Những Lý Do Lựa Chọn Cảm Biến Áp Suất Màng Cho Đo Mức Nước !

Khi còn đang tìm hiểu về cảm biến áp suất, tôi thường khá bối rối khi khách hàng hỏi tôi các loại cảm biến áp suất như : cảm biến áp suất nước, cảm biến áp suất màng hay cảm biến áp suất đo mức nước…

Năm 2011, lần đầu tiên tôi nghe tới thuật ngữ cảm biến áp suất màng. Sếp tôi luôn nói vui rằng cái gì liên quan tới màng đều mắc cả. Thật vậy, sau này khi tôi rất hiểu biết chuyên sâu về các loại cảm biến thì tất cả các cảm biến áp suất hay đo mức dùng màng ( Flush Membrane / Diaphragm SEAL ) đều có giá thành khá đắt đỏ.

Sử dụng cảm biến áp suất màng dùng để đo mức nước có lẽ là một trong những giải pháp tối ưu nhất về đo mức nước trong bồn. Nguyên lý là cảm biến áp suất sẽ đo áp lực nước tác động lên màng của cảm biến từ đó suy ra độ cao của mực nước.

Từ những ngày đầu tiên vào ngành đo lường thì tôi chỉ nhớ 1 bar tương ứng với 10m H20 mà không biết tại sau như vậy. Sau này khi tìm hiểu sâu hơn tôi mới nhân ra tất cả đều có nguyên tắc riêng của nó.

Các thang đo áp suất tiêu chuẩn bạn nên biết :

• 0,1 bar = 100 mbar = 1,02m nước mình sẽ là tròn 1m H20 cho dễ nhớ nhé
• 0,25 bar = 250 mbar = 2,5m nước
• 0,4 bar = 400 mbar = 4m nước
• 0,6 = 600 mbar = 6m nước
• 1 bar = 1000 mbar = 10m nước

Như vậy 1 mbar sẽ tương ứng với 10mm H20. Cảm biến có độ phân giải càng cao thì độ chính xác càng lớn. Điều này có nghĩa rằng nếu bạn cần đo 1m nước thì tốt nhất bạn nên chọn thang đo áp suất là 100 mbar. Nếu bạn chọn 0-1 bar tức 10 mH20 thì lúc này sai số sẽ rất cao do cảm biến chỉ sử dụng 1/10 giá trị thang đo thực tế.

Đây là kinh nghiệm xương máu tôi rút ra được sau từng ấy năm làm nghề. Tôi mong muốn rằng các anh em sau khi đọc được bài này sẽ không mắc sai lầm như tôi.

Có một số bạn sẽ hỏi rằng vậy cảm biến áp suất nào cũng có thể dùng để đo mức nước được đúng hay sai !

Trả lời : Chính xác

Vậy tại sao chúng ta lại phải dùng cảm biến áp suất màng để đo mức nước ? Tôi nghĩ sẽ có nhiều anh em có cùng thắc mắc như tôi. Đúng không nào?

Phân biệt Cảm biến áp suất màng với cảm biến áp suất tiêu chuẩn

Chắc hẵn sẽ có nhiều người bối rối khi biết rằng cảm biến áp suất có ghi màng ( Diaphragm 316L ) mà trên thực tế không thấy cái màng này nằm ở đâu. Chỉ có cảm biến áp suất với dòng chữ flush Diaphragm hay Flush Membrane thì mới thấy thực sự lớp màng này bên ngoài. Vậy sự khác nhau giữa hai loai cảm biến áp suất này là gì ?

Cảm biến áp suất tiêu chuẩn dùng cho nước

Có lẽ cảm biến áp suất tiêu chuẩn là loại khá quen thuộc với anh em. Với thiết kế nhỏ gọn, được lắp trên các đường ống hoặc máy móc có áp suất bên trong. Cảm có 4 đầu dây bên trong nhưng chỉ sử dụng duy nhất 2 dây cho tín hiệu ngõ ra 4-20mA. Đối với tín hiệu Voltage ( V ) thì có 3 dây và một dây PE.

Cảm biến áp suất tiêu chuẩn là loại cảm biến áp suất có kết nối ren trong hoặc ren ngoài & có một lỗ nhỏ thông vào bên trong thân cảm biến. Nếu các bạn có dịp tháo cảm biến áp suất ra thì sẽ thấy rằng bên trong có một màng mỏng kèm bo mạch dính liền khối với nhau.

Với lớp vỏ bên ngoài bảo vệ lớp màng cũng là nơi gá lớp màng và bo mạch giúp cảm biến áp suất có thể chịu được áp suất cao lên tới 600bar, thậm chí 1000 bar. Đây là loại cảm biến áp suất được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp.

Cảm biến áp suất màng

Cảm biến áp suất màng là tên gọi chung chung của người Việt chúng ta khi thấy một lớp màng lộ thiên nằm bên ngoài. Tên tiếng Anh của cảm biến áp suất màng là Pressure Transmitter Flush Diaphragm hay Flush Membrane.

Thay vì áp suất tác động vào bên trong theo lỗ nhỏ dẫn hướng áp suất thì cảm biến áp suất màng sẽ nhận lực tác động trực tiếp từ bên ngoài. Về nguyên lý cả hai loại cảm biến áp suất đều hoạt động như nhau. Vậy tại sao chúng ta phải sử dụng cảm biến áp suất màng với giá thành cao hơn.

Tất nhiên là cái gì cũng sẽ có nguyên do của nó.

Cảm biến áp suất màng thường được dùng trong các ứng dụng yêu cầu về tiêu chuẩn Sạch. Nói chính xác hơn đó chính là tiêu chuẩn dùng cho ngành thực phẩm, dược, ngành bia rượu.

Các cảm biến áp suất lắp đặt trong ngành liên quan tới chuỗi cung ứng con người ăn – uống đều phải đảm bảo an toàn – không nhiễm vi sinh. Vi sinh thường được hình thành và bám vào thiết bị đo lường trong quá trình sản xuất.

Các thiết bị cần có bề mặt nhẵn để vi sinh không thể bám vào & dễ dàng vệ sinh khi kết thúc một chu trình sản xuất. Các thiết bị có bề mặt nhẵn sẽ được làm sạch và khử khuẩn dễ dàng hơn rất nhiều so với các loại có bề mặt nhấp nhô, lồi – lõm …

Đó là lý do các cảm biến áp suất màng sẽ được ưu tiên sử dụng cho các ứng dụng liên quan tới nước sạch, nước tinh khiết, dược phẩm, thực phẩm, bia rượu, nước giải khát … Mình đã từng sai lầm khi nghĩ rằng cảm biến áp suất tiêu chuẩn cũng có lớp màng bên trong  thì không có gì khác biệt.

Các anh em nhiều năm kinh nghiệm trong ngành đã giải thích cho mình rõ cảm biến áp suất phải có lớp màng nằm bên ngoài mới được dùng cho ngành thực phẩm nói chung.

Sự khác biệt giữa cảm biến áp suất nước và cảm biến áp suất đo mức nước

Khi tôi mới bắt đầu với công việc tìm hiểu và tư vấn các thiết bị cho khách hàng, các khái niệm cảm biến áp suất nước hay cảm biến áp suất đo mức nước khá là trừu tượng, khó hiểu bởi nó gần như na ná nhau.

Điểm khác biệt lớn nhất trong ngôn từ người Việt chính là từ vùng miền. Đôi khi miền Nam gọi là cảm biến áp suất nhưng người miền Bắc gọi là cảm biến áp lực. Tương tự như vậy các ứng dụng cũng sẽ được gọi theo thói quen hay cách mà chúng ta sử dụng.

Cảm biến áp suất nước

Khi ai đó hỏi tôi cần một cảm biến áp suất nước & nhờ tôi tư vấn loại nào cho phù hợp. Đa phần các anh chị đều chưa biết cảm biến áp suất nước mình cần sẽ là loại nào. Các thông tin liên quan đến cảm biến áp suất nước chủ yếu đến từ các thiết bị hiện đang sử dụng.

Trường hơp sử dụng cảm biến áp suất cho các ứng dụng mới thì anh chị em đều tra trên mạng. Sau đó sẽ xem nơi nào giới thiệu nhiều ưu điểm hơn và giá rẻ hơn để mua hàng.

Đây cũng là tâm lý chung của đa số mọi người, trong đó có tôi.

Đối với việc cần giám sát áp suất trên các đường ống nước như đường ống nước PCCC, đường ống nước sinh hoạt hay đường ống nước vào các dây chuyền sản xuất thì chúng ta có thể dùng bất kỳ loại cảm biến áp suất nào cũng được.

Bạn không cần phải lo lắng về chủng loại cảm biến áp suất. Điều bạn quan tâm đầu tiên đó chính là cảm biến áp suất có dùng được cho nước hay không ?

Có lẽ các bạn không biết rằng một số cảm biến áp suất chuyên dùng cho HVAC sẽ không dùng được cho nước bởi các loại cảm biến áp suất này có thiết kế bằng nhựa chỉ phù hợp cho các ứng dụng liên quan tới khí ( khô ). Loại cảm biến áp suất này thường được kèm theo

Điều bạn cần quan tâm là áp lực nước trong đường ống là bao nhiêu để chọn thang đo áp suất trên cảm biến cho phù hợp. Bạn cần lưu ý rằng các cảm biến áp suất sẽ có các thang đo tiêu chuẩn như :

• 0-6 bar
• 0-10 bar
• 0-16 bar
• 0-25 bar

Nếu cảm biến có áp suất 0-10 bar Tương ứng với tín hiệu ngõ ra 4-20mA. Tức là 0 bar sẽ tương ứng 4mA khi không có áp lực nước tác động lên cảm biến. Thì lúc 10 bar tương ứng với 20mA.

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến sẽ thay đổi dần dần từ 4-20mA tuyến tính theo áp lực tác động vào cảm biến.

Cảm biến áp suất đo mức nước

Cảm biến áp suất đo mức nước chính là tên gọi của cảm biến áp suất được dùng cho ứng dụng đo độ cao của mức nước trong bồn. Dựa vào áp lực tác động lên màng cảm biến từ đó tính ra độ cao của mức nước. Áp lực càng lớn thì mực nước càng cao và ngược lại.

Sử dụng cảm biến áp suất để đo mức nước là một trong những phương pháp cổ điển nhất & cũng thường dùng nhất.

Cảm biến đo áp suất thủy tĩnh cũng hoạt động dựa vào nguyên lý áp suất. Điểm khác biệt của cảm biến áp suất thủy tĩnh chính là nó dựa vào nguyên tắc chênh áp chứ không phải dựa vào áp suất tác động trực tiếp lên màng cảm biến.

Đa phần chúng ta đều lấy tín hiệu 4-20mA để đưa về PLC và hiển thị áp suất thông qua màn hình HMI. Một cách đơn giản hơn để hiển thị áp suất đó chính là dùng bộ hiển thị áp suất đọc tín hiệu 4-20mA từ cảm biến đo áp suất.

Đồng hồ hiển thị áp suất

Để hiển thị áp suất từ các cảm biến đo áp suất có tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V, phổ biến nhất chính là dùng đồng hồ hiển th5i áp suất hay còn gọi là bộ hiển thị áp suất. Các đồng hồ hiển thị áp suất PHẢI nhận được tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V.  Nó có chức năng quy đổi tín hiệu 4-20mA thành giá trị áp suất để hiển thị trên màn hình.

Một số bộ hiển thị áp suất sẽ có đơn vị đi kèm. Một số khác thì không có đơn vị. Bạn cần phải ngầm hiểu giá trị hiển thị trên màn hình hiển thị là bar hay mbar hay Mpa …

Còn đối với loại có hiển thị đơn vị áp suất. Bạn sẽ biết chính xác áp suất đang dùng là mbar hay bar … nhưng cái giá phải trả tất nhiên là cao hơn so với loại không có đơn vị áp suất.

Bản thân mình thì thích loại nào có thể hiển thị đầy đủ tất cả các thông tin cần thiết nhưng chi phí phải hợp lý & chất lượng phải tốt.

Cảm biến áp suất 4-20mA

Đa phần các cảm biến áp suất đều cho ra tín hiệu 4-20mA. Vậy tại sao lại gọi là cảm biến áp suất 4-20mA.

Cảm biến áp suất còn có 2 loại tín hiệu khác cũng hay gặp phải đó chính là 0-10V và 0,5-4,5V. Đây là hai loại tín hiệu áp hay dùng trong các hệ thống cũ.

Tuy nhiên,

Tín hiệu điện áp 0-10V hay 0,5-4.5V dần dần không được sử dụng trên cảm biến áp suất trong thời đại ngày nay.

Lý do :

Tín hiệu điện áp bị suy giảm khi kéo dây đi xa, điều này làm sai lệch giá trị áp suất truyền về. Với nhược điểm chí mạng này mà tín hiệu Voltage dần dần được thay thế bằng tín hiệu 4-20mA.

Tại sao cần phải hiển thị áp suất

Nếu như bạn nghĩ cảm biến áp suất chỉ truyền tín hiệu 4-20mA về biến tần hoặc PLC thì có lẽ bạn đã nhầm. Rất nhiều anh em cần bộ hiển thị áp suất để hiển thị áp suất tại chỗ. Áp suất hiển thị trực tiếp ngay tủ điều khiển hoặc gần cảm biến áp suất mà không cần qua bất cứ một thiết bị nào khác.

Hiển thị áp suất tại chỗ thông thường dựa vào đồng hồ đo áp suất loại cơ hiện hữu trên đường ống. Ngày nay, việc sử dụng cảm biến áp suất kết hợp với đồng hồ hiển thị áp suất ngày càng được ưa chuộng và thay thế đồng hồ cơ truyền thống.

Sau đây là một số lý do thuyết phục sử dụng bộ hiển thị áp suất :

1. Tính an toàn : một trong những yếu tố hàng đầu của việc giám sát áp suất là đảm bảo an toàn cho hệ thống. Khi áp suất vượt mức giới hạn an toàn thì khả năng xảy ra tai nạn rất cao gây nguy hiểm cho hệ thống, người vận hành. Hiển thị áp suất giúp chúng ta theo dõi được quá trình biến đổi áp suất liên tục cũng như các nguy cơ tiềm ẩn có thể xảy ra.
2. Theo dõi hoạt động của thiết bị liên tục : Khi áp suất hiện hữu trên hệ thống điều đó đồng nghĩa rằng các thiết bị đang hoạt động. Bộ hiển thị áp suất giúp cho người dùng theo dõi hiệu suất làm việc của các thiết bị một cách chính xác.
3. Điều chỉnh và điều khiển áp suất : đối với nhiều quá trình sản xuất công nghiệp. Việc theo dõi áp suất liên tục rất quan trọng để điều chỉnh hoặc điều khiển các tham số quan trọng khác như lưu lượng chất lỏng – chất khí.
4. Cảnh báo áp suất vượt quá giới hạn : đa số các đồng hồ hiển thị áp suất đều có chức năng cảnh báo Alarm hay còn gọi là relay để kích hoạt hệ thống cảnh báo bằng còi hoặc đèn khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép.

Việc cài đặt áp suất thấp hơn hoặc cao hơn ngưỡng làm việc ngay trên màn hình là một trong những ưu điểm vượt bật của bộ hiển thị áp suất.

5. Bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ : hiển thị áp suất trong việc bảo trì – bảo dưỡng thiết bị một cách chính xác giúp cho người vận hành – kỹ thuật sửa chữa nhanh chóng xác định được các sự cố liên quan tới hỏng hóc hệ thống.
6. Độ chính xác : đây có lẽ là yếu tố hàng đầu & quan trọng nhất so với các đồng hồ áp suất truyền thống. Màn hình hiển thị áp suất có thể dễ dàng thay đổi độ phân giải của màn hình hiển thị áp suất một cách đơn giản. Màn hình có thể hiển thị 0,001 giá trị áp suất. Điều này cho chúng ta giá trị đáng giá của màn hình hiển thị áp suất.

Bộ hiển thị áp suất STR551-12ABC-T128

Bản thân tôi đã trãi nghiệm rất nhiều bộ hiển thị áp suất khác nhau. Đơn giản nhất đó chính là các đồng hồ nhiệt có chức năng đọc tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V. Khi đó chúng ta có thể dễ dàng hiển thị giá trị áp suất tương ứng.

Sau này khi có điều kiện tiếp xúc với nhiều thiết bị hơn tôi biết mình đã sai lầm. Bởi một bộ hiển thị áp suất hoàn chỉnh – đầy đủ nó phải hiển thị đúng – đủ giá trị áp suất mà còn phải có đơn vị hiển thị kèm theo.

Bộ hiển thị áp suất STR551-12ABC-T128 là một trong những bộ hiển thị áp suất hoàn hảo mà tôi từng có dịp trãi nghiệm. Tôi muốn chia sẻ cho các bạn một thiết bị tuyệt vời này để tham khảo.

Với các thông số kỹ thuật cơ bản :

• Nguồn cấp: 24..230 V AC / DC ± 15% 50/60 Hz – điện áp cách ly lên đến 2,5KV
• Công suất tiêu thụ: Chỉ 6W
• Hiển thị: Màn hình Oled đơn sắc màu vàng
• Nhiệt độ hoạt động: 0-45 °C
• Độ ẩm hoạt động: 35…95% RH không ngưng tụ
• Kết cấu bằng vật liệu: Polycarbonate V0
• Kích thước: Mặt trước 96×48 mm và thân dài 48 mm
• Trọng lượng: 165 g
• Loại đấu nối bằng terminal và khoá kẹp lò xo

Thông số ngõ vào STR551

• 1 cổng Analog có chức năng tuỳ chọn các loại cảm biến đầu vào, các dạng tín hiệu xử lý, chiết áp…
• 2 cổng số với tín hiệu PNP có thể lập trình được cho các chức năng như: chạy, dừng, giữ, kích hoạt tính hàm tổng, cảnh báo…
• Thời gian lấy mẫu đạt 4.1 ms (cho giá trị tần số từ 4.12 Hz đến 242 Hz)

Thông số ngõ ra STR551

• 2 cổng rơ le chịu tải 2A-250VAC
• 2 cổng analog 0…10V và 0/4…20mA
• 1 cổng phụ trợ chịu tải 24 VDC-30mA hỗ trợ những cảm biến cần nguồn loop power
• Cổng truyền thông RS485 Modbus RTU – Slave

Với nhiều thông số như vậy thì chúng ta có thể làm được gì ?

1. Tùy chọn đơn vị áp suất theo nhu cầu:

STR551 cho chúng ta 4 sự lựa chọn đơn vị áp suất hiển thị trên màn hình : Bar, mBar, psi, Pa. Đối với các cảm biến áp suất thì đơn vị phổ biến nhất chính là Bar và mbar. Trong một số trường hợp tôi còn có thấy đơn Psi được sử dụng.

2. Đọc được cả tín hiệu 4-20mA và 0-10V:

Đối với cảm biến áp suất thì đây là hai tín hiệu tôi thường gặp nhất. Việc bộ hiển thị áp suất ATR551 có thể tùy chọn nhận tín hiệu 4-20mA và 0-10V giúp tôi đơn giản quá trình cài đặt – tiết kiệm thời gian.

3. Đa dạng tín hiệu ngõ ra và truyền thông

Nếu như nói về các loại tín hiệu ngõ ra và truyền thông thì STR551 có thể nói đầy đủ tất cả các chức năng mà bạn cần tới :

• Xuất ngõ ra 4-20mA, 0-10V
• Cảnh báo ngưỡng cao thấp với 2 Relay vị trí độc lập nhau
• Truyền thông Modbus RTU – RS485 tích hợp

Bản thân tôi dùng nhiều nhất chính là sử dụng 2 relay để cảnh báo áp suất khi vượt ngưỡng cao – thấp. Ngoài ra truyền thông modbus RTU giúp chúng ta đọc tất cả các thông tin liên quan tới tín hiệu áp suất đầu vào.

4. Chức năng hiển thị :

Cái mà tôi muốn nhấn mạnh nhất đối với bộ hiển thị áp suất đó chính là chức năng hiển thị với nhiều tùy chọn khác nhau có thể đáp ứng gần như tất cả yêu cầu đặc biệt nhất.

Bạn có thể vừa hiển thị giá suất bằng số digital ngay trên màn hình OLED có độ phân giải cao. Bạn cũng có thể vẽ biểu đồ áp suất thay đổi theo thời gian. Dù màn hình khá nhỏ nhưng qua đó phần nào chúng ta sẽ biết được áp suất tăng hay giảm trong một khoảng thời gian nào đó.

Chức năng mà tôi hay dùng nhất trên bộ hiển thị áp suất STR551 đó chính là vừa hiển thị áp suất vừa hiển thị cột giá trị áp suất. Có nghĩa rằng bạn sẽ biết được áp suất của mình đang là bao nhiêu bar và nó đang ở mức bao nhiêu phần trăm ( % ) của hệ thống. Còn hơn thế nữa, bạn cũng sẽ thấy 2 điểm cảnh báo Relay ngay trên cột phần trăm ( % ) này.

5. Xuất xứ Italy – G7 :

Đối với tôi xuất xứ Châu – Âu và G7 là lựa chọn hàng đầu bởi độ bền, độ chính xác. Tôi đã từ chối rất nhiều cơ hội hợp tác với các hãng lớn từ Hàn Quốc, Đài Loan, Thổ Nhị Kỳ … sau khi trải nghiệm các sản phẩm của họ.

Chính vì thế tất cả các sản phẩm của chúng tôi chỉ có duy nhất hàng Châu Âu hoặc G7 với tiêu chuẩn khắc khe được chúng tôi kiểm nghiệm lâu dài trước khi ký hợp đồng phân phối tại thị trường Việt Nam.

Chúc các bạn thành công !

Tôi – Nguyễn Minh Hòa