Có các tên gọi khác như cảm biến đo áp suất, cảm biến áp lực hay sensor áp suất, thiết bị này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn, độ chính xác và hiệu suất hoạt động của máy móc, dây chuyền sản xuất. Trong bài viết sau, Intech Group sẽ giúp bạn hiểu rõ cảm biến áp suất là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách phân loại phổ biến hiện nay. 

1. Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất tên tiếng Anh: Pressure Sensor, còn được gọi là Pressure Transmitter hoặc Pressure Transducer là thiết bị cơ điện tử dùng để đo lường, giám sát và kiểm soát áp suất trong hệ thống đường ống, thiết bị công nghiệp hoặc môi trường có chất lỏng và khí. Thiết bị này còn có nhiều tên gọi khác như: cảm biến đo áp suất, cảm biến áp lực, đầu dò áp suất, sensor áp suất, sensor áp lực,…

Cảm biến hoạt động bằng cách tiếp nhận giá trị áp suất thông qua đầu dò cơ học, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng. Tín hiệu này sẽ được truyền về các thiết bị hiển thị, thiết bị điều khiển tự động hoặc hệ thống PLC thông qua dây dẫn điện. Các chuẩn tín hiệu ngõ ra phổ biến của cảm biến áp suất gồm: 0–5V, 0–10V, 2–10V, 0.5–4.5V, 4–20mA, 0–20mA,…

Cảm biến áp suất được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: sản xuất, xử lý nước, dầu khí, thực phẩm, đồ uống, hệ thống HVAC và nhiều lĩnh vực khác có yêu cầu kiểm soát áp suất trong quy trình vận hành.

2. Cấu tạo của cảm biến áp suất (Pressure Sensor)

Cảm biến áp suất hay còn gọi là cảm biến áp lực hoặc sensor áp suất, được thiết kế với nhiều loại và biến thể khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Cấu tạo của cảm biến áp suất gồm các bộ phận chính sau:

Thân cảm biến (Sensor Body)

Đây là phần vỏ bao bọc bên ngoài, giúp bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi tác động của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất hay rung động. Thân cảm biến thường được chế tạo từ thép không gỉ SS304, SS316 hoặc các vật liệu chuyên dụng khác, đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn cao.

Kết nối cơ khí (Process Connection)

Là phần tiếp xúc giữa cảm biến và hệ thống đo, thường có các dạng như kết nối ren, kết nối mặt bích hoặc kết nối clamp. Bộ phận này giúp cố định và làm kín cảm biến với thiết bị, đường ống hoặc hệ thống đang cần đo áp suất.

Màng cảm biến (Sensing Diaphragm)

Nằm bên trong bộ phận cảm biến, màng cảm biến là nơi tiếp nhận áp suất từ môi chất khí hoặc chất lỏng và truyền áp lực đó lên bộ phận cảm biến phía trên. Màng này có tác dụng ngăn môi chất tiếp xúc trực tiếp với các linh kiện điện tử, tránh gây hư hỏng.

Bộ phận làm kín (O-ring Seals)

Được làm từ cao su hoặc các hợp chất đàn hồi khác, O-ring đóng vai trò làm kín giữa màng cảm biến và thân cảm biến, đảm bảo môi chất không rò rỉ vào phần điện tử.

Bộ phận cảm biến (Capsule)

Capsule là nơi chuyển đổi tín hiệu áp suất thành các tín hiệu điện tương ứng như điện trở, điện dung, điện cảm hoặc tín hiệu dòng điện. Đây là bộ phận chính giúp cảm biến thực hiện việc đo áp suất chính xác.

Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processor)

Nhận tín hiệu từ capsule và thực hiện xử lý, sau đó chuyển đổi thành các dạng tín hiệu chuẩn như: 4–20mA, 0–5VDC, 0–10VDC, 1–5VDC,… để truyền đến thiết bị điều khiển hoặc hiển thị.

Cáp kết nối (Cable Connection)

Là phần dây tín hiệu nằm ở đầu cảm biến, dùng để truyền dữ liệu từ bộ xử lý đến thiết bị đầu cuối như màn hình hiển thị, bộ điều khiển trung tâm, hệ thống cảnh báo,... Phần cáp có thể có đầu nối bảo vệ bằng nhựa hoặc kim loại tùy theo thiết kế.

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất (Pressure Sensor hoặc Pressure Transducer) dựa trên việc chuyển đổi giá trị áp suất vật lý thành tín hiệu điện để xử lý và truyền đi. Khi môi chất chất lỏng hoặc khí tạo ra áp suất tác động lên màng cảm biến sẽ được tích hợp với các phần tử nhạy áp như điện trở, điện dung hoặc áp điện cảm biến sẽ ghi nhận sự thay đổi.

Lực tác động cơ học từ áp suất làm biến dạng màng cảm biến, kéo theo sự thay đổi về đặc tính điện (điện trở, điện áp, dòng điện). Các thông tin này được chuyển đến bộ vi xử lý tích hợp trong cảm biến, nơi tín hiệu sẽ được xử lý và hiệu chỉnh để cho ra các tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn như: 4–20mA, 0–10V, 0–5V,…

Tín hiệu đầu ra sau đó được truyền về thiết bị hiển thị (nếu chỉ dùng để quan sát thông số áp suất), hoặc thiết bị điều khiển như PLC để thực hiện các chức năng tự động hóa như điều khiển bơm, van, động cơ,... đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả.

4. Phân loại cảm biến đo áp suất phổ biến hiện nay

Cảm biến đo áp suất được phân loại theo nhiều tiêu chí như nguyên lý hoạt động, tín hiệu ngõ ra, môi trường ứng dụng,… Cảm biến đo áp suất bao gồm 3 loại phổ biến sau:

Cảm biến áp suất tuyệt đối (Absolute Pressure Sensor)

Cảm biến áp suất tuyệt đối là loại cảm biến dùng để đo áp suất so với chân không hoàn toàn. Bên trong cảm biến luôn được duy trì một áp suất chuẩn là 1 bar, đóng vai trò làm mốc so sánh. Khi đặt cảm biến trong môi trường khí quyển, giá trị áp suất đo được sẽ là 1 bar.

Loại cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của áp suất khí quyển, cho kết quả ổn định hơn trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, ít nhiễu bởi môi trường xung quanh.

Cảm biến áp suất tương đối (Gauge/Relative Pressure Sensor)

Cảm biến áp suất tương đối là loại cảm biến đo áp suất so với áp suất khí quyển tại thời điểm hiện tại. Khi không có áp lực tác động và đặt trong môi trường khí quyển, cảm biến sẽ hiển thị giá trị áp suất = 0 bar. Cảm biến áp suất tương đối phù hợp với các ứng dụng dân dụng và công nghiệp thông thường như giám sát hệ thống khí nén, nước, dầu…

Cảm biến chênh lệch áp suất (Differential Pressure Sensor)

Cảm biến chênh lệch áp suất được thiết kế để đo sự khác biệt giữa hai điểm áp suất. Cảm biến này có hai cổng đầu vào áp suất, mỗi cổng kết nối với một vị trí khác nhau trong hệ thống.

• Giám sát độ giảm áp suất qua bộ lọc khí hoặc bộ lọc dầu.

• Đo mức chất lỏng trong bồn chứa bằng cách đo áp suất trên và dưới mức chất lỏng.

• Đo lưu lượng chất lỏng hoặc khí qua đường ống dựa trên sự thay đổi áp suất tại hai đầu của tiết lưu.

5. Ứng dụng của cảm biến áp suất trong công nghiệp và đời sống

Cảm biến áp suất có đầu dò áp suất là thiết bị quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Với khả năng đo lường chính xác áp suất của chất lỏng hoặc khí, thiết bị này đóng vai trò không thể thiếu trong việc giám sát, kiểm soát và tự động hóa quy trình vận hành. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của cảm biến đo áp suất:

Sử dụng hệ thống thủy lực, khí nén và chất lỏng

• Đo áp suất thủy lực trong các hệ thống ben thủy lực, máy ép thủy lực.

• Giám sát áp suất khí nén trong máy nén khí để đảm bảo không vượt quá giới hạn an toàn, tránh sự cố quá áp hoặc cháy nổ.

• Đo áp suất chất lỏng như nước, dầu, hóa chất, gas trong đường ống hoặc bồn chứa.

Sử dụng trong hệ thống lò hơi

Cảm biến áp suất được lắp đặt trực tiếp trên lò hơi để đo áp suất hơi nước. Đây là môi trường có nhiệt độ cao, yêu cầu độ chính xác và độ bền cao của cảm biến nhằm đảm bảo an toàn vận hành.

Sử dụng trong trạm bơm và hệ thống cấp nước

• Giám sát áp suất nước trong các trạm bơm, đưa tín hiệu về biến tần hoặc PLC để điều khiển hoạt động bơm.

• Duy trì áp suất ổn định cho đường ống cấp nước dân dụng và công nghiệp.

Điều khiển van và ổn định áp suất đầu ra

Cảm biến áp lực giúp giám sát và điều chỉnh áp suất sau van điều khiển, đảm bảo áp suất đầu ra luôn ổn định, chính xác theo yêu cầu vận hành của hệ thống.

Sử dụng trên xe cẩu và thiết bị nâng hạ

Trên các loại xe cơ giới như xe cẩu, cảm biến áp suất được gắn vào ben thủy lực để kiểm soát lực nâng hạ, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Đo mức bồn chứa bằng cảm biến áp suất

Trong các tank chứa nước hoặc nguyên vật liệu, sensor áp suất được dùng để đo mức chất lỏng gián tiếp thông qua giá trị áp suất, hỗ trợ kiểm soát lượng tồn kho hiệu quả.

Ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động

Cảm biến áp suất đóng vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất linh kiện điện tử, ô tô, thực phẩm nơi yêu cầu độ chính xác cao và khả năng tích hợp với hệ thống điều khiển tự động hóa.

6. Những lưu ý khi chọn mua cảm biến áp suất

Để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ bền của thiết bị, việc lựa chọn cảm biến đo áp suất phù hợp với môi trường và mục đích sử dụng vô cùng quan trọng. Dưới đây là những tiêu chí quan trọng bạn cần lưu ý khi chọn mua cảm biến áp suất:

Xác định dải đo áp suất phù hợp

Dải đo (range) là yếu tố quan trọng khi chọn cảm biến áp suất. Nếu chọn cảm biến có dải đo thấp hơn áp suất thực tế, màng cảm biến sẽ bị hư hỏng do quá áp. Ngược lại, chọn cảm biến có dải đo quá lớn so với áp suất cần đo sẽ dẫn đến sai số cao, kết quả không chính xác. 

Lưu ý: Dải đo lý tưởng nên nằm trong khoảng 70-80% áp suất tối đa của môi trường cần đo.

Chọn cảm biến theo môi trường đo

Cảm biến áp suất được thiết kế riêng cho từng loại chất lỏng hoặc khí: nước, dầu, khí nén, hơi nước, hóa chất,... Việc chọn đúng loại cảm biến theo từng môi trường sẽ giúp đảm bảo độ chính xác và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Nhiệt độ môi trường làm việc

Hãy kiểm tra phạm vi nhiệt độ mà cảm biến có thể hoạt động ổn định. Với môi trường nhiệt độ cao lò hơi, dây chuyền công nghiệp, cần chọn cảm biến chịu nhiệt, có khả năng chống cháy nổ.

Kiểu ren kết nối của cảm biến

Một số tiêu chuẩn ren kết nối phổ biến như: G1/4”, G1/2”, NPT 1/4, NPT 1/2. Với ngành thực phẩm, dược phẩm,... nên sử dụng kiểu kết nối dạng Clamp để dễ vệ sinh và đảm bảo an toàn. Hãy đảm bảo ren kết nối của cảm biến tương thích với hệ thống lắp đặt.

Tín hiệu đầu ra của cảm biến áp suất

Các loại tín hiệu phổ biến gồm 4-20mA, 0-10V, 0-5V, tùy thuộc vào bộ điều khiển bạn đang sử dụng. Nếu tín hiệu không tương thích, có thể sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu để đảm bảo truyền dữ liệu chính xác.

Giá thành cảm biến áp suất

Mức giá cảm biến dao động từ vài triệu đến hàng chục triệu đồng, tùy theo hãng sản xuất, chất lượng và dải đo. Hãy cân nhắc giữa giá thành và chất lượng, tránh chọn cảm biến rẻ nhưng kém ổn định.

Chọn mua cảm biến tại đơn vị uy tín

Luôn ưu tiên mua cảm biến áp suất chính hãng, đầy đủ giấy tờ chứng nhận chất lượng, bảo hành rõ ràng vì những cảm biến không chất lượng dễ dẫn đến hỏng hóc, sai số và mất an toàn trong quá trình sử dụng.

Kết luận

Trên đây là những thông tin về cảm biến áp suất mà chúng tôi mong muốn chia sẻ. Intech Group hy vọng qua bài viết này bạn đọc đã có thể hiểu thêm về các loại cảm biến áp suất và cách lựa chọn được thiết bị tốt, phù hợp với nhu cầu sử dụng. 

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các thiết bị trong lĩnh vực tự động hóa, hãy để lại liên hệ cho chúng tôi qua hotline 0966.966.103 / 0966 966 032. Với phương châm làm việc tận tâm, chuyên nghiệp Intech Group luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất với giá thành hợp lý nhất thị trường!

Xem thêm: 

Cảm biến hồng ngoại là gì? 

Động cơ điện một chiều là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng

Sensor là gì? Cấu tạo và phân loại cảm biến phổ biến