Các loại cảm biến áp suất và những điều cần biết

Cảm biến áp suất là gì

Cảm biến áp suất là loại cảm biến thông dụng bật nhất hiện nay, nó được sử dụng để thu nhận tín hiệu áp suất từ một môi trường bất kỳ. Tín hiệu áp suất này sẽ được truyền về bộ chuyển đối để biến tín hiệu từ analog sang tín hiệu điện để truyền về thiết bị giám sát, giúp thợ kỹ thuật có thể biết được giá trị áp suất cần đo

Cảm biến áp suất có khá nhiều loại, mỗi loại sẽ phù hợp cho các ứng dụng đo áp suất riêng biệt, để hiểu rõ hơn mời bạn tham khảo các loại cảm biến áp suất phổ biến nhất trên thị trường ở phần dưới đây

Cảm biến áp suất là gì

Các loại cảm biến áp suất phổ biến

a. Cảm biến áp suất nước (Cảm biến áp lực nước)

Đây là cảm biến áp suất được sử dụng rộng rãi nhất, cảm biến áp suất nước thường được sử dụng để đo mức nước trong bể, hoặc tốc độ thay đổi của mực nước đó. Loại này được lắp vào đầu của một ống hở được đặt chìm trong thùng chứa. Khi mực nước tăng lên, không khí trên mặt nước trong ống bị nén, làm tăng áp suất lên cảm biến. Thông tin này sẽ đi qua bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) giúp chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến thành giá trị kỹ thuật số để người dùng có thể đọc được

Loại cảm biến này cũng được sử dụng để đo áp suất trong đường ống nước. Ví dụ như trong hệ thống phân phối nước, để 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 một vật thể chìm dưới nước

b. Cảm biến áp suất khí nén (Cảm biến áp suất khí, Cảm biến áp suất khí gas)

Cảm biến áp suất khí nén hay còn có một số tên gọi khác là cảm biến áp suất khí hoặc cảm biến áp suất khí gas (khi được sử dụng để đo khí gas). Đây là loại cảm biến áp suất phổ biến mà bạn có thể gặp ở hầu hết các nhà máy, trường học, phòng thí nghiệm.. để đảm bảo áp suất khí trong các ứng dụng như áp suất khí nén, thủy lực, trục cẩu, khí gas…

Loại cảm biến này có các đặc điểm chung là có dãi đo rộng vì đặc thù các môi trường làm việc của thiết bị này đều có mức áp suất khá cao. Tuy nhiên, áp suất đầu ra không được quá cao cũng như không được quá thấp so với tải. Cảm biến áp suât khí nén làm nhiệm vụ quan trọng là đo áp suất máy nén khí từng khu vực để bảo máy nén khí hoạt động theo yêu cầu. Ngoài áp suất trên máy nén khí còn có áp suất trên đường ống khí nén để giám sát từng đường ống khí nén có đủ áp suất hay không

Ngoài ra thì nó cũng có nhiều dãi đo và cấu tạo khác nhau đo khác nhau để bạn có thể lựa chọn dễ dàng hơn, ví dụ như chúng ta muốn đo lường áp suất nước là 5bar thì ta có thể chọn cảm biến áp suất có dãy đo 0-6bar chẳng hạn

c. Cảm biến chênh lệch áp

Trong một vài trường hợp bạn sẽ không quá chú trọng vào việc cảm biến của bạn sẽ đo áp suất của chất lỏng hay chất khí. Thay vào đó, bạn cần biết sự khác biệt giữa hai điểm trong hệ thống đang được giám sát. Trong những tình huống như vậy, bạn có thể chuyển sang sử dụng cảm biến chênh lệch áp suất.

Cảm biến chênh lệch áp suất sẽ cung cấp cho bạn phép đo so sánh giữa hai điểm. Ví dụ như kiểm tra điểm trước và sau của một van trong đường ống. Nếu van mở hoàn toàn, áp suất ở cả hai bên phải như nhau. Nếu có sự khác biệt về áp suất, đó có thể là van chưa mở hoàn toàn hoặc có tắc nghẽn.

Cảm biến chênh lệch áp suất thường phải đi kèm với hai cổng mà ống có thể được gắn vào. Sau đó, các cổng được kết nối với hệ thống mà phép đo sẽ được thực hiện, các cảm biến này có thể tích hợp trực tiếp vào các khu vực đo dể thực hiện giám sát liên tục trong suố quá trình vận hành

Các phép đo được thực hiện hoàn toàn độc lập với áp suất khí quyển

d. Cảm biến áp suất âmCảm biến chênh lệch áp suất

Cảm biến áp suất âm còn được gọi là cảm biến áp suất chân không được sử dụng để đo áp suất hút chân không tuyệt đối, thường sử dụng trong các môi trường yêu cầu độ chính xác cao

e. Cảm biến áp suất dầu (Cảm biến áp suất dầu thủy lực)

Cảm biến áp suất dầu trong một số trường hợp dùng để kiểm tra dầu thủy lực (nên còn có tên gọi khác là cảm biến áp suất dầu thủy lực), loại này thường được sử dụng để lắp vào carte của các động cơ hoặc nắp bộ lọc dầu để kiểm tra áp suất dầu

Do làm việc trong môi trường nhiều hóa chất, bụi bẩn nên phần vỏ nên loại cảm biến này cần được làm bằng chất liệu có khả năng chống ăn mòn hóa học cao và cần phải bảo trì thường xuyên để hoạt động hiệu quả

f. Cảm biến áp suất thủy lực

Loại này còn có tên gọi khác là cảm biến đo áp lực cao, một thiết bị chuyên nghiệp dùng trong các hệ thống thủy lực hoặc khí nén (thường là trong các trục cẩu hoặc piston có áp suất lớn) dùng để đo lực ép của các hệ thống này. Nó có thể được lắp đặt trong các hệ thống ống dẫn hoặc thùng chứa để đo áp suất môi trường và truyền tín hiệu về cho người dùng để có thể nhận biết hệ thống đang được vận hành hiệu quả hay không

g. Cảm biến áp suất lò hơi

Đây là loại cảm biến thường được bắt gặp trong các ứng dụng đo áp suất 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 nắm bắt được nhiệt độ của lò cần đo. Vì lo 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

h. Cảm biến áp suất màng

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, để đo lường áp suất của các dung dịch như sữa, nước ép, nước sốt… bạn cần phải có một loại cảm biến áp suất phù hợp. Trong ngành công nghiệp này, cảm biến áp suất màng là một loại cảm biến phù hợp nhất, nó được làm bằng vật liệu chất liệu chất lượng cao, có khả năng chống bám bẩm và phải đảm báo tốt các yêu cầu về vi sinh và vệ sinh an toàn thực phẩm.

Loại cảm biến này gồm 2 thành phần chính, 1 là phần thân cảm biến áp suất để thu nhận tín hiệu, 2 là phần màng để tiếp xúc với dung dịch cần đo. Thiết bị này óc kết cấu dễ tháo lắp, vệ sinh, các kiểu ren cũng được tích hợp đa dạng tùy vào nhu cầu của người sử dụng rất phù hợp trong việc kiểm tra thực phẩm

Vì cảm biến áp suất dạng màng làm bằng vật liệu chống bám bẩn, đạt tiêu chuẩn vi sinh trong ngành thực phẩm. Cảm biến áp suất dạng màng có các kiểu kết nối dạng ren như : G1/2″, G1″,..Kết nối phổ biến nhất là dùng kết nối Clamp với đặt tính dễ tháo lắp nhanh chóng. Giúp việc sệ sinh cảm biến dễ dàng sau mỗi qui trình sản xuất.

Cấu tạo cảm biến áp suất

Cảm biến dạng điện trở

Cảm biến áp suất điện trở sử dụng sự thay đổi điện trở của một cảm biến đo biến dạng (strain gage) được liên kết với màng ngăn tiếp xúc với môi trường cần kiểm tra áp suất. Màng ngăn kim loại này cho khả năng chống quá áp và áp suất nổ cao.

Ngoài ra, Strain gauge cũng có thể được gắn trên màng ngăn bằng sứ bằng cách sử dụng quá trình gắn màng dày. Khả năng chịu quá áp và áp suất nổ thường thấp hơn nhiều so với các thiết bị có màng ngăn kim loại.

Cảm biến áp suất điện trở

Cảm biến dạng điện dung

Cảm biến áp suât loại điện dung có thể hiển thị sự thay đổi điện dung khi tấm màng bị lệch sự tác dụng của áp suất, loại cảm biến này có độ nhạy cao, có thể đo áp suất dưới 10mbar và chịu được quá tải lớn. Tuy nhiên, các ràng buộc về vật liệu và các yêu cầu về nối và niêm phong có thể hạn chế các ứng dụng.

Cảm biến dạng áp điện

Cảm biến áp điện sử dụng đặc tính của vật liệu áp điện như thạch anh, để tạo ra điện tích trên bề mặt khi có áp lực. Độ lớn điện tích tỷ lệ với lực tác dụng và cực biểu thị hướng của nó. Điện tích tích tụ và tiêu tan nhanh chóng khi áp suất thay đổi, cho phép đo áp suất động thay đổi nhanh.

Cảm biến dạng quang học

Cảm biến áp suất quang học, sử dụng giao thoa kế để đo những thay đổi do áp suất gây ra trong sợi quang, không bị nhiễu điện từ, cho phép sử dụng trong môi trường nhiễu cao hoặc gần các nguồn như thiết bị chụp ảnh bức xạ. Chúng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử nhỏ hoặc công nghệ MEMS, một số loại an toàn về mặt y tế để cấy ghép hoặc sử dụng tại chỗ và có thể đo áp lực tại nhiều điểm dọc theo sợi quang

Sử dụng công nghệ MEMs

Cảm biến MEMS (Hệ thống cơ điện vi mô) chứa cơ chế cảm ứng áp suất điện dung hoặc piezo được chế tạo trên silicon ở độ phân giải ở micrômet. Thiết bị điều hợp tín hiệu sẽ được đóng gói cùng bộ chuyển đổi đầu ra điện MEMS có cường độ nhỏ thành tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu kỹ thuật số. Chúng là những thiết bị gắn trên bề mặt cực nhỏ thường chỉ khoảng 2-3mm, giúp thu thập dữ liệu một cách hiệu quả ở độ phân giải cao

Ứng dụng cảm biến áp suất công nghiệp

a. Hệ thống hơi nước

Trong môi trường công nghiệp, cảm biến áp suất được sử dụng cho nhiều quy trình khác nhau. Cách sử dụng phổ biến là dùng để đo áp suất của hơi nước. Hơi nước thường được sử dụng phổ biến để gia nhiệt cho nhiều quá trình trong các cơ sở sản xuất. Mặc dù vậy, việc gắn cảm biến áp suất trên các hệ thống hơi nước ngoài việc kiểm tra giá trị áp suất còn có thể phục vụ nhiều mục đích khác nhau kiểm soát thời gian, vị trí hơi nước, điều chỉnh áp suất hơi…

Hơi nước có thể tạo áp suất trong bình và trở nên nguy hiểm. Chúng ta có thể sử dụng cảm biến áp suất như một thiết bị đầu vào để đóng mở van điều khiển nhằm giữ cho áp suất và lưu lượng hơi được điều hòa. Điều này chỉ yêu cầu lập trình đơn giản trong PLC để đạt được điều này.

b. Bộ lọc

Cảm biến áp suất cũng được lắp đặt bên cạnh các bộ lọc trong nhiều quy trình công nghiệp. Nếu bộ lọc bắt đầu bị tắc, lưu lượng đi qua lọc giảm. Khi dòng chảy của chất lỏng giảm, áp suất có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào phía nào của bộ lọc được giám sát.

Nếu có một cảm biến áp suất sử dụng để theo dõi các bộ lọc, nó sẽ báo cho bạn rằng bộ lọc bị tắc và cần được làm sạch hoặc thay thế.

c. Đo lường mực nước

Một cách sử dụng phổ biến khác đó là sử dụng cảm biến áp suất làm để đo lường mực nước. Trong bể hở, bạn có thể sử dụng áp suất thủy tĩnh được đo tại cảm biến. Với một phép toán nhỏ, sử dụng kích thước của bể và trọng lượng riêng của chất lỏng, chúng ta có thể xác định khối lượng của chất lỏng trong bể là bao nhiêu.

Nếu bể được đóng lại, việc kiểm tra sẽ khó hơn một chút về khâu lắp đặt, tuy nhiên sử dụng cảm biến áp lự vẫn là một lựa chọn khả thi. Điều này sẽ yêu cầu ít nhất hai cảm biến để đo chênh lệch áp suất.

Cảm biến áp suất cao sẽ được đặt ở dưới cùng của bình đo áp suất chất lỏng và cảm biến áp suất thấp ở gần phía trên để đo áp suất không khí bên trong. Sau khi thu được giá trị đo với một số phép tính đơn giản bạn có thể suy ra được mực nước trong bể

Cảm biến áp suất có màn hình

Các yếu tố khác cần xem xét khi mua cảm biến áp suất

Dùng trong công nghiệp

Các cảm biến áp suất công nghiệp nói chung, phạm vi đo có thể là 0-25 bar hoặc 0-50 bar cho các ứng dụng thủy lực nhẹ hoặc tương tự, trong khi các cảm biến dải cao hơn có thể được thiết kế để đo lên đến 1000 bar hoặc 5000 bar hoặc hơn. Cảm biến được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp nói chung có thể được sử dụng trong nhiều hệ thống thủy lực hoặc khí nén.

Dùng trong y tế

Cảm biến áp suất dùng trong y tế tiếp xúc với cơ thể phải an toàn cho bệnh nhân. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu cảm biến mà còn ảnh hưởng đến vấn đề vệ sinh. Trong phạm vi y tế, một số nhà sản xuất thường làm dưới dạng cảm biến dùng một lần để đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Loại được kết nối sẵn theo module

Cảm biến áp suất có sẵn ở nhiều dạng, chẳng hạn như các phần tử cảm biến riêng lẻ được gắn trên bề mặt hoặc các mô-đun cảm biến được thiết hoàn chỉnh có thể kết nối và sử dụng quy trình riêng

Các kết nối vít gắn trong các cảm biến công nghiệp nói chung có thể phù hợp với kích thước tiêu chuẩn, chẳng hạn như kích thước G ¼ ” ,G ½”, UNF hoặc NPT. Các thông số kỹ thuật như DIN 3852 hoặc EN 837 xác định nhiều loại con dấu khác nhau. Cảm biến áp suất cao có thể sử dụng kích thước ren lớn hơn, chẳng hạn như M16 x 1.5, kết nối bằng tấm seal giữa hai bề mặt kim loại

Các cảm biến nhỏ gắn trên bo mạch có thể được kết nối với một ống góp đúc, một cổng thép gai kích thước tiêu chuẩn để kết nối ống đẩy

Thông số cảm biến

Có thể lựa chọn cảm biến áp suất theo các thông số chính 0-10 bar, cảm biến áp suất 0-10v, cảm biến áp suất nước 0-10v, cảm biến áp suất nước 4-20ma omron. Đây là các thông số phổ biến nhất thường được các anh em kỹ thuật lựa chọn

Hãng sản xuất

Bên cạnh việc lựa chọn các yếu tố trên, bạn cũng có thể cân nhắc một số thương hiệu cảm biến khá nổi tiếng như Sensys, Autonic, Siemens, Huba, Danfoss, Wika… đang được sử dụng khá rộng rãi trên thị trường

Giá cảm biến áp suất là bao nhiêu

Giá cảm biến áp suất rất đa dạng tùy thuộc vào nhiều yếu tố như hãng sản xuất, dải đo, vật liệu sản xuất… Thông thường hãng sản xuất là yếu ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành của cảm biến áp suất. Các sản phẩm đến từ các thương hiệu của Mỹ, Nhật có thể cao gấp vài lần so với sản phẩm cùng thông số đến từ Trung Quốc

Các loại cảm biến áp suất có thông số thông thường sẽ có giá khoảng từ 2.000.000 vnđ ~ 3.000.000 vnđ cho một sản phẩm. Các loại chuyên dụng hơn có giá giao động có thể lên đến hơn 10.000.000 vnđ