Cảm biến (thiết bị) đo áp suất |Nguyên lý, cấu tạo

1. Tổng quan

1.1 Định nghĩa

Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích:

P = F/A

Áp suất tuyệt đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và chân không tuyệt đối (áp suất bằng 0).

Áp suất dư/tương đối: là áp suất chênh lệch giữa điểm đo và môi trường xung quanh (khí quyển).

Áp suất vi sai: là áp suất chênh lệch giữa hai điểm đo, một điểm được chọn làm điểm tham chiếu.

1.2 Đơn vị đo

            Trong hệ SI: Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m² = 10^-5 bar.

            Châu Âu: bar, Bắc Mỹ: psi, Châu Á: kg/cm², MPa.

Đơn vị áp suất	pascal (Pa)	bar (b)	kg/cm2	atmotsphe (atm)	mmH2O	mmHg	mbar	PSI
1 Pascal	1	10-5	1,02.10-5	0,987.10-5	1,02.10-1	0,75.10-2	10-2	145.10-6
1 bar	105	1	1,02	0,987	1,02.104	750	103	14,503
1 kg/cm2	9,8.104	0,980	1	0,986	104	735	9,80.102	14,223
1 atm	1,013.105	1,013	1,033	1	1,033.104	760	1,013.103	14,695
1 mmH2O	9,8	9,8.10-5	10-3	0,968.10-4	1	0,0735	0,098	1,422.10-3
1 mmHg	133,3	13,33.10-4	1,36.10-3	1,315.10-3	136	1	1,33	19,34.10-3
1 mbar	100	10-3	1,02.10-3	0,987.10-3	1,02	0,750	1	14,503.10-3
1 PSI	6,894.76	68,95.10-3	70,31.10-3	68,05.10-3	703.07	51.714	68.947	1

1.3. Phân loại

2. Áp kế màng chắn

2.1 Loại đo điện dung

Màng kim loại hoặc silicon được sử dụng làm phần tử cảm ứng áp suất và tạo thành một bản cực của tụ điện. Điện cực còn lại là cố định, tạo thành bởi một lớp hợp kim trên một nền sứ hay thuỷ tinh. Áp suất tác động vào màng,  làm thay đổi khoảng cách giữa 2 bản cực, qua đó làm thay đổi điện dung của tụ điện

Phương pháp đo này khá thông dụng, tầm đo rộng 10^-3Pa – 10⁷.

2.2 Loại áp trở

Bộ phận chính của cảm biến đó là các loại màng điện trở, giá trị điện trở sẽ thay đổi khi bị biến dạng.

 

Ưu điểm của loại cảm biến này là trị số đo chính xác, độ nhạy cao, đo dược áp suất thấp. Nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

2.3 Loại áp điện

Cảm biến áp suất điện áp có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng thay đổi hay xuất hiện phân cực điện khi một số chất điện môi bị biến dạng dưới tác dụng của lực.

Thạch anh là một ví dụ điển hình.

Cảm biến áp điện phù hợp cho đo áp suất động.

3. Áp kế lò xo ống (Bourdon)

3.1. Cấu tạo và nguyên lý

Được cấu tạo gồm: Ống Bourdon,  thanh nối điều chỉnh được  và thanh răng. Ống Bourdon có tiết diện ngang dẹt, tròn hay elip . Khi áp suất tăng ống Bourdon có chiều hướng duỗi ra và cuộn lại khi áp suất giảm.

Giới hạn đo của áp kế lò xo ống trong khoảng từ 0,6-600 Kg/cm². Ống Bourdon có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, thiết bị chỉ hoạt động tốt ở nhiệt độ <40^oC.

3.2. Các dạng áp kế lò xo ống

Dạng ống chữ C                                                          Dạng xoắn

3.3.Hình ảnh thực tế của áp kế lò xo ống

4. Áp kế hộp xếp

  

Áp kế xếp hộp được chế tạo từ kim loại đồng, hợp kim Monell, BeCu,…, độ nhạy của thiết bị đo tỉ lệ thuận với kích thước của nó. Dải đo nằm trong khoảng 0-5mmHg . Sai số 1% /Kết quả đo.

5.Áp kế chất lỏng

5.1 Ống chữ U

Áp suất vi sai giữa P­₁ và P₂ được xác định  thông qua việc xác định chiều cao h

 

5.2 Dạng ống nghiêng

Nguyên lý đo giống ống chữ U, chỉ khác về mặt tính toán.

 

5.3 Kiểu phao 

6. Đo áp suất bằng phương pháp nhiệt

Cảm biến gồm một điện cực kim loại được nung nóng bằng nguồn điện,  và một cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ của điện cực này. Người ta xác định áp suất của chất khí thông qua sự mất nhiệt cửa điện cực (Mật độ phân tử khí tỉ lệ thuận với áp suất, mật độ khí cũng có liên quan trực tiếp với áp suất ).

 Phương pháp này cho độ chính xác cao từ 10^-3 mmHg – 10 mmHg nhưng điện cực lại nhạy cảm với các thành phần hoá học có trong chất khí cần đo.

7. Một số thiết bị đo áp suất/lưu lượng phổ biến

7.1 Lương lượng kế APLISENS ( Model: PEM 1000)

- Sai số : +/-0.5%

- Ngõ ra tương tự: 0/4...20mA, 0...5mA

- Giao tiếp truyền thông: RS 485, RS 232C

- Chịu áp tĩnh Max: 40bar

7.2 Áp kế lò xo ống

-          Đường kính khớp nối: 100mm

-          Dải đo:

0 ... 1, 1.6 , 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 40, 60, 100, 160, 250, 400 bar

-1 ... 0, 0.6, 1.5, 5, 9, 15 bar

- Sai số 1%

- Nhiệt độ hoạt động 0 ... 150^oC

- Cấp độ bảo vệ: IP 65

7.3 Áp suất kế thông minh APC – 2000ALW

Khoảng đo: min. 0 ... 5 mbar; max. 0... 1000 bar

Tín hiệu ra: 4...20 mA, 0...20 mA or 0...5 mA + protocol HART; Profibus PA

Sai số: 0,075% 

Nguồn: INO Measure Co.,ltd