Cảm biến áp suất là gì? nguyên lý hoạt động và cách chọn lựa

Cảm biến áp suất là một trong những thành phần quan trọng trong các hệ thống cơ khí, điện tử, tự động hóa và các ngành công nghiệp khác. Chúng được sử dụng để đo áp suất của chất lỏng và khí trong các ứng dụng công nghiệp và không công nghiệp.

Các ứng dụng của cảm biến áp suất rất đa dạng, từ đo áp suất trong động cơ đến các ứng dụng trong hệ thống điều hòa không khí và máy nén khí. Chúng cũng được sử dụng để đo áp suất trong các thiết bị y tế như máy đo huyết áp và máy trợ thở.

Cảm biến áp suất có nhiều loại khác nhau, bao gồm cảm biến áp suất điện dung, cảm biến áp suất màng, cảm biến áp suất quang, cảm biến áp suất dòng chảy và cảm biến áp suất piezoelectric. Mỗi loại có những đặc điểm và ưu điểm riêng, và được sử dụng trong các ứng dụng cụ thể.

Cảm biến áp suất điện dung là loại cảm biến phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và không công nghiệp. Chúng có thể đo áp suất trong phạm vi từ vài Pa đến hàng trăm MPa và có độ chính xác cao.

Cảm biến áp suất màng là loại cảm biến sử dụng màng để đo áp suất. Chúng có thể đo áp suất trong phạm vi từ vài Pa đến khoảng 100 MPa và có độ chính xác cao. Tuy nhiên, chúng thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng có áp suất thấp hoặc trung bình.

Xem thêm: Transistor là gì? Cấu tạo nguyên lý hoạt động

Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất là một thiết bị đo lường áp suất của chất lỏng và khí trong các ứng dụng công nghiệp. Cảm biến áp suất sử dụng các thành phần như đồng hồ áp suất, bộ chuyển đổi áp suất, cảm biến áp suất, và mạch điện tử để đo lường áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh quá trình sản xuất và các hoạt động khác.

Cấu tạo của cảm biến áp suất?

Mặc dù có nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau, nhưng cấu tạo chung của chúng thường bao gồm các phần này và đóng vai trò quan trọng trong việc đo áp suất và kiểm soát quá trình trong nhiều ứng dụng khác nhau. Xong chúng đều được cấu thành từ nhừng thành phần sau đây.

1. Phần cảm biến: Chính là phần cảm biến mà chúng ta thường nghe đến. Phần này được thiết kế để nhận diện áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Có nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau, nhưng đa số đều sử dụng một nguyên lý cơ bản là biến đổi áp suất thành dạng chuyển động của một thành phần cơ học.

2. Phần điện tử: Đây là phần chuyển đổi tín hiệu điện từ cảm biến thành dạng tín hiệu nói chung có thể đọc được bằng máy tính hoặc các thiết bị khác. Phần này bao gồm các bộ khuếch đại, bộ lọc và bộ chuyển đổi tín hiệu.

3. Phần nguồn cấp: Phần này cung cấp nguồn điện cho phần điện tử và phần cảm biến. Nó có thể được cấp bằng pin hoặc từ nguồn cung cấp ngoài.

Dựa vào hình vẽ ở trên, ta có thể dễ dàng hình dung được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất. Tuy nhiên, loại cảm biến áp suất màng như hình vẽ vẫn là loại dễ hiểu nhất.  Nhìn chung các loại cảm biến áp suất nói chung thường có phần tiếp xúc được làm bằng thép không gỉ, bên trong là một màng cảm biến và một bộ khuếch đại tín hiệu điện.

Các thông số ký thuật của cảm biến áp suất

Trong quá trình sử dụng cảm biến áp suất chúng ta nên lựa chọn các cảm biến áp suất phù hợp với nhu cầu sử dụng riêng. Các thông số kỹ thuật quan trọng của cảm biến áp suất như:

1. Dải đo áp suất: Là phạm vi áp suất mà cảm biến có thể đo được. Thông thường, dải đo áp suất của cảm biến áp suất sẽ được ghi trên nhãn của sản phẩm và người dùng nên chọn sản phẩm có dải đo phù hợp với ứng dụng của mình.

2. Sai số đo: Là sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực tế. Sai số đo của cảm biến áp suất càng thấp thì độ chính xác của sản phẩm càng cao.

3. Độ nhạy: Là khả năng của cảm biến phát hiện ra sự thay đổi nhỏ nhất trong áp suất đo. Độ nhạy càng cao thì cảm biến có khả năng phát hiện ra các thay đổi nhỏ hơn.

4. Nhiệt độ hoạt động: Là nhiệt độ mà cảm biến áp suất có thể hoạt động được. Nhiệt độ này thường được ghi trên nhãn của sản phẩm.

5. Thời gian đáp ứng: Là thời gian mà cảm biến cần để phát hiện và đo đạt sự thay đổi trong áp suất đo. Thời gian đáp ứng càng ngắn thì sản phẩm có khả năng phát hiện ra các thay đổi nhanh hơn.

6. Điện áp cung cấp: Là điện áp cần thiết để cảm biến hoạt động. Điện áp này cũng được ghi trên nhãn của sản phẩm.

Các thông số kỹ thuật trên sẽ giúp người dùng lựa chọn được sản phẩm cảm biến áp suất phù hợp với ứng dụng của mình và đảm bảo chất lượng đo đạt.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất?

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất là dựa trên sự thay đổi độ dài của một màng cảm biến khi đặt trong môi trường có áp suất khác nhau.

Khi màng cảm biến bị chịu áp lực từ bên ngoài, nó sẽ bị co lại, làm thay đổi độ dài của màng. Thay đổi này được chuyển thành một tín hiệu điện tương ứng với áp suất đang được đo. Tín hiệu này sẽ được truyền đến bộ khuếch đại tín hiệu để tăng cường tín hiệu, sau đó được xử lý để đưa ra giá trị áp suất tương ứng.

Cảm biến áp suất được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, như sản xuất ô tô, điện tử, thực phẩm, dược phẩm, và nhiều lĩnh vực khác. Chúng được ứng dụng để giám sát áp suất trong các hệ thống khí, dầu, nước, và trong quá trình sản xuất, đảm bảo quá trình hoạt động được diễn ra ổn định và an toàn.

Tóm lại, nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất là dựa trên sự thay đổi độ dài của một màng cảm biến khi đặt trong môi trường có áp suất khác nhau, và được chuyển thành một tín hiệu điện tương ứng với áp suất đang được đo.

Lớp màng trong cảm biến áp suất được thiết kế để đo lường áp suất thông qua sự thay đổi độ biến dạng của nó. Khi áp suất được đưa vào, lớp màng sẽ căng lên hoặc căng ngược lại tùy thuộc vào áp suất dương (+) hoặc âm (-). Độ biến dạng của lớp màng sẽ được cảm biến nhỏ bên trong lớp màng phát hiện và so sánh với lúc ban đầu. Sau đó, các tín hiệu ngõ ra sẽ được xuất ra tương ứng với áp suất đo được.

Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao và hiệu quả trong việc đo lường áp suất, bộ xử lý tín hiệu cũng là một thành phần không thể thiếu. Bộ xử lý tín hiệu sẽ giúp cho cảm biến áp suất hoạt động chính xác và ổn định hơn. Các tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất có thể là 4-20mA hoặc 0-10V tương ứng với áp suất ngõ vào.

Nhờ vào sự kết hợp giữa lớp màng và bộ xử lý tín hiệu, cảm biến áp suất có thể đo lường áp suất của chất lỏng và khí một cách chính xác và nhanh chóng. Điều này giúp cho các quá trình sản xuất trong ngành công nghiệp được diễn ra suôn sẻ và hiệu quả hơn.

Phân loại cảm biến áp suất

Dựa vào phạm vi áp suất có thể đo đạc được, phạm vi nhiệt độ, loại áp suất mà cảm biến có thể đo được mà sẽ phân thành các loại cảm biến khác nhau. Cụ thể là 3 loại chính: cảm biến áp suất tương đối, cảm biến áp suất tuyệt đối và cảm biến áp suất chênh áp.

Cảm biến áp suất tương đối

Cảm biến áp suất tương đối là một thiết bị được sử dụng để đo áp suất so với áp suất xung quanh. Nó đo lường sự khác biệt giữa áp suất hiện tại và áp suất tham chiếu để cung cấp thông tin về mức độ áp suất tại một điểm cụ thể.

Cảm biến áp suất tương đối thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ, trong các hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cảm biến áp suất tương đối được sử dụng để điều chỉnh áp suất không khí trong hệ thống. Trong ngành công nghiệp ô tô, nó được sử dụng để đo áp suất lốp và cung cấp thông tin cho hệ thống kiểm soát lốp.

Cảm biến áp suất tương đối thường hoạt động bằng cách sử dụng một thành phần nhạy cảm đo thay đổi áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Thông số đầu ra của cảm biến thường được hiển thị trên một bảng điều khiển hoặc có thể được gửi đến các hệ thống điều khiển và quản lý khác.

Việc sử dụng cảm biến áp suất tương đối cho phép chúng ta giám sát và kiểm soát áp suất trong các ứng dụng khác nhau, giúp đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ thống.

Cảm biến áp suất tuyệt đối

Cảm biến áp suất tuyệt đối là một thiết bị được sử dụng để đo áp suất so với áp suất không khí tuyệt đối hoặc áp suất tại mức biên. Nó cung cấp thông tin về áp suất tại một điểm cụ thể dựa trên áp suất tham chiếu được coi là không đổi, thường là áp suất không khí tại mức biên hoặc áp suất tại một điểm cố định.

Cảm biến áp suất tuyệt đối thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ, trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, cảm biến áp suất tuyệt đối được sử dụng để đo áp suất trong cabin hoặc tạo hơi giảm áp để tạo môi trường an toàn cho phi hành gia. Trong ngành công nghiệp dầu khí, nó được sử dụng để đo áp suất trong các ống dẫn dầu và gas.

Cảm biến áp suất tuyệt đối thường hoạt động bằng cách sử dụng một thành phần nhạy cảm đo thay đổi áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Thông số đầu ra của cảm biến thường được hiển thị trên một bảng điều khiển hoặc có thể được gửi đến các hệ thống điều khiển và quản lý khác.

Việc sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối cho phép chúng ta giám sát và kiểm soát áp suất một cách chính xác trong các ứng dụng quan trọng, đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống.

Cảm biến áp suất chênh áp

Cảm biến áp suất chênh áp là một thiết bị được sử dụng để đo hiệu chênh áp suất giữa hai điểm khác nhau. Nó đo lường sự khác biệt về áp suất giữa hai vị trí và cung cấp thông tin về sự chênh lệch áp suất tại một điểm cụ thể.

Cảm biến áp suất chênh áp thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ, trong hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cảm biến áp suất chênh áp được sử dụng để đo áp suất giữa hai vị trí trong hệ thống và điều chỉnh luồng không khí. Trong ngành công nghiệp, nó có thể được sử dụng để giám sát áp suất trong hệ thống ống dẫn hoặc đo áp suất trong quá trình sản xuất.

Cảm biến áp suất chênh áp hoạt động bằng cách sử dụng các thành phần nhạy cảm để đo chênh lệch áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Thông số đầu ra của cảm biến thường được hiển thị trên bảng điều khiển hoặc có thể được gửi đến các hệ thống điều khiển và giám sát khác.

Việc sử dụng cảm biến áp suất chênh áp cho phép chúng ta giám sát và điều khiển chênh lệch áp suất trong các ứng dụng khác nhau, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ thống.

Ứng dụng của cảm biến áp suất trong thực tế

Cảm biến áp suất là một trong những thiết bị đo lường quan trọng nhất trong thực tế và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến áp suất trong thực tế:

1. Điều khiển quá trình sản xuất: Cảm biến áp suất được sử dụng để đo áp suất trong các hệ thống sản xuất như quá trình chế biến thực phẩm, sản xuất dược phẩm, sản xuất bia và rượu, và sản xuất hóa chất. Các cảm biến này giúp kiểm soát quá trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2. Hệ thống HVAC: Cảm biến áp suất được sử dụng trong hệ thống HVAC để đo áp suất trong các ống dẫn không khí và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

3. Tàu thủy: Cảm biến áp suất được sử dụng để giám sát áp suất trong các hệ thống đường ống và hệ thống điều khiển của tàu thủy.

4. Ô tô và xe hơi: Cảm biến áp suất được sử dụng trong các hệ thống khí xả và hệ thống bơm xăng của ô tô và xe hơi.

5. Y tế: Cảm biến áp suất được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy đo huyết áp và máy thở để đo áp suất trong cơ thể con người.

6. Năng lượng điện: Cảm biến áp suất được sử dụng trong các hệ thống điện gió và hệ thống điện mặt trời để đo áp suất của các chất lỏng và khí trong quá trình sản xuất năng lượng.

7. Điều khiển hệ thống xử lý nước: Cảm biến áp suất được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước để đo áp suất và kiểm soát quá trình xử lý nước.

8. Hệ thống khí đốt: Cảm biến áp suất được sử dụng trong các hệ thống khí đốt để đo áp suất và kiểm soát quá trình sản xuất khí đốt.

Lời kết

Trên đây là tổng quan một số thông tin liên quan đến cảm biến áp suất mà chúng tôi- Điện Tử Số muốn giới thiệu đến bạn. Hi vọng qua đó đã giúp bạn có thêm nhiều kiến thức bổ ích về thiết bị cảm biến áp suất này. Nếu có bất kỳ thắc mắc, câu hỏi nào bạn có thể để lại bình luận bên dưới bài viết để chúng tôi có thể hỗ trợ giải đáp nhanh chóng cho bạn nhé!