cảm biến áp suất là gì
Cảm biến áp suất biến áp suất trong một đường ống, trong xi lanh hoặc trong bình thành một tín hiệu điện mà máy đọc được. Trên trạm nguồn thủy lực, đường ống khí nén, cụm bơm trên skid hay bệ thử, nó là phần tử giúp hệ thống điều khiển biết lưu chất đang thế nào, thay vì để người vận hành tự nhìn mặt số.
Thuật ngữ này bao gồm hai thứ vẫn được tách ra trong danh mục hàng hóa nhưng không bao giờ tách rời trong lắp đặt thực tế. Một phần tử cảm biến đơn thuần chỉ tạo ra một tín hiệu nhỏ và cần được xử lý trước khi bất kỳ thiết bị nào đọc được nó. Bộ truyền thì gói phần tử đó cùng mạch điện tử khuếch đại, tuyến tính hóa và bù nhiệt độ, cộng thêm một tầng đầu ra phát tín hiệu chuẩn. Gần như mọi thiết bị được bán cho ngành chế tạo máy thuộc về loại thứ hai, đó là lý do hai từ này vẫn bị dùng lẫn trong thực tế.
Việc chọn thiết bị cho một cỗ máy xoay quanh bốn câu hỏi: công nghệ cảm biến phải chịu đựng được những gì, số đọc được quy chiếu theo mốc áp suất nào, hệ thống điều khiển nhận dạng đầu ra nào, và cổng trên máy sẵn có kiểu kết nối quá trình nào. Ràng buộc thường cố định nhất nằm ở câu hỏi cuối, bởi một cổng không thay đổi được dễ dàng như một cảm biến.
Cách cảm biến áp suất đo
Ba công nghệ chiếm phần lớn cảm biến áp suất gắn trên máy, và chúng hỏng theo những cách khác nhau. Phần tử áp điện trở dùng một màng chắn silicon với mạng điện trở khuếch tán; nó nhạy, chi phí thấp và hợp với khí sạch, khô cũng như áp suất trung bình, và là công nghệ đứng sau hầu hết các bộ truyền giá thấp. Điện trở biến dạng màng mỏng lắng đọng trực tiếp phần tử đo lên màng chắn thép, cho một phần tử bền bỉ ở áp suất cao hơn và trong nhiệm vụ thủy lực, chịu xung áp tốt hơn. Phần tử điện dung đo độ vồng của một màng chắn so với một bản cực cố định, và được chọn khi độ ổn định cùng hệ số điều chỉnh dải quan trọng hơn giá thành.
Giữa một phần tử cảm biến và một thiết bị đo đúng nghĩa là khâu bù nhiệt độ. Mọi công nghệ kể trên đều trôi theo nhiệt độ môi trường và nhiệt độ quá trình, và độ trôi ấy lớn hơn con số độ chính xác trên dải làm việc nếu nó không được hiệu chỉnh. Việc hiệu chỉnh nằm trong mạch điện tử, đó là lý do bộ truyền đắt hơn phần tử trần, và cũng là lý do giới hạn nhiệt độ của mạch điện tử đáng được quan tâm ngang giới hạn nhiệt độ của môi trường đo.
Con đường cơ học mà áp suất phải đi tới phần tử cảm biến cũng quan trọng không kém chính phần tử đó. Một bộ truyền lắp trực tiếp tại điểm lấy áp nhìn thấy môi chất một cách trực tiếp. Một bộ truyền đặt sau ống xung áp thì nhìn thấy áp suất đã bị đường ống ấy biến đổi: ngưng tụ trong đường khí hoặc khí lẫn trong đường lỏng làm thay đổi áp suất tới nơi, còn một nguồn dao động như bơm pittông áp đặt một áp suất nhấp nhô mà phép đọc trực tiếp sẽ bám theo. Cơ cấu giảm chấn tại cổng áp suất, hoặc một ống xung áp được bố trí để giữ lại đúng pha, là một phần của phép đo có ý nghĩa.
Lựa chọn cấu hình
Phần lớn thông số được quyết định bởi những lựa chọn này chứ không phải bởi cấp chính xác. Mỗi lựa chọn ràng buộc lựa chọn kế tiếp, nên chúng được chốt theo thứ tự.
| Cấu hình | Tùy chọn cần xác định | Nó thực sự quyết định điều gì |
| Công nghệ cảm biến | Áp điện trở, điện trở biến dạng màng mỏng hoặc điện dung | Khả năng chịu quá áp và chịu xung áp, độ ổn định theo thời gian, và dải áp suất mà công nghệ ấy phát huy tốt nhất. |
| Mốc tham chiếu áp suất | Tương đối, tuyệt đối, tương đối kín hoặc chênh lệch | Ý nghĩa của điểm không. Cảm biến tương đối đọc so với khí quyển và di động theo thời tiết, còn cảm biến tuyệt đối thì không; điều này quan trọng trên hệ chân không hoặc bình kín. |
| Dải đo và điểm làm việc | Toàn dải của cảm biến đặt cạnh áp suất mà máy thường chạy ở đó | Độ thay đổi nhỏ nhất còn phân giải được khi vận hành, và đó thường chính là điều ứng dụng phải phụ thuộc vào. |
| Dạng tín hiệu đầu ra | Dòng điện hai dây, áp điện ba dây, hoặc bus số | Cảm biến nối với bộ điều khiển thế nào và đi dây ra sao. Chức năng các chân khác nhau giữa các dạng, nên dạng tín hiệu phải được chốt trước khi lên kế hoạch đi dây. |
| Điện áp nguồn nuôi | Nguồn danh định sẵn có trên máy, và phương án dải nguồn rộng nếu có | Cảm biến có chạy từ điện áp điều khiển đã có sẵn hay không, và có phải cấp thêm một nguồn riêng hay không. |
| Kết nối quá trình | Ren, mặt bích, dạng kẹp hoặc đặt riêng | Cảm biến có lắp vào được cổng đã tồn tại hay không. Một kiểu ren đặt riêng thường rẻ hơn gia công lại cụm ống góp. |
| Kết nối điện | Phích cắm, lối vào cáp có làm kín hoặc đầu nối tròn | Cảm biến được thay thế ra sao khi đang vận hành, và kết nối ấy chịu được nước làm mát, rửa trôi và rung động đến đâu. |
| Vật liệu phần tiếp xúc và nhiệt độ môi trường đo | Vật liệu thân và màng chắn, cùng phiên bản nhiệt độ | Môi trường đo có ăn mòn cảm biến hay không, và dải nhiệt độ tiêu chuẩn có bao trùm quá trình hay phải dùng phiên bản nhiệt độ cao. |
Cách chọn cảm biến áp suất
| Yếu tố | Vì sao nó quyết định kết quả | Cách xác định trước khi gửi yêu cầu |
| Áp suất làm việc thường gặp và áp suất đỉnh | Dải đo quyết định độ phân giải, còn áp suất đỉnh quyết định cảm biến phải chịu đựng được gì | Nêu riêng áp suất thường gặp và áp suất lớn nhất, đồng thời cho biết đỉnh ấy được duy trì liên tục hay chỉ là xung lúc khởi động. |
| Mốc tham chiếu áp suất | Nó định nghĩa điểm không, và mốc chọn sai thì về sau không thể sửa lại bằng hiệu chuẩn | Hãy nêu rõ tương đối, tuyệt đối hay tương đối kín, thay vì suy ra từ kiểu máy. |
| Môi trường đo và nhiệt độ của nó | Ăn mòn và nhiệt độ là hai lý do phổ biến nhất khiến cảm biến áp suất trên máy hỏng sớm | Gọi tên lưu chất, nồng độ của nó nếu không phải nước sạch hay dầu, và nhiệt độ tại điểm lấy áp. |
| Kết nối quá trình đang có | Cổng thường là ràng buộc cố định, vì gia công lại cụm ống góp tốn kém hơn chỉnh cảm biến cho khớp | Cho biết kiểu ren, hoặc kích thước nếu là mặt bích hay dạng kẹp, cùng mặt làm kín. |
| Đầu vào của hệ thống điều khiển | Kiểu đầu vào của bộ điều khiển và đường dây đã đi sẵn quyết định dạng tín hiệu đầu ra | Gọi tên card đầu vào và nó nhận dòng điện hay áp, cùng chỗ cảm biến sẽ được đấu vào. |
| Môi trường tại vị trí cảm biến | Rung động, rửa trôi, nước làm mát và phơi ngoài trời tác động lên cả thân lẫn kết nối | Mô tả cảm biến nằm ở đâu trên máy, và nó có bị xịt nước hay bị ngập phoi hay không. |
| Đặc tính động của nguồn áp | Một bơm nhấp nhô hoặc một van đóng cắt nhanh áp đặt áp suất dao động, làm thay đổi ý nghĩa của số đọc | Cho biết áp suất là ổn định hay nhấp nhô, và cần số đọc đã được giảm chấn hay đã được lấy trung bình. |
Một cảm biến áp suất đo tại một điểm trong hệ thống. Khi lưu lượng được suy ra từ áp suất, kết quả phụ thuộc vào hình học giữa điểm lấy áp và điểm tham chiếu, nên cùng một cảm biến sẽ cho những đáp số khác nhau trên những bố trí lắp đặt khác nhau.
Các lựa chọn thay thế gần nhất
Đây là những loại mà một yêu cầu về cảm biến áp suất thường hóa ra là, và là điểm mà lựa chọn thực sự được quyết định.
| Loại thay thế gần nhất | Điều gì phân biệt nó với cảm biến áp suất |
| Cảm biến lực | Cảm biến lực đo một tải trọng đặt trực tiếp lên nó, còn cảm biến áp suất đo lực trên một đơn vị diện tích của lưu chất. Khác biệt nằm ở bố trí cơ khí nhiều hơn là ở mạch điện: cảm biến lực nhận tải qua chính thân nó, và không thể được thay bằng một số đọc áp suất nếu diện tích không được biết trước và không giữ nguyên. |
| Cảm biến mức | Phép đo mức thường được suy ra từ áp suất ở đáy bình, và chỉ đúng khi khối lượng riêng đã biết và không đổi. Khi khối lượng riêng thay đổi, hoặc khi bình mở ra khí quyển ở phần trên, một cảm biến mức đo trực tiếp mặt phân cách là đáp số đáng tin cậy hơn. |
| Cảm biến nhiệt độ | Một đại lượng khác được đo theo cùng cách, theo nghĩa cả hai đều được hệ thống điều khiển đọc thành một giá trị tương tự. Chúng thường cùng được cần đến trên một skid và được quy định độc lập, vì dải áp suất và dải nhiệt độ hiếm khi trùng nhau. |
| Đồng hồ đo áp suất | Một chỉ thị tại chỗ, không có đầu ra điện. Khi người vận hành đọc áp suất ngay tại điểm sử dụng và không có gì phải truyền tới bộ điều khiển, đồng hồ đơn giản và bền hơn; cảm biến tồn tại là để giá trị ấy được xử lý ở một nơi khác. |
| Công tắc áp suất | Công tắc đổi trạng thái tại một điểm đã đặt và cho ra một tiếp điểm, nên nó báo rằng một ngưỡng đã bị vượt chứ không cho biết áp suất là bao nhiêu. Khi bộ điều khiển cần giá trị, công tắc không cung cấp được; khi chỉ một ngưỡng là đáng quan tâm, công tắc lại là đáp số đơn giản hơn. |
| Bộ truyền áp suất | Cùng một thiết bị nhưng được quy định cho nhà máy công nghệ chứ không cho một cỗ máy, ở đó trọng tâm rơi vào tiêu chuẩn kết nối quá trình, tính tương thích của phần tiếp xúc môi chất, màng ngăn từ xa và chứng nhận vùng nguy hiểm. Trên một cỗ máy gọn nhẹ, chính kiểu vỏ, kết nối và giao diện điện mới là những đặc điểm quyết định. |
Nội dung cần có trong yêu cầu
Phản hồi đầu tiên có thể là một báo giá thay vì một loạt câu hỏi nếu yêu cầu mang theo những thông tin này. Khi không biết một giá trị, hãy gửi mô tả nhiệm vụ và chúng tôi sẽ xác nhận nó ngụ ý điều gì.
- Dải áp suất cần đo, kèm điểm làm việc thường gặp và giá trị lớn nhất
- Số đọc thuộc mốc tương đối, tuyệt đối, tương đối kín hay chênh lệch
- Lưu chất, nhiệt độ của nó tại điểm lấy áp và nồng độ của nó nếu không phải nước sạch hay dầu
- Kết nối quá trình trên máy: ren, mặt bích, dạng kẹp hay đặt riêng
- Dạng tín hiệu đầu ra mà bộ điều khiển nhận, cùng điện áp nguồn nuôi của nó
- Áp suất là ổn định hay nhấp nhô
- Kiểu kết nối điện được ưu tiên, và cách thay cảm biến khi thiết bị đang vận hành
- Cảm biến có bị phơi trước rửa trôi, nước làm mát hay điều kiện ngoài trời hay không
- Có tài liệu nào phải kèm theo cảm biến hay không, và dưới dạng nào