Cảm Biến Áp Suất Là Gì? Các Loại Phổ Biến Và Ứng Dụng

Trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, cảm biến áp suất là thiết bị không thể thiếu. Thiết bị giúp giám sát và kiểm soát áp suất của chất lỏng hoặc khí trong đường ống, bồn chứa và thiết bị áp lực. Đồng thời cũng đóng vài trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và ổn định. Hãy cùng Nhật An Khang tìm hiểu rõ hơn về thiết bị này qua bài viết bên dưới nhé.

Cảm Biến Áp Suất Là Gì?

Cảm biến áp suất là một thiết bị điện tử chuyên dụng dùng để đo lường giá trị áp suất của chất lỏng, hơi nóng hoặc khí nén trong đường ống hoặc bồn chứa. Nhiệm vụ cốt lõi của thiết bị là thu nhận lực ép cơ học từ môi chất, sau đó chuyển đổi giá trị áp suất này thành một tín hiệu điện tiêu chuẩn để truyền về bộ điều khiển trung tâm.

Trong một hệ thống công nghiệp, cảm biến áp suất đảm nhận những vai trò vô cùng quan trọng:

• Giám sát áp suất hệ thống: Cung cấp dữ liệu liên tục về áp lực thực tế đang diễn ra trong đường ống, giúp kỹ sư dễ dàng theo dõi từ xa qua màn hình hiển thị.
• Bảo vệ thiết bị và đường ống: Kịp thời phát hiện các sự cố bất thường như quá áp (gây nguy cơ nứt vỡ, cháy nổ) hoặc sụt áp (do rò rỉ), từ đó kích hoạt hệ thống cảnh báo.
• Hỗ trợ điều khiển tự động: Là thiết bị đầu vào (Input) gửi tín hiệu về cho biến tần hoặc bộ điều khiển PLC để tự động tăng/giảm tốc độ bơm, đóng mở van tuyến tính, giữ cho hệ thống luôn vận hành ở trạng thái ổn định nhất.

Xem thêm: Thiết Bị Đo Áp Suất

Cấu Tạo Của Cảm Biến Áp Suất

Một chiếc cảm biến áp suất chuẩn công nghiệp có kết cấu cơ khí chính xác, bao gồm 4 bộ phận chính sau:

• Màng cảm biến (sensor diaphragm): Đây là bộ phận quan trọng nhất, tiếp xúc trực tiếp với môi chất (lưu chất) cần đo. Được chế tạo bằng vật liêu như inox, ceramic hoặc silicon tùy thuộc vào môi trường ứng dụng của màng cảm biến.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu (amplifier circuit): Nằm ngay phía sau màng cảm biến. Khi nhận được tín hiệu biến dạng cơ học từ màng, bộ mạch điện tử này sẽ khuếch đại và chuyển đổi giá trị đó thành các loại tín hiệu điện tiêu chuẩn để đưa ra ngoài.
• Vỏ cảm biến: Đóng vai trò bảo vệ toàn bộ mạch điện tử và lớp màng nhạy cảm bên trong khỏi các tác động tiêu cực từ môi trường bên ngoài như va đập, độ ẩm, hóa chất.
• Cổng kết nối áp suất: Là phần ren hoặc mặt bích ở phần đáy cảm biến dùng để vặn chặt vào đường ống hoặc khớp nối. Các chuẩn kết nối ren phổ biến bao gồm ren G, ren NPT, ren BSP.

Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Áp Suất

Quy trình xử lý và truyền tải thông tin của cảm biến áp suất diễn ra theo một chu trình khép kín và liên tục:

• Áp suất tác động lên màng cảm biến: Lưu chất (hơi, khí, nước) di chuyển trong đường ống đi vào cổng kết nối và ép trực tiếp một lực lên màng cảm biến.
• Sự thay đổi điện trở hoặc điện dung: Phía sau lớp màng có gắn các cảm biến điện trở vi mô hoặc các bản cực điện dung. Khi màng bị ép cong, giá trị điện trở hoặc giá trị điện dung của mạch sẽ thay đổi một cách tuyến tính tương ứng với lực ép nhận được.
• Xuất tín hiệu về bộ điều khiển PLC hoặc biến tần: Mạch điện tử tích hợp lập tức đo lường sự thay đổi điện trở hoặc điện dung này, dịch mã và phát ra tín hiệu dòng 4-20 mA hoặc áp 0-10 V để truyền thẳng về tủ điều khiển PLC hoặc biến tần xử lý trung tâm.

Các Loại Cảm Biến Áp Suất Phổ Biến

Trong ngành đo lường và tự động hóa công nghiệp, cảm biến áp suất được chia thành 4 dòng sản phẩm cốt lõi dưới đây. Mỗi loại có thiết kế phần cứng và vùng ứng dụng hoàn toàn khác nhau.

Cảm Biến Áp Suất Tương Đối (Gauge Pressure)

Đây là dòng cảm biến phổ biến nhất trên thị trường, chiếm đến hơn 90% các ứng dụng đo lường trong nhà máy hiện nay.

• Đặc điểm: Loại cảm biến này lấy mốc áp suất chuẩn zero chính là áp suất khí quyển xung quanh chúng ta. Phần bo mạch bên trong thân cảm biến luôn có một lỗ thông khí nhỏ được bảo vệ bằng màng chống nước để cân bằng với áp suất môi trường.
• Nguyên lý: Khi đường ống không có áp lực (đang mở rỗng ra môi trường), cảm biến sẽ báo về giá trị 0. Thiết bị chỉ đo phần áp suất chênh lệch cao hơn áp suất khí quyển.
• Ứng dụng: Đo áp suất nước cấp, áp suất đường ống hơi nóng, áp lực khí nén, hệ thống thủy lực, bồn chứa hở…

WIKA S-11 là cảm biến áp suất nổi bật với màng cảm biến chống bám cặn, độ chính xác cao và phù hợp cho ngành thực phẩm, dược phẩm.

Cảm Biến Áp Suất Tuyệt Đối (Absolute Pressure)

Dòng cảm biến này được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao mà không bị sai lệch bởi sự thay đổi thời tiết hay độ cao địa lý.

• Đặc điểm: Mốc chuẩn zero được chọn là môi trường chân không tuyệt đối (0 bar tuyệt đối). Buồng tham chiếu phía sau màng cảm biến được hút chân không hoàn toàn và niêm phong kín lại.
• Nguyên lý: Giá trị mà cảm biến đo được luôn bằng áp suất khí quyển thực tế cộng với áp suất tương đối trong đường ống. Ngay cả khi bạn để cảm biến ở ngoài trời, nó vẫn sẽ báo giá trị khoảng 1 bar(áp suất khí quyển).
• Ứng dụng: Thường dùng trong các phòng thí nghiệm, trạm khí tượng thủy văn, các hệ thống chưng cất áp suất thấp, hoặc ngành hàng không vũ trụ.

WIKA A-10 là dòng cảm biến áp suất công nghiệp đa dụng với thiết kế nhỏ gọn, độ ổn định cao và khả năng hoạt động bền bỉ trong nhiều hệ thống hơi, khí nén và thủy lực.

Cảm Biến Áp Suất Chênh Áp (Differential Pressure)

Hay còn gọi là bộ chênh áp (DP Transmitter). Đây là dòng cảm biến có cấu trúc phần cứng phức tạp nhất.

• Đặc điểm: Thân cảm biến có hai cổng kết nối áp suất độc lập, thường được ký hiệu là cổng cao áp (High – H) và cổng thấp áp (Low – L).
• Nguyên lý: Thiết bị không đo áp suất so với khí quyển, mà đo sự chênh lệch áp lực cơ học giữa hai điểm H và L. Lớp màng cảm biến nằm ở giữa sẽ dịch chuyển dựa trên độ lệch áp giữa hai đầu này.
• Ứng dụng:
  • Đo lưu lượng: Lắp trước và sau một tấm rỗ (Orifice plate) trên đường ống hơi để tính toán lưu lượng dòng chảy.
  • Đo mức nước: Lắp ở đáy và đỉnh của bồn chứa kín để tính mức chất lỏng.
  • Giám sát lọc: Lắp trước và sau các bộ lọc khí nén/khí phòng sạch (HVAC) để cảnh báo khi lọc bị nghẹt.

Cảm Biến Áp Suất Chân Không (Vacuum Pressure)

Được thiết kế riêng để đo dải áp lực nằm phía dưới mốc áp suất khí quyển.

• Đặc điểm: Dải đo đặc trưng của dòng này nằm trong khoảng từ 1 bar đến 0 bar (hoặc mở rộng sang thang đo dương như 1 đến 10 bar gọi là cảm biến áp suất hợp chất).
• Nguyên lý: Khi hệ thống bị hút rút hết không khí ra ngoài, lực hút (áp suất âm) sẽ kéo màng cảm biến di chuyển ngược hướng so với áp suất dương, tạo ra tín hiệu điện tương ứng.
• Ứng dụng: Chuyên dùng giám sát các hệ thống bơm hút chân không, dây chuyền đóng gói hút chân không thực phẩm, máy định hình nhựa, hoặc hệ thống sấy chân không trong ngành dược phẩm.

Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của Cảm Biến Áp Suất

Ưu điểm

• Độ chính xác cao: Sai số cực nhỏ, vượt trội hơn hẳn so với đồng hồ cơ.
• Giám sát liên tục: Khả năng đo và cập nhật dữ liệu liên tục theo thời gian thực (Real-time).
• Tích hợp hệ thống tự động hóa: Dễ dàng kết nối với PLC, Scada, biến tần giúp tối ưu hóa quy trình vận hành không cần con người.
• Thiết kế nhỏ gọn: Tiết kiệm không gian lắp đặt, trọng lượng nhẹ, dễ bố trí trên các cụm van phức tạp.
• Đa dạng dải đo: Đáp ứng mọi dải áp lực từ vài mbar (áp suất siêu thấp) cho đến hàng ngàn bar (áp suất siêu cao).

Nhược điểm

• Dễ bị ảnh hưởng bởi rung động mạnh: Rung lắc cơ học từ bơm hoặc máy nén khí nếu truyền trực tiếp lên cảm biến có thể làm sai lệch kết quả hoặc lỏng mối nối điện.
• Cần chọn đúng dải áp suất: Nếu chọn dải quá sát áp suất chạy thực tế, hiện tượng quá áp đột ngột (như búa nước) có thể làm nổ màng cảm biến ngay lập tức.
• Môi trường nhiệt độ cao cần cảm biến chuyên dụng: Các linh kiện điện tử trong cảm biến thường chỉ chịu được nhiệt độ dưới 85°C. Khi đo hơi nóng hay chất lỏng sôi, bắt buộc phải dùng thêm ống xi-phông giảm nhiệt hoặc chọn dòng cảm biến màng cách ly chịu nhiệt cao chuyên dụng.

Ứng Dụng Của Cảm Biến Áp Suất

Cảm biến áp suất xuất hiện ở hầu khắp các vị trí cốt lõi trong quy trình sản xuất công nghiệp:

• Hệ thống hơi nóng: Giám sát áp suất ngõ ra của lò hơi, kiểm soát áp áp suất sau trạm van giảm áp để cấp vào dàn sấy, nồi nấu.
• Hệ thống khí nén: Giám sát áp lực bình tích khí, điều khiển đóng cắt tải cho máy nén khí trục vít.
• Hệ thống thủy lực: Giám sát áp lực dầu của các bộ nguồn thủy lực, xylanh ép lực lớn trong nhà máy gạch, cơ khí chế tạo.
• Nhà máy xử lý nước: Điều khiển biến tần bơm nước tự động duy trì áp suất ổn định trên mạng lưới đường ống cấp nước tòa nhà, khu công nghiệp.
• Hệ thống HVAC: Đo áp suất chênh lệch trước và sau màng lọc túi khí để cảnh báo thay lọc định kỳ cho phòng sạch, hệ thống điều hòa trung tâm.
• Ngành thực phẩm và dược phẩm: Sử dụng cảm biến áp suất màng phẳng đạt tiêu chuẩn vi sinh, không có góc chết để tránh đọng sữa, thuốc gây mất an toàn vệ sinh.

Xem thêm: Đồng Hồ Áp Suất Là Gì?

Cảm biến áp suất là thiết bị quan trọng giúp giám sát và bảo vệ hệ thống công nghiệp vận hành ổn định, an toàn. Việc lựa chọn đúng loại cảm biến phù hợp với áp suất, nhiệt độ và môi trường làm việc sẽ giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí vận hành lâu dài. Nhật An Khang mong rằng qua bài viết bên trên giúp bạn có thể dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp với hệ thống công nghiệp.

Nhật An Khang Đại Lý Phân Phối Van Công Nghiệp Chính Hãng Và Uy Tín

Công ty Nhật An Khang với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực van công nghiệp và các thiết bị đo lường chúng tôi tự hào là một trong những đơn vị cung cấp các giải pháp toàn diện từ tư vấn, hỗ trợ, cung cấp thiết bị một cách chỉnh chu nhất.

Nhật An Khang là nhà phân phối chính hãng của nhiều thương hiệu van công nghiệp nổi tiếng thế giới như YNV, SOY, HELS, AUTOMA, BVALVE,… không chỉ là sản phẩm đa dạng mà còn cung cấp đầy đủ chính hãng CO-CQ, đảm bảo giá cạnh tranh nhất.

Hãy để Công ty Nhật An Khang mang đến sự yên tâm cho bạn. Chúng tôi cam kết về chất lượng sản phẩm. Chúng tôi cũng đảm bảo sự tận tâm từ dịch vụ. Mục đích là để tối ưu nhất cho cơ quan, doanh nghiệp của bạn.

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT NHẬT AN KHANG

• Website chính thức: https://nakvalve.com.vn/
• Hotline: 0906 392 003
• Đ/c: 102/87/3 Lê Văn Thọ, Phường 11, Quận Gò Vấp, TP. HCM