Cảm biến áp suất trong công nghiệp

1/ Thế nào là áp suất?

Để hiểu về cảm biến áp suất, trước tiên, bạn cần hiểu về áp suất. Áp suất là một biểu hiện của lực tác dụng lên bề mặt trên một đơn vị diện tích. Chúng ta thường đo áp suất của chất lỏng, không khí và các chất khí khác. Đơn vị tiêu chuẩn cho áp suất là “Pascal”, tương đương với một “Newton trên mét bình phương”. Một cảm biến áp suất chỉ đơn giản là theo dõi áp suất này và có thể hiển thị nó bằng một trong một số đơn vị phổ biến trên thế giới. Thường là “Pascal”, “Bar” và “PSI” (Pounds per Square Inch) ở Mỹ.

Một ví dụ tuyệt vời về áp suất và cách đo áp suất chính là áp suất không khí trong lốp xe. Khi chúng ta làm căng lốp, lực tác dụng lên lốp sẽ tăng lên, khiến lốp bị phồng. Nó cũng sẽ được giám sát bằng một cảm biến áp suất bên trong lốp với các loại xe đời mới.

2/ Cảm biến áp suất hoạt động thế nào?

Về cơ bản, một cảm biến áp suất chuyển đổi áp suất thành một tín hiệu điện nhỏ và sau đó được truyền đi và hiển thị. Hai dạng tín hiệu phổ biến được sử dụng là tín hiệu theo cường độ dòng điện từ 4 đến 20 mA và tín hiệu dưới dạng điện áp từ 0 đến 5V.

Hầu hết các cảm biến áp suất hoạt động bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện. Đó là khi vật liệu tạo ra điện tích khi nó phản ứng với ứng suất. Ứng suất này thường là áp suất nhưng có thể xoắn, uốn cong hoặc rung động. Cảm biến áp suất phát hiện áp suất và có thể xác định lượng áp suất bằng cách đo điện tích. Loại cảm biến này cần được hiệu chỉnh để gửi tín hiệu điện áp hoặc miliamp (mA) tương ứng với áp suất nào. Đây được gọi là hiệu chuẩn cơ bản “Zero” và “Span” hoặc tối thiểu và tối đa là loại hình công việc phổ biến đối với nhân viên bảo trì.

3/ Các loại cảm biến áp suất phổ biến nhất

Có ba loại phổ biến thường được sử dụng. Đầu tiên là “Đo áp suất” (Gauge Pressure). Thiết bị này được đo dựa trên áp suất khí quyển thường là 14,7 PSI. Nó sẽ hiển thị áp suất “dương” khi áp suất đo được lớn hơn áp suất khí quyển và “âm” khi thấp hơn áp suất khí quyển.

Loại tiếp theo là “Áp suất tuyệt đối” (Absolute Pressure). Nói một cách đơn giản, đây là kiểu cảm biến áp suất được đo trong chân không tuyệt đối. Chân không sẽ có áp suất tuyệt đối bằng không PSIa và từ đó tăng lên. Nếu áp suất cần đọc thấp hơn áp suất khí quyển, đây là loại cảm biến bạn sẽ sử dụng.

Loại cuối cùng là “Áp suất chênh lệch” (Differential Pressure). Nó đo sự khác biệt giữa hai loại áp suất, áp suất được đo và áp suất tham chiếu.

4/ Ứng dụng của các cảm biến áp suất trong công nghiệp

4.1/ Hệ thống hơi nước

Trong công nghiệp, cảm biến áp suất được sử dụng cho nhiều loại quy trình công nghiệp khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến là đo áp suất của hơi nước. Hơi nước thường được sử dụng để gia nhiệt cho nhiều quá trình trong các cơ sở sản xuất. Cảm biến áp suất này trên hệ thống hơi nước có thể phục vụ nhiều mục đích. Đầu tiên và rõ ràng nhất là quan sát và theo dõi áp suất. Một mục đích khác là kiểm soát thời gian và vị trí hơi nước có thể chảy và điều chỉnh áp suất của nó. Hơi nước có thể làm tăng áp suất trong bình và trở nên nguy hiểm. Chúng ta cũng 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. Hơn nữa, loại cảm biến này chỉ yêu cầu lập trình đơn giản bằng PLC.

4.2/ Các bộ lọc

Cảm biến áp suất cũng được lắp đặt cùng với các bộ lọc trong nhiều quy trình công nghiệp. Nếu bộ lọc bắt đầu có hiện tượng tắc, lưu lượng sẽ 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. Lúc này, cảm biến áp suất sẽ cho bạn một dấu hiệu đơn giản rằng bộ lọc bị tắc và cần được làm sạch hoặc thay thế.

4.3/ Đo mức

Một cách sử dụng phổ biến khác nữa là sử dụng cảm biến áp suất làm cảm biến mức. Trong một bể hở, bạn có thể sử dụng áp suất thủy tĩnh được đo tại cảm biến. Với một vài phép toán nhỏ, dùng thông số kích thước của bể và trọng lượng riêng của chất lỏng, chúng ta có thể xác định được khối lượng của chất lỏng đó trong bể là bao nhiêu. Nếu trong trường hợp bể kín, việc lắp đặt không đơn giản nhưng vẫn là một lựa chọn khả thi. Để giải quyết vấn đề 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 trên cùng đo áp suất không khí bên trong. Một phép tính sau đó có thể được thực hiện để xác định có bao nhiêu chất lỏng trong bể.

5/ Tổng kết

• Áp suất là một biểu thức toán của lực tác dụng lên bề mặt trên một đơn vị diện tích.
• Các đơn vị tiêu chuẩn là Pascal, Bar và PSI hoặc pound trên inch vuông (PSI).
• Cảm biến áp suất chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện có thể được truyền đi và hiển thị.
• Đây là lý do tại sao nhiều cảm biến được gọi là thiết bị phát. Các cảm biến này thường đo Áp suất đồng hồ (Gauge Pressure), Áp suất tuyệt đối (Absolute Pressure) và Áp suất chênh lệch (Differential Pressure).
• Áp suất đồng hồ đo được đo so với áp suất khí quyển, tuyệt đối được đo so với chân không và chênh lệch áp suất là hiệu số giữa hai áp suất.
• Cảm biến áp suất thường được sử dụng để theo dõi áp suất trong các quá trình khác nhau.
• Một ứng dụng phổ biến là theo dõi áp suất hơi.
• Cảm biến áp suất đó có thể được sử dụng để điều khiển van để giữ áp suất hơi ở mức không đổi.
• Một ứng dụng phổ biến khác nhưng ít được biết đến là theo dõi mức chất lỏng trong bồn chứa.
• Kiểm tra bộ lọc tắc nghẽn là một ứng dụng phổ biến của giám sát chênh lệch áp suất. Bằng cách biết áp suất trước và sau bộ lọc, bạn có thể xác định xem nó có bị tắc hay không.