Cảm biến áp suất là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến áp suất là thiết bị chuyên dụng dùng để đo các thông tin áp suất và áp lực của không khí, hơi nước và chất lỏng. Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị. Vì vậy, trong bài viết dưới đây, RX Tradex sẽ giới thiệu về cảm biến áp suất, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng.

1. Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất là một loại thiết bị cảm biến được thiết kế để đo đạc các thông tin về áp suất và áp lực trong các đường ống dẫn khí, hơi, gas hoặc bồn chứa chất lỏng. Thiết bị này còn có nhiều tên gọi khác như đầu dò áp lực, áp kế, chỉ số áp lực, hoặc máy phát áp lực,…

Là một thiết bị điện tử, cảm biến áp suất có khả năng giám sát và theo dõi áp suất tại các vị trí trên để chuyển đổi thành tín hiệu truyền đến màn hình hiển thị, bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu điện từ 4 đến 20mA

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất

2.1 Cấu tạo của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất được cấu tạo từ 2 phần chính: phần cảm biến và phần khối xử lý.

Phần cảm biến: Đây là bộ phận sẽ nhận tín hiệu từ áp suất của khí, hơi hoặc chất lỏng để truyền về khối xử lý. Tùy vào từng loại cảm biến áp suất, tín hiệu cơ học của áp suất sẽ được chuyển đổi thành các dạng tín hiệu khác nhau như điện trở, điện cảm, điện dung hoặc dòng điện,…

Phần khối xử lý: Bộ phận này nhận tín hiệu từ phần cảm biến và chuyển đổi chúng thành các dạng tín hiệu chuẩn trong đo lường áp suất như tín hiệu ngõ ra điện điện áp 4 ~ 20mA, 0 ~ 5VDC, 0 ~ 10VDC, hoặc 1 ~ 5VDC.

2.2 Nguyên lý hoạt động

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

Hầu hết các cảm biến áp suất hoạt động dựa vào cách sử dụng hiệu ứng áp điện, nghĩa là vật liệu sẽ tạo ra điện tích khi phản ứng với ứng suất. Ứng suất này thường là áp suất, nhưng cũng có thể xoắn, uống cong hoặc rung động. Bên trong cảm biến có một màng bằng sứ, và khi áp lực tác động lên bề mặt màng làm thay đổi màng cảm biến. Bộ xử lý sau đó sẽ tính ra giá trị áp suất dựa trên độ biến dạng của màng và cho ra tín hiệu. Do đó, cảm biến cần được hiệu chỉnh để tín hiệu điện áp hoặc dòng điện (mA) tương ứng với mức áp suất nào.

3. Phân loại cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất có thể được phân loại dựa trên phạm vi áp suất mà chúng đo được, phạm vi nhiệt độ hoạt động, và quan trọng nhất là loại áp suất mà chúng đo được. Mặc dù có thể được gọi bằng nhiều tên khác nhau tùy mục đích, nhưng cùng một công nghệ có thể được sử dụng với các tên khác nhau.

Cảm biến áp suất tương đối

Cảm biến áp suất tương đối hoạt động dựa vào nguyên lý so sánh với áp suất không khí. Khi cảm biến áp suất đặt trong môi trường khí quyển, áp suất đo được sẽ là 0 bar. Ví dụ, nếu áp suất tương đối là 1 bar, có nghĩa áp suất tại điểm đo cao hơn áp suất khí quyển 1 bar.

Cảm biến áp suất tuyệt đối

Cảm biến áp suất tuyệt đối hoạt động dựa vào nguyên lý trong cảm biến được nén 1 bar vào cảm biến. Khi cảm biến được được đặt trong môi trường khí quyển, áp suất đo được sẽ là 1 bar. Ví dụ, nếu trong môi trường không khí có 1 lực tác động với giá trị 1 bar thì cảm biến áp suất tuyệt đối sẽ đo được giá trị là 2 bar.

Cảm biến áp suất chênh áp

Cảm biến này đo sự chênh lệch giữa hai áp suất, với mỗi áp suất được kết nối với một bên của cảm biến. Cảm biến chênh lệch áp suất thường được dùng để do các đặc tính như giảm áp suất qua bộ lọc dầu hoặc bộ lọc khí, mức chất lỏng (so sánh áp suất ở trên và dưới bề mặt chất lỏng) hoặc tốc độ dòng chảy (đo sự thay đổi áp suất qua một điểm giới hạn).

Về kỹ thuật, hầu hết các cảm biến áp suất thực chất là cảm biến chênh lệch áp suất. Ví dụ, một cảm biến áp suất tương đối thực chất là một cảm biến chênh lệch áp suất với một mặt mở ra không khí xung quanh.

4. Mốt số ứng dụng của cảm biến áp suất

Hiện nay, đầu dò áp suất được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các nhà máy công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể: 

• Cảm biến đo áp suất thủy lực, khí nén, nước, áp suất gas, và các chất lỏng khác…
• Trong các hệ thống lò hơi, cảm biến áp suất thường được lắp đặt trực tiếp để đo áp suất. Khu vực này đòi hỏi độ đo chính xác cao và khả năng chịu được nhiệt cao.
• Máy nén khí cần đo áp suất để giới hạn áp suất đầu ra, ngăn ngừa quá áp có nguy cơ hư hỏng và cháy nổ. Tại các trạm bơm nước, cũng cần sensor áp suất giám sát và đưa về PLC hoặc biến tần để điều khiển bơm nước hiệu quả.
• Cảm biến áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh áp suất sau van điều khiển, ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất đầu ra.
• Trên các xe cẩu, các ben thủy lực thường được giám sát chặt chẽ vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến lực kéo của ben.

5. Hướng dẫn chọn mua cảm biến áp suất công nghiệp phù hợp

Có nhiều loại cảm biến áp suất với xuất xứ, chức năng đa dạng và nhiều phân khúc giá khác nhau. Tuy nhiên chọn mua cảm biến áp suất công nghiệp như thế nào cho phù hợp với các hệ thống thực tiễn không phải dễ dàng. Trước tiên, cần phải tìm hiểu các yếu tố sau:

• Xác định nhu cầu sử dụng cảm biến áp suất trong hệ thống nào
• Xác định phạm vi áp suất cần đo, bao gồm cả áp suất tối thiểu và tối đa mà cảm biến đo được
• Xác định loại áp suất cần đo, gồm áp suất tĩnh, áp suất động, hoặc áp suất chênh lệch
• Xem xét mức độ chính xác cần thiết để đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu đo lường
• Lựa chọn loại cảm biến có tín hiệu ngõ ra phù hợp như 4-20mA hay 0-10V, 0-5V (tùy vào bộ điều khiển)
• Cần tìm hiểu ren của cảm biến, vì mỗi môi trường đo sẽ có ren kết nối khác nhau. Như ren kết nối tiêu chuẩn: G1/4 G1/2”, NPT ½, NPT ¼. Còn với môi trường như thực phẩm, thuốc là loại Clamp.

6. Tổng kết

Trên đây là những thông tin về cảm biến áp suất mà RX Tradex muốn chia sẻ từ khái niệm, cấu tạo cho đến nguyên lý hoạt động của thiết bị này, Hy vọng qua bài viết, quý doanh nghiệp sẽ có cái nhìn rõ hơn về các loại cảm biến áp suất cũng như cách lựa chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Ngoài ra, nếu quý doanh nghiệp quan tâm đến các giải pháp tự động hóa hiện đại hoặc muốn cập nhật xu hướng mới nhất trong ngành sản xuất điện tử, hãy tham gia NEPCON Việt Nam – triển lãm duy nhất tại Việt Nam về công nghệ SMT, công nghệ kiểm tra, thiết bị và công nghiệp hỗ trợ cho sản xuất điện tử, do RX Tradex Vietnam tổ chức. Đăng ký tham gia ngay tại đây.