Tình trạng rò rỉ khí nén, lây nhiễm chéo,…hay hệ HVAC hoạt động không hiệu quả trong phòng sạch là một vấn đề thường gặp trong các nhà xưởng, phòng sạch. Để phát hiện và khắc phục kịp thời các vấn đề chênh áp, cảm biến áp suất là thiết bị thiết yếu giúp bạn nhận diện bất thường và đưa ra giải pháp nhanh chóng. Cùng tìm hiểu ngay cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách chọn lựa cảm biến áp suất phù hợp trong bài viết này.
1. Cảm biến áp suất là gì?
Cảm biến áp suất, hay còn gọi là đầu dò áp suất, là một thiết bị điện tử thông minh chuyên dụng để đo lường và giám sát chính xác mức độ áp lực của chất lỏng hoặc khí bên trong các hệ thống, thiết bị hoặc đường ống.
Cảm biến hoạt động bằng cách tiếp nhận giá trị áp suất thông qua đầu dò cơ học, sau đó chuyển đổi tín hiệu áp suất này thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này được truyền đến thiết bị hiển thị hoặc thiết bị điều khiển như PLC thông qua dây cáp điện. Tín hiệu đầu ra của cảm biến áp suất thường là tín hiệu analog. Ví dụ như 0-5V, 0-10V, 2-10V, 0,5-4.5V, 4-20mA, hoặc 0-20mA.
Xem thêm: Tiêu chuẩn về chênh áp và áp suất phòng sạch
2. Cấu tạo chung của cảm biến áp suất
Pressure Sensor được chia thành nhiều loại khác nhau tùy theo mục đích sử dụng và cấu tạo, nhưng về cơ bản, chúng đều được cấu thành từ những bộ phận chính sau:
- Thân cảm biến: Bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi tác động từ môi trường, thường làm từ thép không gỉ để đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn.
- Kết nối cơ khí: Nối liền cảm biến với hệ thống, thường có dạng ren, mặt bích hoặc clamp.
- Màng cảm biến: Nhận trực tiếp áp lực từ môi chất và truyền tín hiệu đến bộ phận cảm biến. Màng được thiết kế để chỉ truyền tín hiệu cơ học, không cho phép môi chất xâm nhập.
- Bộ phận làm kín (O-ring): Đảm bảo kín khít giữa màng cảm biến và thân cảm biến, ngăn ngừa rò rỉ môi chất.
- Bộ phận cảm biến: Biến đổi tín hiệu cơ học từ màng cảm biến thành tín hiệu điện (điện trở, điện dung, điện cảm…).
- Bộ phận xử lý: Xử lý tín hiệu điện từ bộ phận cảm biến và chuyển đổi thành tín hiệu chuẩn (4-20mA, 0-5V,…) để truyền đến thiết bị hiển thị hoặc điều khiển.
- Cáp kết nối: Truyền tín hiệu từ bộ phận xử lý đến các thiết bị ngoại vi.
3. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến áp suất hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu áp suất (một đại lượng vật lý) thành tín hiệu điện (một đại lượng dễ đo và xử lý). Khi áp suất tác động lên màng cảm biến, màng sẽ bị biến dạng. Sự biến dạng này sẽ làm thay đổi một thông số vật lý nào đó của các phần tử cảm biến bên trong (ví dụ: điện trở, điện dung, hoặc độ biến dạng của một tinh thể áp điện).
Quá trình hoạt động cụ thể diễn ra như sau:
- Nhận tín hiệu áp suất: Màng cảm biến tiếp xúc trực tiếp với môi chất cần đo. Khi có áp suất tác dụng, màng sẽ bị uốn cong hoặc biến dạng theo cường độ của áp suất.
- Chuyển đổi tín hiệu: Sự biến dạng của màng cảm biến sẽ làm thay đổi một thông số vật lý của các phần tử cảm biến bên trong. Sự thay đổi này được gọi là tín hiệu đầu ra.
- Xử lý tín hiệu: Tín hiệu đầu ra từ phần tử cảm biến thường là một tín hiệu yếu và cần được khuếch đại, lọc nhiễu và chuyển đổi thành một tín hiệu chuẩn (ví dụ: 4-20mA, 0-5V) để dễ dàng truyền đi và xử lý. Việc này được thực hiện bởi một mạch điện tử tích hợp bên trong cảm biến hoặc bởi một bộ chuyển đổi tín hiệu bên ngoài.
- Truyền tín hiệu: Tín hiệu chuẩn được truyền đến các thiết bị hiển thị (đồng hồ, màn hình) hoặc thiết bị điều khiển (PLC, biến tần) để hiển thị giá trị áp suất hoặc thực hiện các hoạt động điều khiển.
4. Phân loại sensor đo áp suất
Absolute Presure Sensor – Cảm biến áp suất tuyệt đối
Cảm biến áp suất tuyệt đối được thiết kế để đo áp suất so với chân không tuyệt đối. Khác với cảm biến áp suất tương đối chỉ đo chênh lệch áp suất so với một giá trị tham chiếu nhất định, cảm biến áp suất tuyệt đối luôn lấy điểm bắt đầu đo là chân không (áp suất bằng 0).
Loại cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như biến đổi áp suất khí quyển hay nhiệt độ, giúp đảm bảo độ chính xác của kết quả đo. Giá trị đo luôn được so sánh với một điểm chuẩn cố định là chân không, đảm bảo tính ổn định và đáng tin cậy của dữ liệu.
Ví dụ minh họa:
Giả sử chúng ta đặt một cảm biến áp suất tuyệt đối trong một bình kín. Ban đầu, khi trong bình không có không khí, cảm biến sẽ chỉ ra giá trị 0 bar (chân không). Khi bơm không khí vào bình với áp suất 1 bar, cảm biến sẽ hiển thị giá trị 1 bar. Điều này cho thấy cảm biến đã đo được áp suất tuyệt đối bên trong bình so với chân không.
Xem thêm: Hệ thống quản lý tòa nhà – BMS – Building Management System
Relative Pressure Sensor – Cảm biến áp suất tương đối
Loại cảm biến này được sử dụng để đo sự chênh lệch áp suất giữa một điểm đo và áp suất khí quyển tại thời điểm đo. Nói cách khác, cảm biến này cho biết áp suất tại điểm đo lớn hơn hay nhỏ hơn so với áp suất khí quyển bao nhiêu.
Ví dụ minh họa:
Giả sử chúng ta đặt một cảm biến áp suất tương đối trong một bình chứa khí. Khi áp suất trong bình bằng với áp suất khí quyển, cảm biến sẽ chỉ ra giá trị 0 bar. Nếu bơm thêm khí vào bình, áp suất trong bình sẽ tăng lên và cảm biến sẽ hiển thị một giá trị dương (ví dụ: 2 bar). Điều này có nghĩa là áp suất trong bình lớn hơn áp suất khí quyển 2 bar.
Differential Pressure Sensor – Cảm biến áp suất chênh áp
Cảm biến áp suất chênh áp sử dụng để xác định sự khác biệt giữa hai áp suất tại hai điểm khác nhau trong một hệ thống. Thay vì đo giá trị tuyệt đối của áp suất, cảm biến này đo chính xác độ chênh lệch giữa các giá trị áp suất này. Chẳng hạn như so sánh áp suất trên và dưới chất lỏng của mức chất lỏng, hoặc sự thay đổi áp suất qua một giới hạn của tốc độ dòng chảy.
Xem thêm: Sensor là gì? Một số loại cảm biến công nghiệp trong phòng sạch
5. Ứng dụng của cảm biến áp suất trong phòng sạch
Cảm biến áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và kiểm soát điều kiện môi trường trong phòng sạch. Các ứng dụng chính của cảm biến áp suất phòng sạch bao gồm:
- Duy trì áp suất dương hoặc âm trong phòng sạch, từ đó ngăn ngừa sự xâm nhập của bụi và vi khuẩn từ môi trường bên ngoài, đảm bảo môi trường làm việc luôn sạch sẽ và vô trùng.
- Sử dụng để theo dõi và điều chỉnh hệ thống HVAC (Hệ thống điều hòa không khí và thông gió), đảm bảo lưu thông không khí và điều kiện nhiệt độ phù hợp, từ đó cải thiện hiệu suất và chất lượng không khí trong phòng sạch.
- Giám sát hiệu suất của hệ thống lọc HEPA, giúp phát hiện dấu hiệu cần làm sạch hoặc thay thế bộ lọc.
- Kiểm soát dòng chảy không khí giữa các khu vực, duy trì sự phân cấp áp suất giữa các khu vực có mức độ sạch khác nhau trong phòng sạch, ngăn ngừa sự lây nhiễm chéo, đảm bảo không khí sạch không bị ô nhiễm bởi không khí từ các khu vực khác.
- Đo mức chất lỏng trong các bình chứa hóa chất để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra an toàn và hiệu quả.
- Cảnh báo rò rì khí nén bằng cách đo sự giảm áp suất đột ngột.
6. Tiêu chí lựa chọn cảm biến áp suất
Khi chọn mua cảm biến áp suất, cần lưu ý các điểm sau để chọn đúng loại và mang lại hiệu quả tốt nhất:
- Lưu chất cần đo: Xác định loại môi chất (nước, hơi, dầu, hóa chất,…) để chọn vật liệu và loại cảm biến phù hợp.
- Dải đo áp suất: Chọn dải đo cao hơn 30% so với áp suất tối đa để đảm bảo độ bền và tránh hỏng cảm biến.
- Đơn vị đo: Xác định đơn vị đo phù hợp (bar, psi, mH2O,…) thuận tiện cho việc theo dõi.
- Kiểu kết nối: Lựa chọn kiểu kết nối phù hợp với đường ống hoặc hệ thống (ren, mặt bích, clamp).
- Sai số cho phép: Xác định sai số cho phép và khả năng chịu quá áp của cảm biến.
- Tín hiệu đầu ra: Chọn tín hiệu ngõ ra phù hợp với nhu cầu (4-20mA, 0-10V, 0-5V,…).
- Nhiệt độ làm việc: Xác định nhiệt độ làm việc của môi chất để chọn cảm biến có nhiệt độ thiết kế phù hợp, và sử dụng phụ kiện giảm nhiệt nếu cần.
SUNTECH vừa thông tin cho bạn về thiết bị Cảm biến áp suất. Hy vọng bạn đã hiểu hơn về cấu tạo, nguyên lý cũng như tiêu chí lựa chọn cảm biến áp suất. SUNTECH cảm ơn bạn đọc đã dành thời gian theo dõi!
Xem thêm: Tổng quan về đồng hồ đo lưu lượng khí phòng sạch
