Cảm biến áp suất và ứng dụng

Áp suất là một đại lượng vật lí, được kí hiệu là P. Áp suất được định nghĩa là lực trên một đơn vị diện tích tác dụng theo chiều vuông góc với bề mặt của vật thể. Trong hệ SI (hệ đo lường quốc tế), đơn vị của áp suất bằng Newton trên mét vuông (Nm2) hoặc Pascal (Pa) Thường áp suất được đo với tỉ lệ bắt đầu bằng 1000Pa.

Châu Thạnh Phát

Tạ Công Thành

Nguyễn Chí Thức

Lê Ngọc Lĩnh

Cảm biến và Ứng dụng

Cảm biến áp suất

ÁP SUẤT

• Áp suất là một đại lượng vật lí, được kí hiệu là P

• Áp suất được định nghĩa là lực trên một đơn vị diện tích tác dụng theo chiều vuông góc với bề mặt của vật thể.

• Trong hệ SI (hệ đo lường quốc tế), đơn vị của áp suất bằng Newton trên mét vuông (N/m2) hoặc Pascal (Pa)

• Thường áp suất được đo với tỉ lệ bắt đầu bằng 1000Pa.

Sơ lược về cảm biến áp suất

• Cảm biến áp suất là một loại chuyển đổi tín hiệu (áp suất sang điện), thiết bị điện tử dùng để đo áp suất trong các ngành nghề khác nhau, hay trong nhiều ứng dụng thực tế.

• Ta có thể bắt gặp các thiết bị đo áp suất ở bất kì đâu Từ một nhà máy lọc dầu đến một chiếc xe ủi đất, việc

đo áp suất khí nén, lưu chất thủy lực, chất lỏng trong các quy trình, hơi nước hoặc vô số các môi trường trung gian khác là chuyện xảy ra hàng ngày và đóng vai trò then chốt, nhất là với các ngành công nghiệp.

• Các chất có thể cần kiểm tra áp suất như: chất khí, chất lỏng và hơi

Tiêu chí lựa chọn cảm biến áp suất

• Các tiêu chí lựa chọn một thiết bị đo áp suất bao gồm:

- Vật liệu: dựa theo yêu cầu sử dụng mà lựa chọn

- Cấu tạo bên trong

- Vỏ bảo vệ: phải đảm bảo an toàn, nhỏ gọn

- Đầu nối gá lắp: dạng ren ống từ 1/8 tới 1/2 inch theo chuẩn NPT

- Truyền thông: hầu hết các bộ chuyển đổi tín hiệu phát dữ bằng tín hiệu tương tự 4-20 mA

- Công nghệ cảm biến: dựa theo yêu cầu sử dụng

Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất

Áp suất: nguồn áp suất cần kiểm tra có thể là áp suất khí, hơi hoặc chất lỏng…

Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu

cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện

Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu

chuẩn

Áp suất Cảm biến Xử lí Ngõ ra

Một số loại cảm biến áp suất:

• Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở (thường được sử dụng).

• Cảm biến áp suất kiểu tụ.

• Cảm biến áp suất kiểu dòng xoáy và từ trở.

• Cảm biến áp suất trên vật liệu biến dạng.

•

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

• Nguyên lý làm việc của cảm biến loại này dựa trên sự biến dạng của cấu trúc màng (khi có áp suất tác động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các phần tử áp điện trở

• Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích thước, cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng

• Màng sử dụng trong cảm biến là màng rất nhạy với tác động của áp suất Bốn điện trở được đặt tại 4 trung diểm của các cạnh màng, 2 cặp điện trở song song với màng và 2 cặp điện trở vuông góc với màng (để khi màng bị biến đổi thì 2 cặp điện trở này có chiều biến dạng trái ngược nhau) Bốn điện trở trên được ghép lại tạo thành cầu Wheatsone

• Cảm biến được cấu tạo với housing bên ngoài thường làm bằng thép không rỉ , bên trong thì quan trọng nhất vẫn là lớp màng (sensor) sẽ thay đổi khi có áp lực tác động vào, sự thay đổi của màng được một vi mạch điện tử khuếch đại thành tín hiệu điện

Sơ đồ cấu tạo của một con cảm biến áp suất thường gặp

• Với sơ đồ trên chúng ta có thể tưởng tượng rằng khí áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (–) thì lớp màng sẽ căng lên từ phải sang trái Chính sự dịch chuyển này sẽ đưa tín hiệu về mạch xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất đưa vào là bao nhiêu.

• Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn Dự vào giá trị của điện dung để

xác định áp suất Điện dung của tụ được thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách

của cực tụ

• Loại cảm biến với có thể chịu được những điều kiện khắc nghiệt và có độ tin cậy

siêu cao Có thể dùng được trong các dây truyền công nghệ, làm tăng mức độ sẵn

sàng của dây truyền và làm giảm thời gian bảo dưỡng

Cảm biến áp suất kiểu tụ

• Khi có áp suất tác động vào lớp màng làm lớp màng bị biến dạng đẩy bản cực lại gần với nhau hoặc kéo bản cực ra xa làm giá trị của tụ thay đổi, dựa vào sự thay đổi điện dung này qua hệ thống xử lý người ta có thể xác định được áp suất cần đo.

P

Bản cực di chuyển

Bản cực cố định