Cảm biến áp suất điện tử là gì | Phân loại các loại cảm biến áp suất điện tử công nghiệp

Cảm Biến Áp Suất Điện Tử được dùng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao. Hiển thị được giá trị áp suất; cũng như việc cài đặt giá trị áp suất một cách dễ dàng chính là những điểm mạnh của cảm biến áp suất điện tử.

Được trang bị các tiêu chuẩn công nghệ cao cấp hơn so với các loại cảm biến áp suất 4-20mA không có khả năng hiển thị giá trị áp suất trên cảm biến, chính vì thế mà giá của cam bien ap suat dien tu cao hơn rất nhiều so với cảm biến áp suất không hiển thị hay còn gọi là cảm biến áp suất mù.

Cảm biến áp suất điện tử thường được dùng trong các nhà máy điện, nhà máy thực phẩm, bia rượu cũng như trong dầu khí. Đối với các nhà máy có tiêu chuẩn cao thường có tiêu chuẩn chống bụi và chống cháy nổ đi kèm.

Hiện nay, đối với loại cảm biến áp suất điện tử sẽ có rất nhiều loại.  Bên cạnh kiến thức về các loại cảm biến, thì các bạn cũng nên hiểu thêm về các dãy áp suất dưới đây.

• Gauge Pressure: Áp suất dư
• Vaccuum Pressure: Áp suất chân không
• Absolute Pressure: Áp suất tuyệt đối 
• Atmospheric Pressure: Áp suất khí quyển (Áp suất tiêu chuẩn)

Cảm biến áp suất chân không điện tử

Trong tiếng anh, loại cảm biến trên hay được dùng là Vaccum Pressure Sensor.

Cảm biến áp suất chân không là cảm biến dùng để đo áp suất ở môi trường chân không. Đây là môi trường mà hầu hết mọi vật chất được hút ra ngoài. Từ đó dẫn đến sẽ hình thành môi trường áp suất thấp hơn áp suất mặt nước biển.

Môi trường áp suất tại mặt nước biển thường sẽ được cho là áp suất tiêu chuẩn trong lĩnh vực vật lý hay địa chất. Người ta sẽ mặc định rằng giá trị môi trường áp suất ở đây sẽ cho là 0 (bar, atm…)

Vì vậy, khi hình thanh môi trường áp suất chân không.  Giá trị áp suất của nó sẽ cho ra kết quả thấp hơn áp suất so với mặt nước biển. Nên nhớ rằng, áp suất của môi trường chân không sẽ có giá trị lớn nhất là -1 (bar).

Trong các phòng thí nghiệm, đơn vị dùng của áp suất chân không thường là mmH2O hoặc là mmHg. Để có thể đổi đơn vị qua lại thì có thể dùng bảng chuyển đổi đơn vị.

Đối với cảm biến áp suất chân không, chúng sẽ được phân chia thành hai dạng:

• Cảm biến áp suất chân không điện tử không hiển thị.
• Cảm biến áp suất chân không điện tử có hiển thị.

Dạng cảm biến áp suất chân không điện tử không hiển thị. Đây là loại cảm biến áp suất sẽ có giải đo mặc định là -1 đến 0 (bar). Và tín hiệu ngõ ra mặc định cho loại này là 4-20mA.

Khác hoàn toàn so với cảm biến áp suất chân không điện tử không hiển thị. Loại cảm biến này vừa dùng để hiển thị và vừa dùng để thay đổi giá trị đo giữa áp suất chân không hoặc áp suất dư.

Ngoài ra, loại cảm biến áp suất chân không điện tử có hiển thị này sẽ dễ dàng thay đổi đơn vị đo thông qua màn hình. Tóm lại, việc dùng loại cảm biến này chỉ phù hợp ở những môi trường quan trọng và đặc thù.

Nguyên lý hoạt động

Xu hướng lực tác dụng trong môi trường chân không thường hướng về trung tâm của một khối thể tích bất kỳ nào đó. Hiểu dễ thì nó sẽ làm “bóp méo”, “co” hình dạng bên ngoài của vật liệu lại với nhau.

Dễ hình dung nó sẽ giống như những chiếc mút hút bụi hoặc máy hút chân không thực phẩm. Có phải rằng nó sẽ hút các tờ nilong lại với nhau, làm chúng bị co ép.

Vậy, dựa vào những hiện tượng trên. Người ta thiết kế cảm biến áp suất chân không điện tử để đo cho môi trường này. Bên trong bộ phận cảm biến, sẽ có một miếng màng “nhạy cảm”.

Miếng màng này sẽ dùng đo áp suất chân không từ các loại máy hút chân không. Tức là, miếng màng khi rung động nó sẽ đồng thời truyền tín hiệu và sau đó cho tín hiệu tương tự 4-20mA.

Sự biến dạng của miếng màng do áp suất chân không hình thành, bạn có thể hình dung nó như một cái “gương cầu lồi”. Tuy nhiên, miếng màng này nó khá là mỏng và nhạy.

Bình thường, khi chưa hình thành áp suất chân không. Miếng màng này sẽ ở vị trí “phẳng”. Khi có sự hình thành áp suất chân không, miếng màng sẽ bắt đầu “lồi ra” như sự mô tả trên.

Thông số cảm biến áp suất

• Hiển thị LCD với 5 Digital
• Nguồn cấp: 24 VDC.
• Độ chính xác cao với sai số lên đến 0,1%
• Điều chỉnh được dải đo tuỳ ý bất kỳ dải đo nào trong phạm vi đo lường của cảm biến
• Phạm vi giải đo áp suất: -1 đến 100 (bar).
• Thời gian đáp ứng nhanh hơn so với cảm biến áp suất mù
• Tiêu chuẩn chống cháy nổ cho môi trường Gas/ Dust: ATEX – IECEX.
• Vật liệu cảm biến làm bằng Inox 316L option: tantalum, hastelloy C, monel, gold coat …
• Dạng ren kết nối: 1/2 -14 NPT, ¼ – 18 NPT, G1/2A…
• Output 4-20mA HART
• Thông báo giá trị sai: Under scale (3,2- 4mA); Over scale (20-22,5 mA).
• Đo môi trường: Liquid, Gas và Vapour
• Chất lỏng hay dùng đo áp suất: Flourinated/Silicon oil…
• Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 90 độ C.

Ưu và nhược điểm của cảm biến

Về ưu điểm

• Có màn hình hiển thị. Tùy ý điều chỉnh giải đo áp suất và đơn vị.
• Có phòng chống cháy nổ. Nên phù hợp dùng đo áp suất cho nhiều loại lưu chất dễ cháy nổ
• Tín hiệu 4-20mA, phù hợp kết nối nhiều loại thiết bị công nghiệp…
• Dạng ren kết nối tiêu chuẩn.
• Vật liệu bằng thép không rỉ, tiện thể lắp đặt ngoài trời.
• Độ chính xác tương đối cao.

Về nhược điểm

• Các loại cảm biến trên ít dùng.
• Dễ đặt hàng nhưng thời gian giao hàng lâu.
• Giá trị cảm biến cao hơn các loại cảm biến chân không bình thường
• Lắp đặt cảm biến khá là phức tạp. Cần kỹ sư lành nghề, kinh nghiệm. Đồng thời còn hiểu biết nối dây điện.

Ứng dụng cảm biến áp suất chân không điện tử

Cảm biến áp suất chân không điện tử thường dùng để đo áp suất chân không trong các môi trường sau:

• Xử lý hóa học
• Bảo quản khô lạnh
• Rò rỉ khí heli
• Phát hiện, khử trùng
• Các sản phẩm đèn, chiếu sáng và laser. Ống tia âm cực (CRT)
• Kính hiển vi điện tử
• Vật lý năng lượng cao
• Sự lắng đọng quang học, chức năng và tăng cường plasma
• Bơm chân không cơ khí
• Khối phổ kế
• Quy trình luyện kim

Bài viết tham khảo ứng dụng: Đồng hồ đo áp suất chân không điện từ

Cảm biến áp suất chân không tuyệt đối điện tử

Trong tiếng anh, nó thường được biết với cái tên: Absolute Pressure Sensor.

Cảm biến áp suất chân không tuyệt đối điện tử là loại cảm biến dùng để đo áp suất. Có điểm mốc áp suất từ “Chân không tuyệt đối” và giá trị áp suất là 0 bar. Thay vì các loại áp suất thông thường có điểm mốc tại “Áp suất khí quyển”.

Đối với giá trị của áp suất chân không tuyệt đối, nó sẽ bằng tổng của áp suất khí quyển cộng với áp suất dư. Dựa vào quy tắc phép tính đơn giản này, mà cảm biến áp suất sẽ hiển thị trên màn hình.

Áp suất chân không tuyệt đối được định nghĩa là một môi trường sẽ bao gồm môi trường áp suất âm và áp suất dư. Khi ở môi trường tối đa của áp suất âm thì giá trị của nó sẽ là 0 (bar, atm…). Còn khi giá trị hiển thị trên màn hình 2 bar. Tức là áp suất dư là 1 bar (Đây là áp suất thực trong bình chứa kín…)

Khi dùng cảm biến áp suất chân không tuyệt đối đo tại các bình chứa kín. Nếu như, mọi không khí trong bình được “hút hết”. Thì giá trị trên màn hỉnh của cảm biến sẽ cho bằng 0.

Cho đến khi, áp suất được tăng lên đến giá trị là 1(bar). Thì chúng hiểu rằng, môi trường áp suất trong bình kín đấy sẽ bằng môi trường áp suất bên ngoài và xung quanh chúng ta.

Kể từ khi áp suất tăng thành 2 hoặc 3 (bar)…Bấy giờ, chúng ta sẽ hiểu rằng áp suất hơn áp suất xung quang chúng ta là 1 bar (2 bar…)

Nguyên lý hoạt động

Nhìn chung, các loại cảm biến áp suất điện tử đều có một nguyên lý hoạt động tương đồng với nhau. Chúng vẫn sẽ dùng một lớp miếng màng mỏng để dùng cảm nhận áp suất.

Những miếng màng mỏng này khi bị biến dạng. Chúng sẽ làm thay đổi giá trị điện dung. Từ đó tín hiệu ngõ ra 4-20mA sẽ thay đổi theo. Vậy đối với loại cảm biến áp suất chân không tuyệt đối điện tử nó sẽ hoạt động thế nào?

Về cơ bản, môi trường áp suất chân không và môi trường áp suất dư này sẽ tác dụng lên bộ phận “miếng màng”. Miếng màng này sẽ được thiết kế bằng các tấm Silicon… Khi áp suất làm thay đổi hay biến miếng màng. Miếng màng sẽ truyền tín hiệu và được phân tích tín hiệu này ở bộ phận xử lý tín hiệu.

Từ đó sẽ cho chúng ta giá trị tương tự là 4-20mA hoặc 0-10V dựa vào thang đo mà chúng ta đang đo.

Thông số cảm biến áp suất

• Nguồn điện: 24V
• Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA, Hart digital signal.
• Phạm vi giải đo áp suất: 0 – 30 bar (Mốc tính từ áp suất chân không tuyệt đối)
• Độ chính cao, lên đến 0,1% hoặc 0,2%.
• Màn hình hiển thị 5 Digit LCD
• Tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ ATEX – IECEx
• Thông báo giá trị sai: Under scale (3,2- 4mA); Over scale (20-22,5 mA).
• Ren kết nối: ½ – 14 NPT
• Vật liệu: thép không rỉ 316L, PVDF, Hastelloy-C, Wetted sensor body, Vent / drain…
• Nhiệt độ đo của môi trường: -40 đến 90 độ C.
• Có thể tùy ý chỉnh giải đo áp suất, Calib thông qua màn hình hiển thị.
• Thời gian phản hồi tín hiệu nhanh: 0,08s
• Dùng để đo cho các môi trường: Liquid, gas hoặc vapour.
• Phù hợp đo áp suất cho chất lỏng: Silicone oil

Ưu và nhược diểm cảm biến

Về ưu điểm

• Có hiển thị giá trị đo. Ngoài ra chúng ta có thể dễ dàng Calib hay thay đổi thông số bằng màn hình hiển thị
• Dùng để đo áp suất ở những khu vực quan trọng hoặc phòng chống cháy nổ
• Độ chính xác của cảm biến tương đối cao.
• Cảm biến được làm bằng các vật liệu cứng cáp và chống rỉ.
• Dùng để đo áp suất kể cả những khu vực có nhiều bụi hoặc ngoài trời.

Về nhược điểm

• Các loại cảm biến trên ít dùng.
• Dễ đặt hàng nhưng thời gian giao hàng lâu.
• Giá trị cảm biến cao hơn các loại cảm biến bình thường.
• Lắp đặt cảm biến khá là phức tạp. Cần kỹ sư lành nghề, kinh nghiệm. Đồng thời còn hiểu biết nối dây điện

Ứng dụng cảm biến áp suất chân không tuyệt đối điện tử

Ngày nay cảm biến áp suất chân không tuyệt đối điện tử này hay được sử dụng trong các lĩnh vực sau:

• Cảm biến áp suất chân không này hay được sử dụng để đo áp suất khí quyển tại các trạm thời tiết.
• Đối với các phương tiện di chuyển chạy bằng xăng và dầu Diesel. Sử dụng cảm biến để đo áp suất trong ống động cơ. Tuy nhiên, loại cảm biến cho loại này là MPA sensor.
• Trong ngành thực phẩm, dùng cảm biến áp suất này để đo áp suất bao nhiêu là phù hợp vừa để cho việc bảo quản thực phẩm…

Cảm biến chênh áp điện tử

Cảm biến chênh áp điện tử thường được biết đến với cái tên là Differential Pressure Sensor.

“Chênh áp” là một thuật ngữ đùng để áp chỉ cho sự chênh lệch áp suất giữa hai vị trí hoặc hai môi trường áp suất khác nhau. Và cảm biến chênh áp điện tử dùng để thông báo áp suất giữa hai vị trí A và B là bao nhiêu.

Hai vị trí A và B này sẽ lần lượt được gọi là Low-side pressure và High-side pressure. Hiểu đơn giản là vị trí áp suất thấp và vị trí áp suất cao.     

Bài viết tham khảo về cảm biến chênh áp: Cảm biến đo mức chất lỏng Oxygen (O2) dành cho công nghiệp

Nguyên lý hoạt động

Đối với cảm biến chênh áp, việc đo lường sự chênh áp sẽ được so sánh tại hai màng riêng biệt. Và miếng màng này cũng sẽ hoạt động giống như nguyên lý của các loại cảm biến áp suất trên.

Tuy nhiên, kết quả giá trị từ hai miếng màng này sẽ tạo ra sự chênh lệch. Sự chênh lệch này dùng để thông báo cho chúng ta biết được áp suất giữa hai vị trí khác nhau là bao nhiêu.

Về nguyên tắc vật lý. Chúng ta có thể hiểu rằng đơn giản rằng, sự chênh lệch áp suất giữa hai vị trí là bằng hiệu giữa hai vị trí áp suất đấy. Nhà vật lý học Bernoulli đã kiểm nghiệm và đưa ra công thức sự chênh lệch áp suất động giữa hai vị trí đó là như thế nào.

Nhờ quy tắc của nhà bác học Bernoulli này, mà ngày nay các loại cảm biến chênh áp suất điện tử được thiết kế dựa theo nguyên tắc của ông thời bấy giờ.

Thông số cảm biến áp suất

• Nguồn cấp: 24 VDC
• Tín hiệu ngõ ra: 4-20mA, Hart digital signal
• Độ chính xác lên đến 0,04% đến 0,065%.
• Phạm vi giải đo áp suất: từ 1 đến 200 (bar)
• Màn hình hiển thị 5 Digits LCD.
• Tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ ATEX – IECEx
• Thông báo giá trị sai: Under scale (3,2- 4mA); Over scale (20-22,5 mA).
• Nhiệt độ đo của môi trường: -40 đến 90 độ C.
• Ren kết nối: ¼” -18 NPT
• Vật liệu làm nên cảm biến: SS 316L (160 bar max), SS 660-M10 (<160 bar), SS 660-M12 (>160 bar)
• Dùng cho các môi trường: Liquid, gas và Vapour.
• Phù hợp với môi trường chất lỏng: Silicone oil, Flourinated oil, Oxygen…
• Thời gian phản hồi tín hiệu 0,8s.

Ưu và nhược điểm của cảm biến

Về ưu điểm

• Nhìn chung, cảm biến này hiển thị được giá trị đo. Và nó còn cho phép bạn thay đổi thông số cũng như đơn vị đo.
• Tín hiệu ngõ ra của các loại này thường 4-20mA.
• Vật liệu chống rỉ và đồng thời phòng chống cháy nổ.
• Dùng để đo sự chênh lệch trong các môi trường cần đảm bảo độ an toàn kỹ thuật.
• Lắp đặt trực tiếp ngoài trời và những khu vực có nhiều bụi…

Về nhược điểm

• Các loại cảm biến trên ít dùng.
• Dễ đặt hàng nhưng thời gian giao hàng lâu.
• Giá trị cảm biến cao hơn các loại cảm biến bình thường.
• Lắp đặt cảm biến khá là phức tạp. Cần kỹ sư lành nghề, kinh nghiệm. Đồng thời còn hiểu biết nối dây điện.
• Phải đọc hiểu tài liệu thông số kỹ thuật để dễ dàng sử dụng hơn.

Ứng dụng cảm biến chênh áp điện tử

Đối với cảm biến chênh áp điện tử được sử dụng cho một số ứng dụng như:

• Đo sự chênh lệch áp suất nước trong hệ thống máy lọc
• Đo mức nước trong các bể chứa lò hơi
• Dùng để đo lưu lượng của dòng nước hoặc khí.
• Dùng để đo mức nước liên tục trong các bồn chứa chất lỏng (hóa chất) kín.

Mua cảm biến áp suất điện tử ở đâu?

Trước khi mua các loại cảm biến áp suất điện tử này. Các bạn phải làm rõ một số vấn đề trước khi đi mua như sau:

• Chất lỏng hoặc chất khí đang dùng là loại chất như thế nào? Có khả năng cháy nổ không?
• Áp suất tối đa của bình chứa hay dùng để lắp đặt là bao nhiêu?
• Nhiệt độ của lưu chất đó cao nhất là bao nhiêu độ?
• Mục đích dùng loại cảm biến áp suất đó để làm gì?
• Loại ren kết nối là bao nhiêu? Có dùng mặt bích không?
• Chiều cao của bình chứa, bể chứa là bao nhiêu?

Ngoài ra còn có nhiều vấn đề cần phải lưu ý thêm, bên trên chỉ là một số câu hỏi quan trọng khi một người đi mua hàng để trang bị. Hiện nay, công ty Hưng Phát chuyên cung cấp đầy đủ các loại cảm biến từ không hiển thị đến hiển thị.

Bao gồm các loại cảm biến chân không, áp suất tuyệt đối, chênh áp…Bên cạnh đó còn được hỗ trợ kỹ thuật về cách cài đặt cũng như lắp đặt cảm biến.

Bài viết tham khảo: Cảm biến áp suất nước là gì?

 Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của mình. Chúc các bạn một ngày tốt lành.

Consulting Solutions Engineer

Nguyễn Thành Đạt