Cảm biến áp suất nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực từ dân dụng đến công nghiệp, đặc biệt là trong các nhà máy sản xuất. Chúng có chức năng đo lường, giám sát và điều khiển áp suất trong các hệ thống đường ống nước hoặc các bể chứa nước, đảm bảo hoạt động ổn định của dây chuyền sản xuất. Sau đây là toàn bộ thông tin chi tiết từ A đến Z về cảm biến áp suất mà bạn cần biết.

Cảm biến áp suất nước là gì?

Là một thiết bị quan trọng trong việc đo lường, giám sát và kiểm soát áp suất của các hệ thống đường ống hoặc các thiết bị chứa nước như bình, bồn, hoặc tank.
Chức năng chính của cảm biến áp lực nước là nhận diện giá trị áp suất cơ học thông qua một lớp màng tiếp xúc, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua các vi xử lý nội bộ. Tín hiệu điện này sau đó được truyền đến các thiết bị hiển thị như màn hình, máy tính, điện thoại, hoặc cảnh báo qua loa, đèn hoặc chuông báo, cũng như điều khiển các thiết bị khác như bơm, van thông qua biến tần, PLC.Cảm biến này thường xuất ra ba loại tín hiệu phổ biến: tín hiệu mV (0-5mV, 0-10mV,...), tín hiệu điện áp (0-5V DC, 0-10V DC, 0-30V DC) và tín hiệu analog (0-20mA, 4-20mA).

Cấu tạo của cảm biến áp suất nước

Thân cảm biến (Body)

Là phần bao bọc bên ngoài, đảm bảo bảo vệ các thành phần bên trong cảm biến khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài. Vật liệu chế tạo thường là thép không gỉ SS316L hoặc các loại vật liệu đặc biệt khác tùy thuộc vào điều kiện sử dụng cụ thể.

Kết nối cơ khí (Process connection)

Có ba loại kết nối phổ biến: kết nối ren và kết nối dạng màng. Kết nối ren thường là lựa chọn thông dụng nhất, nằm ở phần dưới cùng của cảm biến, giúp kết nối và đóng kín với hệ thống ống hoặc thiết bị chứa. Các dạng kết nối ren phổ biến bao gồm: ¼” NPT, ¼” BSP, ½” NPT, G ½”...

Màng cảm biến (Sensing diaphragm)

Nằm bên trong thân cảm biến, gần phần kết nối cơ khí, chịu trách nhiệm cảm nhận áp lực từ môi chất và truyền tín hiệu tới bộ phận capsule phía trên. Màng cảm biến chỉ thu nhận áp lực cơ học, không cho chất lỏng đi qua để bảo vệ các phần tử điện bên trên.

Bộ phận làm kín (O-ring Seals)

Thường được chế tạo từ cao su hoặc các biến thể khác của nó, chịu trách nhiệm đóng kín giữa màng cảm biến và bên trong thân cảm biến. Nó có tác dụng ngăn chặn chất lỏng tiếp xúc với các phần điện bên trong gây hư hỏng.

Bộ phận cảm biến (Capsule)

Nằm ở phía trên màng cảm biến, nhận tín hiệu từ áp lực và chuyển tới bộ xử lý. Chức năng chính là chuyển đổi tín hiệu từ áp suất thành dạng tín hiệu điện, ví dụ như điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện,...

Bộ phận xử lý (transmitter)

Nhận tín hiệu từ bộ phận cảm biến và thực hiện các xử lý để chuyển đổi sang tín hiệu chuẩn như 4 ~ 20 mA, voltage (0~5V DC, 0~10V DC, 1~5V DC,…), tín hiệu mV (0~5mV, 0~10mV,…).

Cáp kết nối (Cable Connection)

Nằm ở đỉnh cảm biến, dẫn tín hiệu từ bộ xử lý tới các thiết bị khác như hiển thị, cảnh báo hoặc điều khiển. Đầu cáp có thể được bảo vệ bằng vật liệu như nhựa tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế hoặc từ phía người sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất nước

Tất cả các cảm biến áp suất hoạt động dựa trên cùng một nguyên lý cơ bản:

• Khi nguồn cung cấp áp suất mở ra, áp suất nước được đưa vào khu vực kết nối ren và tác động lên màng cảm biến. Màng cảm biến nhận giá trị áp suất cơ học, đồng thời ngăn chặn chất lỏng tiếp tụ đi vào bên trong và truyền đẩy lực này lên bộ phận cảm biến.
• Bộ phận cảm biến sau đó chuyển tín hiệu tới bộ xử lý ở phía trên. Các vi xử lý thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi giá trị cơ học thành tín hiệu điện tử và gửi tín hiệu đến các thiết bị hiển thị (nếu người dùng chỉ cần hiển thị giá trị áp suất) hoặc các thiết bị điều khiển, PLC, từ đó điều khiển hoạt động của động cơ/thiết bị tương ứng.

Ứng dụng của cảm biến áp đo áp lực nước

Cảm biến đo áp suất nước điều khiển biến tần

Trong cấu hình này, việc điều chỉnh tần số hoạt động của motor dựa trên thông tin từ cảm biến áp lực. Tốc độ quay của motor sẽ thay đổi tùy theo tần suất dao động của cảm biến áp suất.

Cảm biến áp suất nước đóng ngắt bảo vệ động cơ

Sử dụng cảm biến áp suất nước để bảo vệ motor là một trong những biện pháp an toàn phổ biến nhất. Khi áp suất đạt ngưỡng được thiết lập (có thể là ngưỡng cao hoặc ngưỡng thấp), cảm biến áp suất sẽ kích hoạt tín hiệu relay để đóng ngắt contactor điều khiển motor hoặc kích hoạt các thiết bị cảnh báo như còi/chuông/đèn.

Cảm biến áp suất điều khiển mức nước

Sử dụng cảm biến áp suất nước để bảo vệ motor là một trong những biện pháp an toàn phổ biến nhất. Khi áp suất đạt ngưỡng được thiết lập (có thể là ngưỡng cao hoặc ngưỡng thấp), cảm biến áp suất sẽ kích hoạt tín hiệu relay để đóng ngắt contactor điều khiển motor hoặc kích hoạt các thiết bị cảnh báo như còi/chuông/đèn.

Một vài lưu ý khi chọn cảm biến áp suất nước

Dải đo (Range)

Việc lựa chọn dải đo phù hợp vô cùng quan trọng. Một dải đo thấp hơn áp suất làm việc có thể gây hỏng cảm biến ngay lập tức, trong khi dải đo quá cao có thể ảnh hưởng đến giá trị đo và tăng chi phí (các dải đo cao thường có giá thành cao hơn).
Người dùng cần xác định áp suất tối đa mà hệ thống sẽ đối mặt và lựa chọn dải áp suất phù hợp. Thông thường, nên chọn dải đo cao hơn khoảng 30% áp suất hoạt động tối đa để đảm bảo độ bền của cảm biến và tránh tình trạng hỏng do quá áp.

Đơn vị đo (Unit)

Xác định đơn vị đo phù hợp để thuận tiện cho việc quan sát, theo dõi và tương đồng với các thiết bị khác trong hệ thống.

Kiểu kết nối (Connection)

Chọn kiểu kết nối phù hợp với đường ống/hệ thống lắp cảm biến để tránh sự không lắp đặt hoặc cần phải sử dụng đầu chuyển. Điều này có thể tăng chi phí và không được khuyến nghị đối với môi trường đo áp suất cao và rung động.

Sai số cho phép (Accuracy)

Xác định sai số cho phép, đặc biệt quan trọng với những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Cảm biến của các thương hiệu tốt thường có sai số thấp, mang lại kết quả đo chính xác.

Tín hiệu ngõ ra (Output signal)

Người dùng cần phải nhận biết được tín hiệu đầu ra phù hợp với yêu cầu cụ thể của họ. Các dạng tín hiệu đầu ra phổ biến có thể kể đến như tín hiệu 4-20mA, 0-5V DC, 0-10V DC, 0-5mV, 0-10mV,...

Nhiệt độ làm việc (Working temperature)

Xác định nhiệt độ hoạt động tối đa và lựa chọn cảm biến có thiết kế phù hợp. Một số sản phẩm được thiết kế để hoạt động tốt trong môi trường nhiệt độ cao và có phụ kiện giảm nhiệt như ống syphon để bảo vệ cảm biến khỏi nhiệt độ vượt quá mức cho phép.

Thương hiệu, xuất xứ (Brand, Origin)

Lựa chọn cảm biến từ các thương hiệu có uy tín và nguồn gốc rõ ràng để đảm bảo chất lượng, độ chính xác và hiệu suất cao trong môi trường làm việc khắc nghiệt và với áp suất cao. Các thương hiệu như ESI-TEC, DANFOSS, PARKER, WIKA, KELLER được đánh giá cao và có thể là sự lựa chọn tham khảo của Quý khách hàng.

Xem thêm :

• Hướng dẫn chọn mua cảm biến áp suất lò hơi