. Chúng sẽ hoạt động dựa vào nguyên tắc nén 1 bar bên trong cảm biến. Nên khi đặt trong khí quyển thì thiết bị đo sẽ có giá trị là 1 bar hay là 1 atm. Khi tác dụng một lực lên bề mặt sẽ làm cho lớp màng biến dạng. Tuy nhiên thì áp suất không thể thoát ra được.

Áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển hay còn được gọi là áp suất tương đối. Với áp suất khí quyển thì cảm biến sẽ hoạt động dựa vào nguyên tắc so sánh với áp suất không khí. Khi đặt cảm biến ở trong khí quyển thì sẽ hiển thị là 0 bar hay 0 Atm. Thiết bị đo áp suất khí quyển sẽ có một lỗ thông hơi ở bên trong có tác dụng giúp đẩy không khí ra bên ngoài khi có lực tác động lên bề mặt cảm biến.

Lớp màng của cảm biến ban đầu khi chưa có lực tác động sẽ phẳng. Lúc này thì giá trị của cảm biến là 0 bar. Tuy nhiên khi có lực tác động sương thì áp suất sẽ tăng lên 0+ bar. Còn khi có lực hút tác động thì áp suất sẽ giảm từ -0 bar cho tới -1 bar tại giá trị chân không.

Áp suất chênh áp

Nếu như đối với áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển chỉ là sự tác động một chiều của áp lực lên trên bề mặt cảm biến thì đối với áp suất chênh áp là sự so sánh áp suất giữa hai đầu của áp suất. Ta có công thức như sau:

Delta P = P1 – P2

Khi P1 > P2 thì áp suất sẽ dương. Còn ngược lại khi P1< P2 thì áp suất âm.

Cảm biến áp suất có cấu tạo như thế nào?

Bên ngoài cảm biến áp suất thường được làm bằng Inox 304 không gỉ. Chúng có khả năng chống va đập cao. Còn cấu tạo của cảm biến áp suất bao gồm:

• Electric connection: Kết nối điện.
• Amplifier: Bộ khuếch đại tín hiệu.
• Sensor: Màng cảm biến xuất ra tín hiệu.
• Process Connection: Chuẩn kết ren (Ren kết nối vào hệ thống áp suất).

Ngoài ra, chúng ta có thể tìm hiểu về chi tiết cấu tạo của cảm biến áp suất từ Kỹ Sư Cơ Điện Tử Nguyễn Minh Hòa theo phân loại ở bên dưới như sau:

Kết nối cơ khí

Hiện nay có rất nhiều loại kết nối cơ khí khác nhau từ ren, clamp, SMS, mặt bích… Tuy nhiên thì chỉ có kết nối dạng ren được sử dụng phổ biến nhất. Và hiện nay chúng được dùng được trong hầu hết các ứng dụng. Ren kết nối dạng gì thật sự không quá quan trọng miễn sao chúng có thể kết nối được vào vị trí cần đo áp suất.

Cảm biến áp suất 0-10 bar/Sensor Áp Suất

Cảm biến áp suất 0-10 bar có nghĩa là sensor áp suất đo được trong ngưỡng từ 0-10 bar. Sensor áp suất được nằm ở bên trong thân cảm biến. Chúng là một bộ phận đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Chúng quyết định tới chất lượng của cảm biến.

Có bốn loại màng chính được sử dụng cho cảm biến áp suất đó là:

• Màng silicon: Thông thường chỉ được dùng cho các chất khí & chịu được áp lực thấp.
• Màng Inox 316L: Được sử dụng được phổ biến trong hầu hết các môi trường. Tuy nhiên đối với  một số môi trường có tính ăn mòn nhẹ thì chúng hoạt động không được tốt lắm.
• Màng Ceramics: Chúng được sử dụng tương tự như Inox 316L. Tuy nhiên điểm khác nhau là chúng khả năng chịu được các môi trường khắc nghiệt cao hơn kể cả đối với hóa chất ăn mòn nhẹ.
• Màng Inox 316L: Chúng được kết hợp Ceramics. Đặc điểm của loại màng này là chịu được các loại hóa chất ăn mòn ở mức trung bình.

Cảm biến áp suất 4-20mA/Bo mạch cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất 4-20mA là một tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất. Một bo mạch nhỏ nằm bên trong cảm biến sẽ đóng vai trò quyết định quan trọng cho loại tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất. Ngoài tín hiệu analog 4-20mA hay 0-10V thì các loại tín hiệu khác vẫn được dùng trên cảm biến áp suất như:

• Tín hiệu 0-5V.
• Tín hiệu 0.5-4.5V.
• Tín hiệu 0-20ma cũng được sử dụng trước kia.
• Tín hiệu 4-20mA/HART.
• Và loại tín hiệu Modbus được tích hợp gần đây.

Hiện nay thì có tới 90% tín hiệu 4-20mA được sử dụng.

Kết nối điện ngõ ra

Kết nối điện đóng một vai trò không quá quan trọng. Tuy nhiên đòi hỏi chúng phải tương thích với loại dây dẫn của cảm biến thì mới lắp đặt được. Có ba loại kết nối điện cho cảm biến áp suất đó là:

• Kết nối dạng cable gland.
• Kết nối dạng Plug – 4 pin.
• Chuẩn kết nối ISO4400/DIN43650B.

Trong đó thì loại kết nối ISO 4400 được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay.

Cảm biến áp suất nước

Nước đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với hoạt động sản xuất như:

• Nước dùng để làm mát hệ thống chiller.
• Nước được dùng để làm sạch hệ thống máy móc.
• Nước giúp vệ sinh nhà xưởng.
• Nước là một thành phần không thể thiếu của lò hơi.

Hệ thống bơm nước được thiết kế với mục đích đưa nước tới nơi cần sử dụng. Cảm biến áp suất nước đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo áp suất nước đủ mạnh để cung cấp cho sản suất.

Các thang đo áp suất nước thông dụng là: 0-4 bar, 0-6 bar , 0-10 bar, 0-16 bar và 0-25 bar. 

Ứng dụng của cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất nước được dùng để đo áp suất nước trực tiếp từ những trạm bơm. Cảm biến áp suất thuỷ lực dùng để đo áp suất thuỷ lực của các cẩu trục. Ngoài ra thì các cảm biến áp suất khí nén có thể dùng để đo áp lực của máy nén khí .

Đó là các ứng dụng phổ biến mà chúng ta thường thấy của cảm biến áp suất. Ngoài ra thì cảm biến áp suất còn được dùng để đo mức nước ở trong tank chứa nước.

Bộ hiển thị áp suất

Trong việc đo áp suất thì một yêu cầu cơ bản nhất là hiển thị được chính xác giá trị áp suất tại phòng điều khiển. Thông qua màn hình hiển thị áp suất thì chúng ta có thể dễ dàng biết được áp suất tại đường ống là bao nhiêu bar.

Để hiển thị được giá trị của áp suất chúng ta cần có các loại vật tư như sau :

• Cảm biến áp suất.
• Bộ hiển thị áp suất hoặc có thể là bộ điều khiển/PLC…
• Dây tín hiệu kết nối.

Cảm biến áp suất khí

Để quạt hút hoặc quạt thổi đạt được một lưu lượng gió theo mong muốn thì cảm biến áp suất phải đo được mức áp suất thật chính xác. Để tiết kiệm điện năng thì Motor của quạt sẽ được điều khiển bởi biến tần. Lúc này thì cảm biến áp suất điều khiển biến tần bằng tín hiệu là 4-20mA.

Các loại sensor cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất dạng điện trở

Cảm biến áp suất dạng điện trở thường được dùng phổ biến cho các lưu chất nước, dầu, khí nén, hơi nóng… không có những cặn cặn. Tùy theo yêu cầu thực tiễn của khách hàng mà có thể lựa chọn cảm biến áp suất chỉ với tín hiệu analog ngõ ra 4-20Ma/0-5vdc/0-10vdc hoặc là vừa có tín hiệu analog ngõ ra, vừa hiển thị tại chỗ, ngõ ra truyền thông HART…

Cảm biến áp suất dạng màng

Cảm biến áp suất dạng màng thường được sử dụng phổ biến cho các lưu chất có độ nhớt cao, độ ăn mòn, lưu chất có cặn… Tuổi thọ của cảm biến màng khá cao. Và quý khách hàng cũng rất dễ dàng trong việc vệ sinh màng.

Cảm biến áp suất nước

Cảm biến áp suất nước hay còn được gọi là cảm biến áp lực nước. Đây là một dòng cảm biến áp suất được sử dụng khá nhiều hiện nay. Trong các nhà máy như: Nhà máy nước, xi măng, bia, thuốc lá hay nhà máy phân bón… đều dùng loại cảm biến này.

Cảm biến áp suất hơi

Cảm biến áp suất hơi hay còn được gọi là cảm biến áp suất lò hơi. Đây là loại cảm biến được sử dụng để đo áp suất của quạt hút, quạt đẩy của lò hơi. Tùy thuộc vào công suất của nồi hơi mà chúng ta sẽ chọn loại phù hợp. Tuy nhiên thông thường thì ta sẽ chọn giá trị sensor áp suất cao hơn so với áp suất thực tế của lò hơi.

Các loại cảm biến áp suất hơi thường chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là 125⁰C. Nhưng trên thực tế khi đến ngưỡng 110⁰C trở lên thì cảm biến đã xảy ra hiện tượng nhiễu tín hiệu và không ổn định.

Cảm biến áp suất khí nén

Cảm biến áp suất khí nén là một trong những thiết bị được xem là tối ưu nhất trong việc giám sát và cảnh báo tình trạng khí nén (thiếu hoặc dư) một cách chính xác nhất thông qua bộ điều khiển. Cảm biến áp suất khí nén giữ một vai trò quan trọng là đo áp suất của máy nén khí ở từng vị trí để bảo đảm máy nén khí hoạt động đúng yêu cầu. Ngoài ra, cảm biến còn được dùng để đo áp suất trên đường ống khí nén nhằm giúp giám sát từng đường ống khí nén có đủ áp suất hay không.

Cảm biến áp suất chân không

Cảm biến áp suất chân không hay được còn gọi là cảm biến áp suất âm. Đây là một loại cảm biến khác biệt hoàn toàn so với những loại cảm biến áp lực. Chúng khác so với ngõ ra là tín hiệu 4-20mA. Khi không hoạt động thì ngõ ra tín hiệu của cảm biến áp suất chân không sẽ có giá trị cao nhất là 20mA (4-20mA ) hoặc có thể là 10V ( 0-10V).

Cảm biến áp suất dầu thuỷ lực

Cảm biến áp suất dầu thuỷ lực được dùng nhiều và phổ biến trong các ứng dụng có áp lực lớn ví dụ như: các ben thuỷ lực hoặc các máy ép cao su, các piston dầu thuỷ lực, các cẩu trục…

Cách chọn mua sensor cảm biến áp suất

Khi chọn mua sensor cảm biến áp suất bạn cần lưu ý đến một số vấn đề như:

• Ứng dụng cho lưu chất cần đo là gì?
• Áp suất hoạt động bao nhiêu? Áp suất tối đa là bao nhiêu?
• Nên chọn dãy đo có áp suất bằng hoặc cao hơn dãy cần đo. Để cảm biến có độ bền cao thì nên tránh các trường hợp quá áp làm hỏng cảm biến.
• Chọn kiểu kết nối phù hợp với đường ống.
• Sai số của cảm biến đo áp suất cho phép và có khả năng chịu quá áp.
• Lựa chọn loại cảm biến có tín hiệu ngõ ra ở dạng 4-20mA hay 0-10V, 0-5V.

Cách đấu dây cảm biến áp suất

Cách đấu dây cảm biến áp suất 4 dây

Đối với cảm biến áp suất 4 dây thì việc kết nối khá đơn giản. Ta có 2 dây nguồn cấp cho cảm biến và 2 dây là tín hiệu ngõ ra. Điều quan trọng nhất là xác định đúng dây nào là nguồn cấp và dây nào là dây tín hiệu.

Nguồn cấp cho cảm biến thông thường từ 9-32Vdc được in ở ngay trên thân cảm biến. Việc dùng nguồn 12Vdc hay 24Vdc đều được cả vì chúng nằm trong khoản cho phép của cảm biến. Có một lưu ý nhỏ là bạn không được cấp cao hơn nguồn định mức của cảm biến để tránh gây ra hư hỏng.

Cách đấu cảm biến áp suất 3 dây

Sự khác biệt của cảm biến áp suất 3 dây so với cảm biến áp suất 4 dây là thiếu mất một dây Âm (–) hay còn được gọi là dây Mass. Thật ra dây Mass (0V) được nối chung với nhau.

Việc đấu dây cảm biến áp suất 3 dây cũng không quá phức tạp. Ta có 2 dây là nguồn cấp cho cảm biến và dây (+) còn lại sẽ là dây tín hiệu truyền về. Như vậy thì nguồn cấp sẽ là 9 (+) và 11 (–), còn tín hiệu ngõ ra là 12 (+).

Cách đấu cảm biến áp suất 4-20mA – 2 dây

Cảm biến áp suất 2 dây mặc định chân 1 (+) còn chân 2 (–). Bạn chỉ cần cấp nguồn 9-32Vdc vào chân 1 ( + ), còn chân 2 ( – ) chính là ngõ ra Output 4-20mA của cảm biến.

Truyền tín hiệu áp suất về hai nơi khác nhau

Trường hợp: Đo áp suất chính xác cao truyền tín hiệu về hiển thị tại phòng điều khiển và truyền thêm một tín hiệu tới hệ thống PLC .

Chúng ta cần: Đặt hai cảm biến áp suất chính xác cao tại cùng một vị trí.

Giải pháp: Với bộ chia tín hiệu Z170REG-1 thì chúng ta hoàn toàn có thể chia hai tín hiệu 4-20mA về độc lập nhau đưa về PLC một cách dễ dàng và đưa về màn hình hiển thị để giám sát tại chỗ. Giá thành của bộ chia tín hiệu 4-20mA Z170REG-1 cũng khá rẻ so với việc mua một con cảm biến áp suất chính xác cao.

Những lưu ý khi sử dụng cảm biến áp suất là gì?

Quá áp của cảm biến áp suất là gì?

Bất kỳ một loại cảm biến áp suất nào cũng có một giới hạn chịu quá áp. Thông thường thì khả năng quá áp là gấp 2 lần thang đo của cảm biến áp suất. Chúng ta cần chú ý tới 2 thông số như sau:

• Pressure: Thang đo của cảm biến áp suất. VD như: 0-10 bar.
• Max pressure: Khả năng chịu quá áp của cảm biến áp suất . Tại mức 0 – 10bar thì khả năng chịu quá áp là 20 bar.

Sai số của cảm biến áp suất là gì?

Các cảm biến loại thường sẽ có sai số là <1% hoặc 0.5%. Còn đối với các cảm biến áp suất có độ chính xác cao thì sai số sẽ là 0.125% hoặc 0.1%. Ví dụ như loại cảm biến áp suất FKP. Sai số sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến tín hiệu đưa về của cảm biến áp suất.

Môi trường sử dụng cảm biến áp suất là gì?

Khi việc sử dụng cảm biến áp suất thì điều quan trọng nhất bạn nên lưu ý chính là sử dụng đúng môi trường sử dụng của cảm biến áp suất. Bởi có một số loại cảm biến áp suất chỉ sử dụng được ở trong môi trường đo áp suất không khí mà không thể sử dụng được trong môi trường nước hoặc trong các môi trường khác.

Đối với các môi trường hóa chất có tính làm ăn mòn cao thì bạn phải chọn loại cảm biến áp suất phù hợp. Vật liệu màng cảm biến với tiêu chuẩn Inox 316L vẫn có thể bị ăn mòn bởi các hóa chất như axit hoặc môi trường nước thải.

Trên đây là toàn bộ thông tin về cảm biến áp suất là gì mà thietbikythuat muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng bài viết mang tới cho bạn nhiều thông tin bổ ích. Đồng thời giúp bạn biết cách chọn mua sensor cảm biến áp suất phù hợp!