Cảm biến áp suất là gì?
Cảm biến áp suất còn có tên tiếng Anh là Pressure sensor. Là một thiết bị cảm nhận áp suất trên đường ống hoặc là bồn chứa có áp suất. Hoặc là đo được áp suất của khí và chất lỏng. Nhiệm vụ của nó là giám sát áp suất hay áp lực. chuyển đổi từ áp suất sang tín hiệu hoặc là dòng điện để có thể đo được.
Trong thiết bị thì nó gồm có một phần tử cảm biến dùng để xác định áp suất thực tế của ống cùng với bộ phận chuyển đổi thông tin thành tín hiệu điện.
Bộ chuyển đổi áp suất này, nó cũng có bộ phận cảm biến phản ứng và nó áp suất tác động lên màng ngăn. Lực tác dụng sẽ làm lệch màng ngăn bên trong bộ chuyển đổi áp suất. Trong đó, độ võng của màng ngăn bên trong nó sẽ được đo và chuyển thành công suất điện. Nó cho phép người dùng có thể lấy áp suất theo dõi được bằng bộ vi xử lý. Bộ điều khiển lập trình và máy tính cùng với các thiết bị điện tử tương tự.
Đấy chính là một thiết bị điện tử đo và chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện 4 – 20mA/ 0-5VDC/0-10VDC. Khi sử dụng thiết bị này thì nó sẽ giúp người dùng giám sát; hoặc là điều khiển các hệ thống. Nó cũng có thể dùng để đo gián tiếp các biến khác như: lưu lượng lỏng/ khí, tốc độ,…
Cấu tạo của cảm biến áp suất
Thiết bị có cấu tạo khá là đơn giản, nó được cấu tạo từ 2 thành phần chính:
Cảm biến
Đây là bộ phận đảm nhiệm chức năng là nhận tín hiệu từ áp suất và sau đó thì nó truyền tín hiệu về khối xử lý. Cái này nó sẽ phụ thuộc vào từng loại cảm biến mà nó được chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang điện trở; điện dung;… về khối xử lý.
Khối xử lý
Cái này nó có chức năng là nhận các tín hiệu từ bộ phận cảm biến. Sau đó, thì nó xử lý để chuyển đổi tín hiệu sang dạng tín hiệu tín chuẩn. Trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA – đây là tín hiệu được sử dụng nhiều nhất. Còn tín hiệu từ 0 ~ 5 VDC, 0~10 VDC, 1~5 VDC.
- Tùy thuộc vào từng loại cảm biến mà cách thức hoạt động của nó cũng sẽ có những điểm khác nhau. Có những loại thì nó hoạt động dựa trên những sự biến dạng của vật liệu. Cái này để nó làm thay đổi được điện trở. Còn loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện. Trong đó, thì dạng áp điện trở và kiểu điện dụng là loại được sử dụng nhiều nhất.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất
Theo như trên hình, thì ta sẽ giả sử khi áp suất dương (+) thì nó sẽ được đưa vào lớp màng căng lên từ trái sang phải. Còn nều là âm (-) thì lớp màng đó sẽ căng ngược lại. Cái này nó sẽ tùy theo độ biến dạng của lớp màng đó. Mà bộ xử lý bên trong nó sẽ tính toán và biết được là giá trị áp suất đang là bao nhiêu.
Đối với lớp màng của cảm biến, những cảm biến chứa những cảm biến rất nhỏ để có thể phát hiện được sự thay đổi. Còn khi có một lực tác động vào lớp màng thì nó cũng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng, với chiều của lực tác động. Sau đó, các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được độ biến dạng của nó bao nhiêu %.
Từ đó, nó xuất ra tín hiệu ngõ tương ứng. Các tín hiệu ngõ ra có thể 4 ~ 20 mA hoặc là 0 – 10V tương ứng với áp suất ngõ vào.
Công dụng của cảm biến áp suất
Như đã nói ở trên thì cảm biến để có thể điều khiển hoặc là giám sát được hàng nghìn ứng dụng ngày nay. Và cảm biến này thì nó cũng được sử dụng để có thể đo gián tiếp cảm biến khác như lưu lượng chất lỏng/ khí với tốc độ, mực nước và độ cao.
Các loại cảm biến áp suất thông dụng hiện nay
Cảm biến áp suất dạng điện trở
Đối với dạng màng:
- Cấu tạo: nó bao gồm có một lớp màn rất nhạy với áp suất. Được cấy trên các phần tử áp điện trở.
- Nguyên tắc hoạt động: Khi có tác động của lực áp suất lên màn. Màn này nó sẽ bị biến dạng và các áp điện trở cũng sẽ thay đổi. Tùy theo sự biến cong của màn, cụ thể giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng giảm. Lúc này, giá trị các áp điện trở vuông góc với cạnh màng tăng và ngược lại thì nó sẽ tạo ra điện áp ngõ ra khác 0.
- Sự thay đổi điện áp thì nó cũng chuyển tín hiệu đến bộ xử lý và ra được tín hiệu cần đo.
Cảm biến áp suất kiểu tụ
- Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn dựa vào giá trị của điện dung. Để có thể xác định được áp suất. Điện dung của tụ sẽ được thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách của cực tụ. Nó dựa vào nguyên lý áp kế điện dung.
- Nguyên lý áp kế điện dung là khi có áp suất tác động vào lớp màng. Lớp màng này bị biến dạng đẩy bản cực lại gần với nhau. Hoạc là kéo bản cực ra xa, làm cho giá trị của tụ thay đổi. Và dựa vào sự thay đổi điện dung này qua hệ thống xử lý người ta, có thể xác định được áp suất cần đo.
Cảm biến áp suất tương đối
- Với loại này thì nó được hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh với áp suất không khí.
- Là khi đặt cảm biến vào môi trường khí quyển, thì áp suất tương đương đang đo được là 0 bar.
- Ví dụ: áp suất tương đối bằng 1 bar, nó tương đương áp suất tại vị trí đo đang lớn hơn áp suất của khí quyển một đại lượng áp suất 1 bar.
Cảm biến áp suất tuyệt đối
- Loại này thì được hoạt động dựa trên nguyên lý trong cảm biến được nén 1 bar vào cảm biến.
- Cái này khi đặt cảm biến ở môi trường khí quyển. Thì áp suất tương đương đang đo được 1 bar.
- Ví dụ: Khi được đặt trong môi trường không khí và có một lực tác động với đại lượng là 1 bar. Giá trị đo được cảm biến áp suất tuyệt đối là 2 bar.
Cảm biến áp suất chênh áp
- Cảm biến này có thể đo được sự chênh lệch giữa 2 áp suất. Một áp suất được kết nối với mỗi bên của cảm biến.
- Còn cảm biến chênh lệch áp suất được sử dụng để đo nhiều đặc tính. Như giảm áp suất trên bộ lọc dầu hoặc là bộ lọc khí, mức chất lỏng. Hoặc là tốc độ dòng chảy.
- Về mặt kỹ thuật, thì hẩu hết các cảm biến áp suất thực sự là cảm biến chênh lệch áp suất.
- Ví dụ: đối với một cảm biến áp suất tương đối chỉ là một cảm biến chênh lệch áp suất trong đó một mặt ra không khí xung quanh.
Các lưu ý khi chọn mua cảm biến áp suất
Để mua được thiết bị tốt, ta cần chú ý đến những điểm sau:
- Dãy đo áp suất là bao nhiều?
- Nguồn ra của cảm biến là gì? Là 4-10mA hay 0-10V…
- Môi trường cần đo là gì? nước hay dầu, môi trường có khả năng ăn mòn cao không?
- Tiếp đến, thiết bị cần phải có khả năng chịu áp của cảm biến áp suất tương đối với dãy đo áp suất đang dùng.
- Sai số của cảm biển
- Nhiệt độ làm việc: thiết bị có thể làm việc tốt với 80 độ C. Còn khi áp suất đo có nhiệt độ cao hơn 80 độ C. Chúng ta cần sử dụng ống si phon để có thể giảm nhiệt bảo vệ cho cảm biến.
Ứng dụng của cảm biến áp suất
- Thiết bị được dùng để có thể đo trong hệ thống lò hơi, thường được đo trực tiếp trên lò hơi. Khu vực này cần được chính xác cao và phải chịu được nhiệt độ cao.
- Các máy nên khí cũng cần được đo áp suất để có thể giới hạn áp suất đầu ra. Tránh cho trường hợp quá áp dần đến hư hỏng và cháy nổ.
- Thiết bị được sử dụng trên các trạm bơm nước. Khi sử dụng nó giúp cho việc giám sát áp suất đưa về PLC hoặc biến tần để có điều khiển bơm nước.
- Điều áp hoặc có thể điều khiển được áp suất sau khi van điều khiển. Cảm biến áp suất đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất đầu ra sau van điều khiển.
- Được sử dụng trên các xe cẩu, thường có ben thủy lực. Nó yêu cầu giám sát các ben thủy lực vì nó ảnh hưởng đến lực. Nên người ta cần giám áp suất.