Cảm Biến Áp Suất Là Gì? Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động

Áp suất được định nghĩa là áp lực tác dụng lên một đơn vị diện tích. Đây là một đại lượng quan trọng trong các lĩnh vực, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp. Nhằm theo dõi và kiểm soát áp suất, ta sẽ phải sử dụng tới cảm biến áp suất. Vậy cảm biến áp suất là gì? Cách hoạt động ra sao và có những loại nào phổ biến hiện nay? Ta sẽ cùng tìm hiểu thông qua bài viết dưới đây.

Cảm biến đo áp suất hoạt động ra sao?

Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử có khả năng chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện. Thông qua bộ mạch xử lý, thiết bị sẽ báo cho người dùng các thông số đo về áp suất. Cảm biến áp suất được dùng để đo độ lớn áp suất hoặc dùng trong các ứng dụng có liên quan đến theo dõi áp suất.

Cấu tạo cảm biến áp suất

Các cảm biến áp suất được sử dụng nhiều trong công nghiệp thường có cấu tạo chung gồm các bộ phận sau đây.

• Chân ren kết nối: bộ phận dùng để kết nối vào vị trí cần đo, và để có áp suất đi vào
• Màng đo áp suất: Tấm màng này giúp nhận biết áp suất tại vị trí cần đo
• Mạch chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện: mạch này cho ta biết tương ứng với áp suất bao nhiêu sẽ có tín hiệu điện bấy nhiêu. Ví dụ áp suất 1 bar trên vật liệu sẽ tương ứng giá trị điện là 5,6 mA với cảm biến đo áp suất 0-10 bar.
• Terminal nối dây điện: là vị trí kết nối cảm biến đo áp suất với bộ điều khiển như PLC, bộ điều khiển áp suất…

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất chuyển đổi áp suất thành dạng tín hiệu điện và sau đó được truyền đi và hiển thị. Hai dạng tín hiệu phổ biến được sử dụng là tín hiệu theo cường độ dòng điện có độ lớn từ 4 đến 20mA và tín hiệu dưới dạng điện áp từ 0 đến 5V.

Đa số các cảm biến áp suất hoạt động bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện. Có nghĩa là vật liệu sẽ tạo ra điện tích khi nó phản ứng với ứng suất. Ứng suất này thường là áp suất nhưng có thể xoắn, uốn cong hoặc rung động. Cảm biến có 1 màng bằng sứ bên trong và khi áp lực tác động lên bề mặt của màng sẽ làm thay đổi màng cảm biến. Bộ xử lý sẽ tính ra giá trị áp suất dựa vào độ biến dạng của màng và cho ra tín hiệu. Do vậy cảm biến cần được hiệu chỉnh để gửi tín hiệu điện áp hoặc cường độ dòng điện (mA) tương ứng với áp suất nào.

Các loại cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất nước

Cảm biến đo áp suất nước là thiết bị đo áp suất được sử dụng phổ biến trong các hệ thống, nhà máy nước. Cảm biến đo áp suất nước có thể đo được áp suất trong đường ống nước, đo mức nước trong bể, hoặc tốc độ thay đổi của mực nước đó. Cảm biến được lắp vào đầu của một ống hở được đặt chìm trong bình chứa. Khi mực nước dâng lên, không khí trên mặt nước trong ống bị nén, làm tăng áp suất lên cảm biến. Tín hiệu áp suất gửi qua bộ chuyển đổi, được xử lý và báo thông số cho người dùng.

Trong hệ thống phân phối nước, cảm biến có thể giúp tự động xác định xem máy bơm có cần được kích hoạt để tăng tốc độ dòng chảy hay không. Ngoài ra, nó còn có thể được sử dụng để đo độ sâu của các vật thể chìm dưới lòng nước.

Cảm biến đo áp suất khí nén

Cảm biến áp suất khí nén hay còn gọi là cảm biến áp suất khí hoặc cảm biến áp suất khí gas. Đây là loại cảm biến áp suất thường dùng ở hầu hết các nhà máy, trường học, phòng thí nghiệm. để đảm bảo áp suất khí trong các ứng dụng, thí nghiệm liên quan tới khí nén, thủy lực, trục cẩu, khí gas…

Loại cảm biến này có dải đo rộng vì đặc thù các môi trường làm việc của thiết bị có sự dao động áp suất tương đối lớn. Tuy nhiên, áp suất đầu ra không được quá cao cũng không được quá thấp so với khả năng chịu của tải. Cảm biến áp suất khí nén làm nhiệm vụ quan trọng là đo và giám sát áp suất máy nén khí từng khu vực để bảo máy nén khí hoạt động theo yêu cầu trong sản xuất.

Cảm biến đo áp suất dầu

Cảm biến đo áp suất dầu thường dùng để đo và kiểm tra áp suất dầu thủy lực.Hệ thống thủy lực thường có áp suất rất cao, có thể lên tới 400 đến 800 bar, việc đo được áp suất hoạt động của dầu thủy lực giúp điều khiển được lực của các xi-lanh, trong các máy ép thủy lực hoặc máy nâng thủy lực. Do làm việc trong môi trường hóa chất, bụi bẩn nên phần vỏ nên cảm biến đo áp suất dầu được làm bằng chất liệu bền, có khả năng chống ăn mòn hóa học cao. Tuy nhiên người dùng nên kiểm tra và bảo trì thường xuyên để thiết bị hoạt động hiệu quả nhất.

Cảm biến áp suất dầu phòng nổ

Cảm biến có khả năng đo áp suất trong các môi trường liên quan đến lò hơi như áp suất hơi, áp suất quạt… Một điểm mà bạn cần lưu ý khi chọn mua loại cảm biến này đó là phải xác định được nhiệt độ của lò cần đo. Vì lò hơi thường có nhiệt độ cao, nếu nằm quá dải nhiệt độ hoạt động của cảm biến có thể dẫn đến việc thực hiện phép đo không chính xác và làm hỏng cảm biến. Ngoài ra đối với những cảm biến đo trong những môi trường này nên chú ý tới các tiêu chuẩn phòng nổ.

Cảm biến đo áp suất màng

Cảm biến đo áp suất màng được thiết kế phù hợp để đo áp suất các loại chất lỏng, dung dịch như sữa, nước hoa quả, nước sốt,… hay những hóa chất có tính ăn mòn. Cảm biến áp suất màng được làm bằng vật liệu chất liệu chất lượng cao, có khả năng chống bám bụi bẩn và phải đảm bảo tốt các yêu cầu về vi sinh và vệ sinh an toàn thực phẩm. Thiết bị này có cấu tạo dễ tháo lắp, vệ sinh, các kiểu ren cũng được tích hợp đa dạng theo nhu cầu của người sử dụng, phù hợp trong việc kiểm tra thực phẩm.

Ngoài ra, cảm biến đo áp suất màng cũng được dùng trong công nghiệp dược phẩm. Tương tự như ngành thực phẩm, ngành dược phẩm cũng có yêu cầu rất cao về các tiêu chuẩn vi sinh nên cảm biến đo áp suất màng là phù hợp.

Cảm biến đo áp suất chân không

Là dòng cảm biến dùng để đo áp suất chân không hay còn gọi là áp suất hút. Cảm biến này được thiết kế để đo môi trường chân không trong ngành sản xuất. Ví dụ như trong sản xuất bóng đèn sợi đốt, cần môi trường chân không bên trong bóng đèn để tránh các hiện tượng oxy hóa cho sợi đốt bên trong, do đó cảm biến sẽ giúp xác định được áp suất phù hợp để sản xuất bóng đèn.

Cảm biến đo sự chênh lệch áp suất

Thiết bị được sử dụng để đo độ chênh lệch áp suất, từ đó ứng dụng vào nhiều đặc tính. Chẳng hạn như giảm áp suất qua bộ lọc dầu hoặc bộ lọc khí, mức chất lỏng (bằng cách so sánh áp suất trên và dưới chất lỏng) hoặc tốc độ dòng chảy (bằng cách đo sự thay đổi áp suất qua một giới hạn).

Cảm biến áp suất ống Bourdon

Cảm biến sử dụng phần tử cảm biến có dạng hình xoắn ốc hoặc hình chữ C. Dụng cụ sẽ duỗi thẳng cho đến khi có được độ lớn áp suất chất lỏng phù hợp với lực cản đàn hồi của ống.

Các thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất

Mỗi thiết bị đo đều có thông số kỹ thuật riêng nằm giúp người dùng xác định được loại thiết bị nào phù hợp với nhu cầu và sử dụng sao cho hiệu quả nhất. Các thông số quan trọng của cảm biến áp suất như sau.

• Phạm vi áp suất của môi trường cần đo.
• Dải đo – giới hạn phạm vi đo của cảm biến: Thường các cảm biến áp suất có thể đo áp suất từ vài bar cho với hàng trăm bar tùy loại.
• Thang đo đầy đủ.
• Loại đầu ra dạng điện áp hay cường độ dòng điện.
• Mức đầu ra thông thường là 4-20mA.
• Cấp chính xác: Dựa vào sai số của thiết bị
• Độ phân giải càng cao thì càng chính xác.
• Điện áp nguồn cung cấp.
• Có khả năng điều chỉnh thông số trên cảm biến hay không.
• Phạm vi nhiệt độ.

Một vài lưu ý khi chọn mua cảm biến áp suất

Để lựa chọn cảm biến đo áp suất phù hợp với nhu cầu sử dụng, bạn hãy tham khảo các tiêu chí lựa chọn sau đây.

Dải đo

Bạn nên xác định rõ khoảng áp suất của môi trường mình cần đo để có thể chọn được loại cảm biến phù hợp nhất. Tránh trường hợp chọn cảm biến có giới hạn đo nhỏ hơn độ lớn áp suất môi trường, vì quá giới hạn đo thì cảm biến sẽ bị thủng tấm màng đo gây chết cảm biến. Trường hợp chọn cảm biến có giới hạn đo quá lớn so với áp suất thực thì áp suất đo là quá nhỏ đối với cảm biến. Kết quả đo sẽ kém chính xác do hiện tượng sai số cao. Bởi vậy cần lựa chọn chính xác dải đo.

Môi trường đo áp suất

Mỗi loại cảm biến đo áp suất sẽ phù hợp với một môi trường đo nhất định nào đó. Ví dụ đo áp suất nước có cảm biến đo áp suất nước, áp suất dầu nhiên liệu có loại đo áp suất dầu,…

Việc chọn đúng loại cảm biến cho môi trường sẽ giúp thiết bị hoạt động hiệu quả, cho kết quả đo chính xác.

Phạm vi nhiệt độ

Nên chọn các loại cảm biến có khả chịu được nhiệt độ phù hợp với môi trường hoạt động. Với các môi trường có nhiệt độ cao nên chọn các cảm biến chịu nhiệt tốt, có khả năng chống cháy, nổ.

Ren kết nối

Các kiểu ren kết nối tiêu chuẩn thường là G1/4”, G1/2” hoặc NPT ½ hay NPT ¼. Đối với môi trường đặc biệt như thực phẩm, dược phẩm thì sẽ là loại Clamp. Bạn nên chú ý tới kiểu ren kết nối khi chọn mua cảm biến áp suất.

Tín hiệu ra của cảm biến đo áp suất

Tín hiệu đầu ra của cảm biến đo áp suất thường là dạng điện áp 0-10V hoặc cường độ dòng điện 4-20mA,… Tùy thuộc vào bộ điều khiển ở môi trường làm việc. Bạn nên chọn loại cảm biến có tín hiệu trùng với tín hiệu mà bộ điều khiển đọc được, ví dụ bộ điều khiển đọc được các loại cảm biến có tín hiệu 4-20mA thì các bạn nên mua cảm biến đo áp suất 4-20mA. Ngoài ra nếu bộ điều khiển có chức năng đọc khác với tín hiệu của cảm biến thì có thể sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang 0-10V cho phù hợp.

Giá thành của cảm biến áp suất

Giá cảm biến áp suất rất đa dạng cho người dùng lựa chọn. Thường dao động từ vài triệu cho tới chục triệu đồng tùy thuộc vào từng loại cảm biến. Các dòng cảm biến áp suất đến từ các thương hiệu của Mỹ, Nhật có thể cao gấp vài lần so với các sản phẩm đến từ Trung Quốc.

Chọn mua cảm biến tại địa chỉ uy tín

Các thiết bị cảm biến tốt sẽ có khả năng làm việc hiệu quả và bền bỉ. Do vậy, một trong những lưu ý quan trọng đó là nên chọn mua cảm biến áp suất chất lượng cao tại những thương hiệu uy tín trên thị trường. Tránh mua phải sản phẩm không rõ nguồn gốc, xuất xứ.

Một số cảm biến áp suất phổ biến

Cảm biến áp suất Georgin

Cảm biến áp suất Georgin SR13002A00 là sản phẩm với thương hiệu từ Pháp, được thiết kế chắc chắn, đảm bảo khả năng hoạt động bền bỉ. Thiết bị có thang đo 0-10 bar được dùng để đo áp suất nước có tín hiệu ngõ ra 4-20mA 2 dây.

Cảm biến Georgin SR13002A00 khá phổ biến với giá thành rẻ

Cảm biến áp suất Sensys

Cảm biến từ hãng Sensys được thiết kế như một màng chắn phù hợp sử dụng trong nhiều môi trường đòi hỏi độ vệ sinh và có độ chính xác cao như thực phẩm, dược phẩm, nhà máy sản xuất mỹ phẩm, bột,… Phạm vi đo rộng, với tín hiệu đầu ra đa dạng.

Cảm biến áp suất Sensys PSH

Cảm biến áp suất Keller

Cảm biến áp suất thương hiệu Keller được sản xuất từ Thuỵ Sỹ. Với vật liệu Inox chất lượng cao, thiết kế nhỏ gọn, đảm bảo hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Giá thành tương đối phải chăng, là sự lựa chọn của nhiều xưởng sản xuất.

Cảm biến áp suất Keller

Xem thêm: Top 10 cảm biến anh sáng được ưa chuộng

Trên đây là những thông tin về cảm biến áp suất mà chúng tôi mong muốn chia sẻ, hy vọng qua bài viết này bạn đọc đã có thể hiểu thêm về các loại cảm biến áp suất và cách lựa chọn được thiết bị tốt, phù hợp với nhu cầu sử dụng. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các thiết bị trong lĩnh vực tự động hóa, điện thông minh, hãy để lại liên hệ cho chúng tôi. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tâm huyết, Nhà thông minh Hunonic luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất với giá thành hợp lý nhất thị trường!