Cảm biến áp suất nước là gì? Ứng dụng và cách lựa chọn Sensor

Cảm biến áp suất nước được biết đến một thiết bị sử dụng trong dân dụng và công nghiệp. Chúng được sử dụng để đo lường, theo dõi và kiểm soát được áp lực của hệ thống ống nước, trong bình hoặc các bồn chứa nước…. Từ đó, truyền các tín hiệu hiển thị, cảnh báo hoặc là điều khiển. Vậy cảm biến áp suất nước là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? Để hiểu rõ hơn chúng ta cùng nhau đi tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Cảm biến áp suất nước là gì?

Cảm biến đo áp suất nước hay cảm biến áp lực nước, sensor áp suất nước, sensor đo áp lực nước,…. Là một thiết bị được sử dụng để đo lường, theo dõi và kiểm soát áp suất trong hệ thống đường ống dẫn nước. Hoặc các thiết bị chứa nước như bình, bồn, hay tank.

Hình ảnh cảm biến áp suất nước

Các cảm biến áp lực nước thường sử dụng màng tiếp xúc để nhận biết giá trị áp suất cơ học. Chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua vi xử lý nằm bên trong. Sau đó, chúng truyền tín hiệu này đến các thiết bị hiển thị (như màn hình hiển thị, máy tính, điện thoại,…). Hoặc là thiết bị cảnh báo (như còi báo, đèn báo, chuông báo,…). Lắp đặt trong thiết bị điều khiển như bơm, van hay biến tần.

Có ba loại tín hiệu ngõ ra phổ biến được sử dụng trong các cảm biến đo áp lực nước. Đó là tín hiệu mV (0-5mV, 0-10mV,…), tín hiệu voltage (0-5V DC, 0-10V DC, 0-30V DC) và tín hiệu analog (0-20mA, 4-20mA). Tùy vào ứng dụng cụ thể, người sử dụng có thể lựa chọn loại cảm biến phù hợp. Và tín hiệu ngõ ra phù hợp để đáp ứng yêu cầu của hệ thống.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất nước

Cấu tạo của sensor áp lực nước

Cảm biến áp lực nước là một loại cảm biến áp suất, có cấu tạo cơ bản giống với các loại cảm biến áp suất khác. Bao gồm 7 bộ phận chính sau đây:

Cấu tạo của sensor áp suất nước

Thân cảm biến (Body)

 Là phần cơ bao bọc bên ngoài của cảm biến. Có tác dụng bảo vệ các phần tử bên trong tránh khỏi tác động từ bên ngoài. Thân của cảm biến thường được làm bằng vật liệu thép không gỉ SS316L. Hoặc những vật liệu đặc biệt khác trong những trường hợp cụ thể.

Kết nối cơ khí (Process connection)

Đối với cảm biến áp suất nước, thường có ba dạng kết nối cơ bản là kết nối ren hoặc kết nối dạng màng. Trong đó, kết nối ren là dạng kết nối phổ biến nhất. Đây là phần nằm ở dưới cùng của cảm biến. Có chức năng kết nối và làm kín cảm biến với hệ thống đường ống hoặc thiết bị chứa. Một số dạng kết nối ren phổ biến bao gồm: 1/4″ NPT, 1/4″ BSP, 1/2″ NPT, G 1/2″…

Màng cảm biến (Sensing diaphragm)

Nằm bên trong thân cảm biến, phía trên kết nối cơ khí. Màng cảm biến nhận giá trị áp lực từ môi chất và truyền tín hiệu đến bộ phận capsule nằm phía trên. Màng cảm biến chỉ cảm nhận giá trị áp suất cơ học và ngăn môi chất đi qua. Để không hư hỏng các phần tử điện bên trên.

Bộ phận làm kín (O-ring Seals)

Thường được làm từ cao su hoặc các biến thể của cao su. Bộ phận làm kín này nằm giữa màng cảm biến và thân cảm biến. Để ngăn môi chất đi qua và tiếp xúc với các phần tử điện bên trên.

Bộ phận cảm biến (Capsule)

Là bộ phận nằm phía trên của màng cảm biến. Chức năng nhận tín hiệu từ áp suất và chuyển đổi tín hiệu cơ sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm. Hoặc dòng điện để truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý.

Bộ phận xử lý (Transmitter)

Nhận tín hiệu từ bộ phận cảm biến và thực hiện xử lý để chuyển đổi tín hiệu đó sang dạng chuẩn. Ví dụ như tín hiệu ngõ ra dạng analog 420 mA, tín hiệu voltage (05V DC, 010V DC, 15V DC,…) hoặc tín hiệu mV (05mV, 010mV, …).

Cáp kết nối (Cable Connection)

Nằm ở đầu cảm biến, cáp kết nối là phần cáp điện truyền tín hiệu từ bộ phận xử lý đến thiết bị hiển thị, cảnh báo hoặc điều khiển. Tùy thuộc vào thiết kế hoặc yêu cầu của khách hàng, đầu cáp kết nối có thể có. Hoặc không có đầu bảo vệ (thường được làm bằng nhựa).

Nguyên lý hoạt động của sensor áp lực nước

Các loại cảm biến áp suất nước đều hoạt động trên cơ sở nguyên lý tương tự. Nó được thực hiện như sau:

Khi nguồn cung áp suất được mở, áp suất nước đi vào phần ren kết nối và tác động lên màng cảm biến. Màng cảm biến nhận giá trị áp suất cơ học. Đồng thời, ngăn không cho môi chất đi vào bên trong và truyền lực tác động này lên bộ phận cảm biến.

Bộ phận cảm biến tiếp nhận tín hiệu áp suất từ màng cảm biến và chuyển tín hiệu này đến bộ phận xử lý nằm phía trên. Các bộ xử lý có trách nhiệm chuyển đổi giá trị cơ học sang giá trị điện tử. Sau đó, truyền tín hiệu này đến các thiết bị hiển thị (nếu người dùng chỉ muốn hiển thị giá trị áp suất). Hoặc đến các thiết bị điều khiển, PLC. Từ đó, điều khiển động cơ hoặc thiết bị hoạt động.

>>> Bạn có thể tham khảo thêm bài viết: Một vài lỗi cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cách khắc phục

Cách lựa chọn cảm biến áp lực nước

Trong quá trình chọn mua cảm biến áp lực nước, người dùng cần xác định một số tiêu chí quan trọng. Để đảm bảo lựa chọn được loại cảm biến phù hợp với mục đích và yêu cầu sử dụng. Sau đây là một số lưu ý cần thiết mà người dùng nên tham khảo:

Dải đo (Range)

Việc này rất quan trọng trong quá trình lựa chọn cảm biến áp lực nước. Nếu lựa chọn dải đo thấp hơn áp suất làm việc, sẽ gây hư hỏng cảm biến ngay lập tức. Ngược lại, lựa chọn dải đo quá cao sẽ không cần thiết, ảnh hưởng tới giá trị đo và chi phí (những dải đo cao thường có giá thành cao hơn).

→Lưu ý: Người dùng cần xác định được áp suất tối đa của hệ thống để lựa chọn dải áp suất phù hợp. Nên chọn dải đo cao hơn 30% áp suất hoạt động tối đa. Để đảm bảo cảm biến có độ bền cao và tránh các trường hợp quá áp làm hỏng cảm biến.

Đơn vị đo (Unit)

Đơn vị đo của cảm biến áp suất nước thường được sử dụng là bar, kgf/cm2, psi, mH2O,… Người dùng cần xác định đơn vị đo phù hợp. Để thuận tiện cho việc quan sát, theo dõi và đồng bộ với các thiết bị khác trong hệ thống.

Kiểu kết nối (Connection)

Người dùng cần xác định kiểu kết nối phù hợp với đường ống/hệ thống lắp cảm biến. Việc lựa chọn sai kết nối thường dẫn tới tình trạng không lắp đặt được hoặc phải sử dụng đầu chuyển. Tuy nhiên, đối với một số ứng dụng đo áp lực cao và có nhiều rung động. Việc sử dụng đầu chuyển không được khuyến cáo và có thể làm tăng chi phí. Thông thường, cảm biến áp lực thường sử dụng kết nối ren là phổ biến nhất.

Độ chính xác (Accuracy)

Cách lựa chọn sensor áp suất nước

Độ chính xác ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo. Do đó, người dùng cần xác định được sai số cho phép và khả năng chịu quá áp của cảm biến. Những thương hiệu cảm biến tốt thường sản xuất các sản phẩm có sai số rất thấp. Giúp đạt được kết quả đo với độ chính xác cao.

Tín hiệu ngõ ra (Output signal)

Người dùng cần xác định tín hiệu ngõ ra phù hợp với nhu cầu sử dụng. Các loại tín hiệu ngõ ra phổ biến bao gồm tín hiệu dòng 4-20mA hoặc điện áp 0-5V DC, 0-10V DC, 0-5mV, 0-10mV,…

Nhiệt độ làm việc (Working temperature)

Nhiệt độ làm việc là yếu tố cực kỳ quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hoạt động và tuổi thọ của cảm biến. Người dùng cần xác định nhiệt độ hoạt động tối đa để chọn loại cảm biến có nhiệt độ thiết kế phù hợp. Một số hãng cảm biến có thiết kế phần kết nối. Và phần màng cảm biến tách rời với các bộ phận điện tử. Giúp cảm biến hoạt động được trong môi trường nhiệt độ cao. Ngoài ra, một số nhà sản xuất khuyến cáo người dùng sử dụng các phụ kiện giảm nhiệt cho cảm biến áp suất như ống syphon. Để bảo vệ cảm biến không bị hỏng do nhiệt độ cao hơn mức cho phép.

Thương hiệu, xuất xứ (Brand, Origin)

 Một vấn đề quan trọng người dùng cần lưu ý khi mua cảm biến áp suất là thương hiệu và xuất xứ của sản phẩm. Do cảm biến áp suất thường được sử dụng trong những môi trường làm việc khắc nghiệt, áp suất cao. Việc lựa chọn nhà sản xuất có uy tín và chất lượng sản phẩm được đảm bảo là rất quan trọng. Những thương hiệu nổi tiếng và có uy tín trên thị trường như ESI-TEC, DANFOSS, PARKER, WIKA, KELLER. Thường sản xuất các sản phẩm cảm biến áp suất thủy lực đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác, tuổi thọ và hiệu suất cao. Do đó, khách hàng nên tham khảo khi lựa chọn sản phẩm.

>>> Ngoài cảm biến áp suất, bạn cũng có thể tham khảo thêm Cảm biến nhiệt độ tại đây. 

Ứng dụng của cảm biến áp đo áp lực nước

Cảm biến đo áp suất nước có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của loại cảm biến:

Ứng dụng thực tế của cảm biến áp suất nước

Điều khiển biến tần

Trong ứng dụng này, cảm biến áp lực đo tín hiệu và truyền cho biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ. Tần số dao động của biến tần sẽ được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu sử dụng, tùy thuộc vào giá trị áp suất nước đo được.

Cảm biến áp suất nước đóng ngắt bảo vệ động cơ

Cảm biến áp suất nước cũng được sử dụng để đóng ngắt bảo vệ động cơ. Là một trong những giải pháp an toàn. Khi áp suất đạt tới ngưỡng cài đặt (có thể là ngưỡng trên hoặc ngưỡng dưới) cảm biến áp lực sẽ truyền tín hiệu đến relay. Để đóng ngắt contactor điều khiển động cơ hoặc kích hoạt tiếp điểm điều khiển cảnh báo. Ví dụ như còi/chuông/đèn.

Cảm biến áp suất điều khiển mức nước

Đây là một trong những ứng dụng phổ biến của cảm biến áp lực nước. Cảm biến hoạt động dựa trên công thức 1 bar ~ 10m nước (10 mH2O). Tín hiệu 4-20mA của cảm biến áp lực được cài đặt tương ứng với hai ngưỡng áp suất cao/thấp của mực nước cần điều khiển trong bể chứa. Khi áp suất trong bể đạt đến điểm cài đặt ở ngưỡng cao – tương ứng với mực nước ở giá trị max. Cảm biến áp suất sẽ điều khiển van hoặc bơm đóng (hoặc mở) tùy vào cách mà người dùng cài đặt. Ngược lại, đối với ngưỡng thấp, cảm biến áp suất sẽ điều khiển van hoặc bơm mở (hoặc đóng).

Tổng kết

Trên đây là những kiến thức liên quan đến cảm biến áp suất nước. Hi vọng qua bài viết có thể giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về sản phẩm này. Đôi khi, thiết bị cũng được sử dụng trong các loại van công nghiệp hoặc là đồng hồ đo lưu lượng… Nếu bạn đọc muốn tìm hiểu về: van bi, van bướm hay đồng hồ đo áp suất… Hãy liên hệ ngay với vanphukien.com, để nhân viên có thể hỗ trợ một cách tốt nhất.