Trước tiên chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu sơ lược về thiết bị này trước nhé. Các bạn có thể hiểu đơn giản cảm biến áp suất – thiết bị đo áp suất – cảm biến áp lực là các thiết bị công nghiệp chuyên dùng trong việc đo lường đại lượng vật lý là áp suất. Chúng có nhiệm vụ đo lường mức áp suất hay áp lực trong một môi trường nào đó và cho ra giá trị đo đạc. Bên cạnh đó thì cảm biến áp lực sẽ có các ngõ ra tín hiệu để kết nối với các thiết bị điều khiển như là PLC hay màn hình hiển thị.
Các loại cảm biến áp suất trên thị trường hiện nay hầu như sẽ giống nhau về mặt cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động. Tuy nhiên điều đặc biệt của từng cảm biến sẽ nằm ở khoảng đo của chúng. Ta sẽ có rất nhiều khoảng đo khác nhau với một model cảm biến được sản xuất bởi một hãng. Tương ứng với từng dãy đo thì chúng ta sẽ ứng dụng chúng cho các môi trường khác nhau sao cho phù hợp nhất.
Cấu tạo của cảm biến suất:
Các cảm biến đo áp suất sẽ có cấu tạo hoàn toàn tương tự nhau về mặt bộ phận, cụ thể thì chúng ta sẽ có các bộ phận như sau:
Lớp màng cảm biến:
Đây là bộ phận quan trọng nhất trong cảm biến đo áp suất vì nó chịu trách nhiệm lớn cho việc cảm nhận mức áp lực mà môi trường đang có. Các dòng cảm biến có dãy đo khác nhau thì sẽ có lớp màng cảm biến khác nhau để phù hợp với mức áp suất cần đo. Việc cảm biến sai số nhiều hay ít còn tùy thuộc rất nhiều vào loại vật liệu mà ta dùng làm cảm biến đấy. Chính vì thế giá cả của cảm biến sẽ phụ thuộc vào chất liệu của lớp màng này, thường chúng sẽ được làm bằng Ceramic hay thép không gỉ (INOX),…
Bộ phận transmitter:
Đây là bộ phận chuyên xử lý các tín hiệu từ lớp màng truyền về để chuyển chúng thành các dạng tín hiệu ngõ ra. Chúng ta thường sẽ có các ngõ ra dạng 2 dây như 4-20ma, 0-20ma, 0-5V, 0-10V,…Với các tín hiệu này, cảm biến cho phép chúng ta truyền về các loại thiết bị hỗ trợ khác như PLC hay màn hình hiển thị. Hầu hết các loại cảm biến đo áp lực hiện nay sẽ có ngõ ra dạng analog 4-20ma để dễ dàng kết nối với các PLC.
Lớp vỏ bảo vệ cảm biến:
Là một lớp bảo vệ các bộ phận quan trọng bên trong để tránh bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Chống lại các tác nhân từ bên ngoài gây ảnh hưởng đến các mạch điện, bộ phận xử lý bên trong. Nên nó phải được làm bằng các loại vật liệu đặc biệt như INOX 304, INOX 316,…Các tác nhân của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, các chất gây ăn mòn sẽ không thể làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của cảm biến.
Bộ phận tiếp điểm:
Là cổng kết nối ra bên ngoài các thiết bị nhận thông tin từ cảm biến. Chúng được dùng trong việc đấu dây đến các bộ chuyển tín hiệu, bộ hiển thị áp suất hay dùng để điều khiển một quá trình nào đó trong một máy hay một dây chuyền. Thông thường các dạng tín hiệu ngõ ra từ các tiếp điểm này của các cảm biến đo áp suất là 0-20ma, 4-20ma, 0-5v, 0-10v,…Hơn hết chúng có tiêu chuẩn bảo vệ IP65, IP66, IP67,…
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo áp suất:
Để giúp các bạn lần đầu tìm hiểu có thể dễ dàng hình dung và hiểu về nguyên lý hoạt động này thì mình xin mô tả như sau:
Nguyên lý áp kế điện dung:
Khi cảm biến được lắp đặt trong một môi trường nào đó như nước chẳng hạn. Phần lớp màng của cảm biến sẽ có nhiệm vụ cảm nhận áp lực và biến dạng theo áp lực môi trường. Khi áp suất tác động lớp màng làm lớp màng biến dạng nhằm đẩy bản cực lại gần hoặc kéo bản cực làm giá trị của tụ sẽ thay đổi, chính vì dựa vào sự thay đổi này giúp hệ thống xử lý xác định áp suất cần đo. Áp lực càng mạnh thì lớp màng biến dạng càng nhiều và ngược lại áp lực càng ít thì lớp màng sẽ biến dạng càng ít. Sau đó bộ phận transmitter có nhiệm vụ cảm nhận mức độ biến dạng của lớp màng sau đó xử lý và cho ra các dạng tín hiệu có thể truyền đi như 4-20ma, 0-20ma, 0-5V, 0-10V,…
Tín hiệu truyền đi sẽ được truyền từ đầu cảm biến tại các bộ phận tiếp điểm. Khi chúng ta kết nối cảm biến đo áp suất với các thiết bị bên ngoài như PLC hay màn hình hiển thị thì tín hiệu từ transmitter sẽ được xử lý và truyền đi từ các tiếp điểm đến các thiết bị điều khiển. Lưu ý là các tín hiệu đầu ra phải đồng bộ với các tín hiệu đầu vào của thiết bị điều khiển nhé.
Cảm biến áp suất áp trở:
Ban đầu khi áp suất không tác động điện trở ở dạng cân bằng. Sau đó khi có áp suất màng mỏng sẽ bị biến dạng, giá trị điện trở thay đổi. Sự thay đổi điện dựa vào sự biến dạng màng, bằng cách kiểm tra các điện áp ngõ ra ta tính toán được áp suất cần đo.
Cảm biến áp suất kiểu tụ:
Đây là một loại cảm biến với nguyên lý hoạt động khá đơn giản dựa vào giá trị điện dung để xác định áp suất. Cảm biến áp suất kiểu tụ chính là có điện dung được thay đổi thông qua việc thay đổi khoảng cách của cực tụ.
Các dãy đo của cảm biến áp suất:
Hầu hết các nhà sản xuất đều tự nghiên cứu về sản xuất cho riêng mình một dòng cảm biến áp suất với một model sản phẩm nào đó. Và vì nắm bắt được ứng dụng của các cảm biến là rất đa dạng cũng như muốn tối ưu hóa độ chính xác của các ứng dụng đó. Chính vì thế các hãng sẽ sản xuất ra các loại cảm biến có chung một model nhưng sẽ có rất nhiều khoảng đo để chúng ta có thể lựa chọn và ứng dụng. Các ứng dụng nằm trong thang đo của cảm biến sẽ có thể hoạt động một cách tốt hơn, ít sai số hơn và đảm bảo an toàn hơn. Ví dụ với dòng cảm biến D2415 do Công Ty mình nhập khẩu từ hãng JSP – Cộng Hòa Séc sẽ có các thang đo từ thấp đến cao như sau:
- D2415 G 910 – Cảm biến thang đo -1-0 Bar
- D2415 G 110 – Cảm biến thang đo 0-1 Bar
- D2415 G 116 – Cảm biến thang đo 0-1,6 Bar
- D2415 G 160 – Cảm biến thang đo 0-6 Bar
- D2415 G 210 – Cảm biến thang đo 0-10 Bar
- D2415 G 216 – Cảm biến thang đo 0-16 Bar
- D2415 G 225 – Cảm biến thang đo 0-25 Bar
- D2415 G 240 – Cảm biến thang đo 0-40 Bar
- D2415 G 260 – Cảm biến thang đo 0-60 bar
- D2415 G 310- Cảm biến thang đo 0-100 Bar
- D2415 G 316 – Cảm biến thang đo 0-160 Bar
- D2415 G 225 – Cảm biến thang đo 0-250 Bar
- D2415 G 240 – Cảm biến thang đo 0-400 Bar
- D2415 G 360 – Cảm biến thang đo 0-600 Bar
Có các loại cảm biến áp suất nào ?
Theo mình nghĩ thì trên thị trường hiện nay chúng ta sẽ có hai dòng cảm biến đo áp suất khác nhau. Đó là cảm biến áp suất không hiển thị và cảm biến áp suất có hiển thị. Cụ thể về các thông tin của 2 dòng này như thế nào thì chúng ta sẽ cùng tìm hiểu nhé.
Cảm biến áp suất không hiển thị:
Đây là dòng cảm biến áp suất được cấu tạo dưới dạng đầu dò và không được hãng trang bị bộ phận hiển thị. Cụ thể nhất đó chính là các loại cảm biến áp lực D2415 mà mình có ví dụ ở bên trên. Khi dùng dòng cảm biến này chúng ta chỉ có thể truyền tín hiệu từ cảm biến về các thiết bị điều khiển như PLC mà thôi. Nếu muốn giám sát giá trị áp suất đo được thì ta cần trang bị thêm một màn hình hiển thị rời và kết nối chúng với cảm biến.
Các cảm biến loại không hiển thị sẽ thích hợp với các ứng dụng cần dùng đến một số lượng lớn cảm biến trong nhiều môi trường, vị trí khác nhau. Vì có cấu tạo nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và tích hợp vào các hệ thống, máy móc, thùng chứa,…một cách dễ dàng thông qua các kết nối dạng ren. Dùng được cho các ứng dụng khác nhau như áp suất nước, thủy lực, khí nén, áp suất chân không, áp suất dầu, áp suất khí gas,…
Thông số kỹ thuật của D2415:
- Model: D2415 series
- Dãy đo: có khá nhiều dãy đo để chúng ta lựa chọn, các bạn có thể tham khảo bên trên.
- Ngõ ra tín hiệu đa dạng: ngõ ra của cảm biến thông dụng với các tín hiệu thường dùng như 4-20mA, 0-10V, 0-5V, 0-20mA,..
- Vật liệu của cảm biến được làm bằng 100% inox 316.
- Màng của cảm biến là 316L. Điều này giúp cho cảm biến có thể dùng trong một số môi trường axit và bazo nhẹ.
- Nhiệt độ làm việc: cảm biến có nhiệt độ làm việc tiêu chuẩn là -40÷85°C. Còn những dòng đặc biệt sẽ được nối với cooling giảm nhiệt. Nó có khả năng chịu nhiệt lên đến 300°C. Trong trường hợp chi phí thấp ta có thể sử dụng với xi phong giảm nhiệt cho cảm biến.
- Sai số của cảm biến: có 3 chuẩn sai số thông dụng của dòng cảm biến là 1%, 0.5% và 0.25%. Cao hơn nữa là 0.1% nhưng đa phần đều dùng mức 1% và 0.5% vì các ứng dụng không cần đến độ chính xác quá cao.
Cảm biến áp suất có hiển thị:
Đây là các dòng cảm biến cao cấp được sử dụng cho các ứng dụng dùng ít cảm biến hơn và có thể giám sát giá trị áp suất một cách thủ công. Hầu hết các dòng cảm biến đo áp suất loại có hiển thị đều hoạt động dựa trên nguyên lý chênh lệch áp suất. Thay vì cảm biến không hiển thị sẽ có một lớp màng thì loại có hiển thị sẽ có 2 lớp màn để đo chênh áp. Một số dòng cảm biến có thể kể đến như model MSP80D, MSP80F, MSP80,…
Về các thức sử dụng thì hoàn toàn tương tự với dòng D2415, chỉ khác nhau ở chỗ là có sẵn màn hình hiển thị và có kích thước hơi to so với D2415. Có thể ứng dụng trong hầu hết các loại môi trường với nhiều dãy đo khác nhau như áp suất nước, thủy lực, khí nén, áp suất chân không, áp suất dầu, áp suất khí gas,…
Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất hiển thị:
- Model: cảm biến đo chênh áp có các mã là MSP80D, MSP80F, MSP80,…
- Dãy đo: -1..1 Kpa, 0..1 kpa, 0..100kpa, 0-2bar, 0-16bar,…
- Ngõ ra: tín hiệu dạng analog 4-20mA Hart
- Vật liệu màng: SS316, hastelloy C-276, tantalum, Gold.
- Kiểu kết nối: G1/2, G1/4, NPT 1/2, NPT 1/4
- Màn hình hiển thị LCD, hiệu chuẩn được dãy đo
- Nguồn cấp: 24VDC
- Nhiệt độ làm việc: -40÷85°C
- Sai số: 0.1% trên toàn dãy đo của cảm biến
- Bảo hành: 12 tháng
Khi mua cảm biến đo áp suất cần lưu ý điều gì:
Với các loại cảm biến đo áp suất có hiển thị hay không có hiển thị thì đều có chung cách thức chọn mua. Việc tìm hiểu trước cách thức chọn mua sẽ có ý nghĩa trong công tắc tối ưu hóa chi phí, hoạt động, sử dụng cảm biến sau này. Cụ thể khi chọn mua thì chúng ta cần lưu ý các thông số như sau:
Dãy đo của cảm biến:
Trước tiên chúng ta cần phải biết nhu cầu đo là bao nhiêu để chọn cho phù hợp nhằm hạn chế sai số khi đo. Các loại cảm biến áp suất hiện nay có các dãy đo thấp nhất là 10pascal và cao nhất là hàng nghìn bar (1bar = 10.000pascal). Nên việc lựa chọn dãy đo phải cao hơn áp suất thực tế 10÷50% để tránh hiện tượng quá áp dẫn đến hư hỏng thiết bị.
Môi trường đo của cảm biến:
Cần phải xác định môi trường cần đo cho phù hợp. Nếu dùng cảm biến trong môi trường nước, thủy lực hay khí quyển thì không vấn đề gì. Nhưng khi dùng trong các môi trường như xi măng, dầu, hóa chất, thực phẩm thì cần các loại cảm biến có tiêu chuẩn riêng. Vì các loại đó có khả năng ăn mòn nên phải dùng loại cảm biến có màn bảo vệ.
Tín hiệu ngõ ra của cảm biến:
Với các dòng cảm biến đo mức áp suất hiện này thì chúng ta sẽ các các chuẩn tín hiệu đầu ra dạng analog 4-20ma, 0-20ma để dễ dàng kết nối với các thiết bị bên ngoài như PLC hay bộ hiển thị. Chúng ta nên xác định xem các thiết bị có phù hợp để kết nối với nhau hay không. Nếu trường hợp không đồng bộ tín hiệu thì ta sẽ chọn loại cảm biến có ngõ ra phù hợp hoặc dùng đến bộ chuyển đổi tín hiệu.
Thương hiệu sản xuất cảm biến:
Tại Việt Nam hiện nay có khá nhiều thương hiệu chuyên về thiết bị đo áp suất. Nếu các bạn muốn chọn các loại cảm biến giá rẻ thì nên dùng các thương hiệu từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan,…Tuy nhiên các thương hiệu này sẽ nhanh hỏng trong thời gian ngắn và trong quá trình sử dụng sẽ phát sinh sai số. Còn nếu các bạn muốn chọn dòng chất lượng cao và bền hơn thì nên chọn các thương hiệu đến từ Châu Âu như: Đức, Anh, Pháp, Cộng Hòa Séc,…Các dòng này sẽ sử dụng được lâu dài và có sai số thấp trên toàn dãy đo.
Các thiết bị hỗ trợ cho thiết bị đo áp suất:
Trong phần này mình sẽ giới thiệu đến các bạn các thiết bị thường dùng kèm với cảm biến đo áp suất được sử dụng phổ biến hiện nay. Cụ thể chúng ta sẽ có các loại như:
Màn hình hiển thị giá trị áp suất:
Dòng thiết bị này sẽ phù hợp với các loại cảm biến không có hiển thị như D2415. Chúng hoàn toàn có khả năng kết nối với hầu hết các dạng tín hiệu thiết bị đo áp suất hiện nay hay là các loại thế hệ trước một cách dể dàng. Với độ chính xác cao, khả năng chống nhiễu tín hiệu tốt, nhận được nhiều loại tín hiệu đầu vào và đo ra nhiều loại tín hiệu đầu ra. Bên cạnh đó thì chúng ta hoàn toàn có thể dùng màn hình hiển thị như một thiết bị chuyển đổi tín hiệu khi chúng ta cần đồng bộ tín hiệu giữa các thiết bị như cảm biến và PLC.
Mình xin giới thiệu đến các bạn một dòng màn hình hiển thị áp suất do bên mình cung cấp đó là model OM402UNI có xuất xứ từ hãng Orbit Merret – Cộng Hòa Séc. Các bạn có thể tham khảo thêm thông tin về loại thiết bị này thông qua bài viết: Bộ hiển thị áp suất
Bộ chuyển tín hiệu áp suất sang 4-20ma:
Thiết bị này cho phép chúng ta chuyển đổi giữa các tín hiệu áp suất đời trước như 0-5v, 0-10v,…sang các dạng tín hiệu analog 4-20ma để phù hợp với các PLC điều khiển. Hơn nữa với hệ số cách ly khá cao như 2500VAC và 4000VAC sẽ cho phép cách ly tín hiệu một cách hiệu quả. Việc này có ý nghĩa rất lớn trong việc chống nhiễu tín hiệu khi dùng trong môi trường có nhiệm thiết bị phát ra từ trường như motor bơm, động cơ điện,…
