Áp suất là gì ? Các kiến thức liên quan đến áp suất ? Cảm biến áp suất là gì ? Phạm vi ứng dụng của thiết bị này ở đâu ? Các loại cảm biến áp suất đang dùng hiện nay là gì ? Cách chọn mua cảm biến áp suất hiện nay như thế nào ? Và đó cũng chính là những nội dung mà mình muốn chia sẻ đến các bạn trong bài viết này. Hy vọng thông qua bài viết các bạn sẽ có thêm kiến thức về đại lượng vật lý áp suất cũng như cách thức đo lường áp suất hiện nay như thế nào.
Có thể nói các đại lượng vật lý đã và đang là những nhân tố không thể thiếu đối với chúng ta trong học tập và cả công việc. Nhờ có chúng mà chính ta có thể tìm hiểu, nghiên cứu, khám phá, cũng như phân tích để có thể tạo ra cơ sở vật chất. Hơn thế nữa nhờ vào sự hiểu biết về chúng mà ta có thể phát triển cũng như triển khai các công việc hàng ngày một cách nhanh chóng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Chính vì thế mà trong bài viết này mình sẽ cung cấp đến các bạn có kiến thức mà mình tổng hợp được về một đại lượng. Đó chính là áp suất và các thông tin liên quan đến chúng cũng như những cách thức mà chúng ta có thể đo lường chúng.
Các kiến thức liên quan đến áp suất ?
Áp suất là gì ?
Trong lĩnh vực Vật Lý, áp suất là một đại lượng vật lý (thường có ký hiệu là P), được định nghĩa là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích theo phương vuông góc. Thông thường thì lực tác dụng sẽ có đơn vị là N (tức Newton) và diện tích sẽ có đơn vị là mét vuông. Từ đó có thể suy ra rằng áp suất sẽ có đơn vị là newton/mét vuông. Ngoài ra đơn vị trên còn có cách gọi khác là Pascal (Pa) được đặt theo tên của một nhà bác học người Pháp mang tên Blaise Pascal ở thế kỷ thứ 17. Và chắc hẳn là chúng ta đã từng học và cũng khá quen thuộc về loại đơn vị này đúng không nào ?
Phương trình thể hiện áp suất:
Để có thể dễ dàng và thuận tiện trong các công tác nghiên cứu và tính toán thì các nhà khoa học đã cho ra đời một phương trình để thể hiện đặc tính cảu áp suất.
P = F/S
Trong đó:
- P: là kí hiệu của áp suất hay áp lực (N/m2).
- F: là lực tác dụng (N).
- S: là diện tích mà lực đã tác dụng vào (m2).
Cách thức đổi đơn vị áp suất:
Ngoài đơn vị Pascal ra thì áp suất còn khá nhiều loại đơn vị khác dùng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và kỹ thuật. Có thể kể đến như atmosphere (atm), PSI, mmHg hay Torr và còn nhiều đơn vị khác nữa tùy vào cách sử dụng của từng nước. Để có thể thấy được sự tương quan giữa các đơn vị với nhau mình xin cung cấp đến các bạn bảng chuyển đổi đơn vị giữa các kí hiệu khác nhau.
Ví dụ một chút nhé: Nhìn vào bảng chúng ta sẽ có 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar = 10,197×10−6 at = 9,8692×10−6 atm,…
Ghi chú: mmHg là viết tắt của milimét thủy ngân (tức millimetre Hydragyrum).
Các loại áp suất thường thấy hiện nay:
Áp suất chất lỏng:
Áp suất chất lỏng tại một vị trí bất kì trong lòng chất lỏng được định nghĩa là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích trong lòng chất lỏng đó. Có phương trình tính toán như sau:
p = d.h
Trong đó:
- p: là áp suất chất lỏng (Pascal hay N/m2).
- h: là độ cao của cột chất lỏng được tính từ điểm tác dụng lên đến mặt thoáng (m).
- d: là trọng lượng riêng của chất lỏng đó (N/m3).
Áp suất tuyệt đối:
Áp suất tuyệt đối là tổng của áp suất được gây ra bởi cột chất lỏng và cả áp suất khí quyển tác dụng lên điểm trong lòng chất lỏng. Có kí hiệu là ρa và có phương trình tính toán là:
ρa = ρ0 + γh
Trong đó:
- ρ0: là áp suất của khí quyển.
- γ: là trọng lượng riêng của chất lỏng.
- h: là chiều cao của cột chất lỏng được tính từ mặt thoáng đến điểm cần xét trong lòng chất lỏng.
Áp suất tương đối:
Áp suất tương đối hay thường được gọi là áp suất dư, là áp suất được gây ra bởi chính khối lượng của cột chất lỏng. Áp suất tương đối là hiệu của áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển. Có kí hiệu là Ptđ hay Pdư.
ρdư = γh
Cảm biến áp suất là gì ?
Vừa rồi mình đã chia sẽ đến các bạn những kiến thức cơ bản về áp suất mà mình biết. Và trong phần này mình sẽ giới thiệu đến các bạn cách thức đo lường áp suất hiện nay mà các chúng ta đang sử dụng. Đó chính là cảm biến áp suất, đây là một thiết bị công nghiệp chuyên dùng để đo lường áp suất trong các công việc hằng ngày. Có thể đó là trong khai thác, trong các nhà máy sản xuất, các khu công nghiệp chế biến, trong các hệ thống truyền chất lỏng,vv… Vậy cụ thể như thế nào thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu về các loại thiết bị cảm biến áp suất này nhé.
Phạm vi ứng dụng của cảm biến áp suất:
Các ứng dụng của cảm biến áp suất hiện nay khá phong phú và rất đa dạng, có thể kể đến một số như:
Dùng để đo lường áp suất:
- Cảm biến áp suất có thể được sử dụng trực tiếp trong các lò hơi, vì trong ứng dụng này phải đòi hỏi độ chính xác cao cũng như phải có khả năng chịu nhiệt rất cao. Chính vì thế mà con người chúng ta không thể đảm nhiệm được nên cần phải dùng đến thiết bị cảm biến.
- Cảm biến áp suất dùng trong các máy nén khí để đo lường áp suất đầu ra. Việc này nhằm tránh các trường hợp quá áp trên thiết bị dẫn đến cháy nổ, hư hỏng thiết bị.
- Cảm biến cũng đóng vai trò khá quan trọng trong các van điều khiển.
- Có thể dùng cảm biến trên các máy móc thủy lực để giám sát quá trình hoạt động của các pen thủy lực.
Dùng để cảnh báo, giám sát và đóng/ngắt motor bơm:
Trong các ứng dụng cần nạp và xả nhiên liệu hay các chất lỏng một cách liên tục. Cảm biến áp suất có nhiệm vụ đo lường áp suất chênh lệch của bồn chứa hay bể chứ. Trong quá trình nạp liệu hay xả, cảm biến sẽ truyền tín hiệu về PLC yêu cầu đóng mở motor bơm để đảm bảo quá trình làm việc là liên tục. Việc này giúp thay thế nhân công giám sát và thời gian trong quá trình làm việc.
Hơn thế nữa cảm biến áp suất cần dùng để cảnh báo hay báo động trong trường hợp quá áp vì một lý do nào đó. Đây được xem là một phương thức bảo vệ trong các ứng dụng có áp suất cao như thủy lực và khí nén. Các ứng dụng này sẽ rất nguy hiểm nếu xảy ra sự cố nên rất cần đến thiết bị cảm biến và cảnh báo.
Dùng để biến tần trong các máy bơm hay motor bơm:
Cảm biến áp suất còn có thể dùng để kết nối với các biến tần. Việc này có ý nghĩa trong việc điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện hay máy bơm một cách tự động. Trong ứng dụng này thì các bạn có thể lựa chọn giữa 2 cách thức làm việc đó là tự động và làm việc bằng tay tùy vào nhu cầu.
Các loại cảm biến áp suất hiện nay:
Các loại cảm biến hiện nay thông thường sẽ dựa vào các loại áp suất hiện có để chế tạo nên. Ví dụ như cảm biến áp suất tương đối và cảm biến áp suất tuyệt đối. Bên cạnh đó thì chúng ta còn có loại cảm biến chênh áp thường được dùng trong các ứng dụng đo lường mực chất lỏng trong bồn chứa hay bể chứa. Để hiểu rõ hơn thì các bạn có thể tham khảo một số loại mình liệt kê dưới đây. Và nếu các bạn có nhu cầu chọn mua thì mình có để link tại từng phần, các bạn có thể tham khảo một cách chi tiết nhất.
Các loại cảm biến áp suất tương đối:
Về cách thức đo lường này thì mình xin giới thiệu đến các bạn một số loại cảm biến có khả năng hoạt động tốt trong áp suất tương đối. Mỗi loại sẽ có một số thông số kỹ thuật cũng như các ứng dụng khác nhau để các bạn có thể so sánh.
Cảm biến áp suất khí nén:
Đây là dòng cảm biến đo áp suất cao chuyên dùng trong các ứng dụng khí nén. Có thể kể đến như các trục cẩu, các ứng dụng trong bình chứa khí, khí gas, đo áp suất khí nén, đo áp suất dầu, đo áp suất hơi, đo áp suất gas, áp suất nước…..
Link chi tiết sản phẩm tại đây, các bạn có thể xem thêm ” Cảm biến áp suất khí nén “
Cảm biến đo áp suất nước:
Loại cảm biến áp suất này thường được dùng trong các nhà máy, khu công nghiệp, các khu chế xuất,… Cụ thể là trong các ứng dụng đường ống cần ổn định áp suất và điều chỉnh lưu lượng. Thông thường cảm biến áp suất sẽ kết hợp với biến tần để điều khiển tốc độ quay của động cơ hay motor bơm nhằm giảm thiểu điện năng tiêu thụ.
Ngoài ra cảm biến đo áp suất chất lỏng còn dùng trong các bồn chứa, silo hay tank chứa có độ cao tương đối. Trong ứng dụng này cảm biến sẽ hoạt động dựa theo nguyên lý áp suất nước (cứ xuống sâu 10m nước thì áp suất sẽ tăng 1bar) chính vì thế cảm biến thường được lắp bên thành bên phía đáy của thùng chứa hay silo để đảm bảo độ ổn định trong quá trình làm việc.
Ngoài ra còn có các loại cảm biến áp suất với nhiều dãy đo khác nhau như: -1÷0 Bar, 0÷1 Bar, 0÷6 Bar, 0÷10 Bar, 0÷16 Bar, 0÷25 Bar, 0÷40 Bar, 0÷60 Bar, 0÷100 Bar, 0÷160 Bar, 0÷250 Bar, 0÷400 Bar, 0÷600 Bar,…
Các loại cảm biến áp suất tuyệt đối:
Đây là dòng cảm biến chuyên dùng để đo lường áp suất chân không, thường dùng trong các ứng dụng máy hút chân không hay trong các máy hút.
Link chi tiết sản phẩm tại đây, các bạn có thể xem thêm ” Cảm biến áp suất âm -1-0bar “
Cảm biến áp suất đo chênh áp:
Đây là một dòng thiết bị công nghiệp chuyên dùng để đo chênh lệch áp suất trong các nhà máy hay các khu công nghiệp hiện nay. Thường dùng để đo áp suất, lưu lượng, nhiệt độ của các chất lỏng hay trong lò hơi thông qua việc so sánh mức độ chênh lệch áp suất giữa 2 điểm (mình tạm gọi đó là 2 điểm A và B). Loại cảm biến này được ứng dụng khá rộng rãi trong các công việc như đo chênh lệch áo suất nước, áp suất cầu thang hay trong không khí phòng sạch.
Cảm biến đo lường chênh lệch áp suất chất lỏng hay nước:
Đây là dòng thiết bị chuyên dùng để đo áp suất mực nước hay chất lỏng. Thường được lắp đặt trong các thùng chứa hay bể chứa nước ở các nhà máy hay các khu chế xuất nhiên liệu. Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng cảm biến với model MSP80D của hãng Muesen – Đức. Là một trong những nhà sản xuất cảm biến uy tín hàng đầu của Châu Âu.
Cảm biến đo chênh áp phòng sạch – không khí – cầu thang:
Dòng cảm biến áp suất dạng chênh áp này thường được dùng trong các nhà cao tầng hay các khu chung cư. Chúng được dùng nhiều nhất trong các ứng dụng đề phòng sự cố cháy nổ ở các phòng, các cầu thang, các khu vực khó thoát khói bên trong các khu nhà cao tầng.
Cụ thể thì trong quá trình hoạt động, nếu xảy ra hỏa hoạn trong các khu chung cư hay nhà cao tầng. Nhiệt độ tăng lên sẽ làm cho áp suất tại các khu vực trong chung cư tăng lên. Lúc này cảm biến chênh áp có nhiệm vụ truyền tín hiệu đến các máy quạt được bố trí sẵn có nhiệm vụ hút khói ra bên ngoài. Việc này có ý nghĩa quyết định đến sự sống còn của các người dân sống trong khu chung cư cao tầng. Vì hầu hết các sự cố gây thương vong trong hỏa hoạn đều là do khó gây ra. Nên việc trang bị cảm biến áp suất chênh áp này là điều đương nhiên phải làm.
Link chi tiết sản phẩm tại đây, các bạn có thể xem thêm ” Cảm biến đo chênh áp “
Cách chọn mua cảm biến áp suất như thế nào ?
Vừa rồi mình đã giới thiệu đến các bạn một số cách thức đo lường áp suất cũng như có liệt kê một số cảm biến áp suất thường dùng hiện nay. Tuy nhiên, để cho các bạn có thể chọn lựa một cách tối ưu hơn theo nhu cầu cá nhân thì mình sẽ đưa ra một số yêu cầu trước khi chọn mua như sau:
- Các bạn cần xác định dãy đo mong muốn là bao nhiêu: hiện nay trên thị trường có các dãy đo phổ biến như : 0-1.6bar, 0-6bar, 0-10bar, 0-16bar, 0-40bar… Việc nay có ý nghĩa khá quan trọng trong việc tối ưu hóa chi phí đầu tư vì dãy đo càng lớn thì giá thành sẽ càng cao. Hơn thế nữa nếu dãy đo quá lớn so với nhu cầu thì sẽ dẫn đến sai số trong quá trình đo lường.
- Cần xác định nhiệt độ làm việc của cảm biến: các loại cảm biến áp suất hiện nay thường làm việc ở khoảng nhiệt độ -20÷85°C. Nhưng nếu môi trường cần đo của các bạn có nhiệt độ cao hơn khoảng này thì ta nên trang bị thêm ống giảm nhiệt để cảm biến hoạt động ổn định.
- Các bạn cần xác định ngõ ra của cảm biến là gì: thông thường thì các ngõ ra hiện nay là dạng analog 4-20ma, đây là dạng tín hiệu có thể truyền đi xa mà không sợ bị nhiễu. Nếu như các thiết bị trong nhà máy các bạn là dạng 0-5V hoặc 0-10V thì có thể trang bị thêm một chuyển đổi tín hiệu. Các bạn có thể tham khảo thêm ” Các bộ chuyển đổi tín hiệu “
- Mức độ sai số của cảm biến mà các bạn muốn là bao nhiêu: nếu các ứng dụng của các bạn không cần đo chính xác cao thì không cần quan tâm đến vấn đề này. Và thông thường thì các loại cảm biến áp suất hiện nay sẽ có mức sai số từ 0.5-1%.
Bộ hiển thị giá trị áp suất:
Vì sao chúng ta cần dùng đến bộ hiển thị giá trị áp suất ? Có thể giải thích vấn đề này như sau, vì hầu hết các loại cảm biến áp suất hiện nay chưa được trang bị màn hình hiển thị giá trị đo được. Nếu chúng ta có nhu cầu giám sát các số liệu đo được thì là một vấn đề cần được giải quyết. Chính vì thế mà nếu các bạn có nhu cầu đó thì cần phải trang bị thêm một bộ hiển thị giá trị áp suất đo được của cảm biến.
Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng hiển thị giá trị áp suất OM402UNI do công ty mình chuyên cung cấp. Sản phẩm được nhập khẩu chính hãng từ Orbit Merret – Cộng Hòa Séc. Đây là một trong những hãng sản xuất thiết bị công nghiệp hàng đầu hiện nay nên các bạn có thể yên tâm về chất lượng.
Ứng dụng cụ thể như sau:
Mình sẽ đưa ra một ví dụ cụ thể để các bạn có thể hiểu thêm về các thức hoạt động của bộ hiển thị này. Cụ thể là nếu chúng ta có nhu cầu đo lường áp suất trong một hệ thống nước và chúng ta muốn giám sát số liệu đo lường được từ cảm biến để làm thống kê hay thực nghiệm. Các bạn cần lắp các thiết bị theo sơ đồ như sau:
Trong quá trình làm việc của các thiết bị, cảm biến áp suất sẽ không ngừng đo lường giá trị áp suất của máy móc và trả tín hiệu analog 4-20ma về cho bộ hiển thị. Tại đây bộ hiển thị áp suất có nhiệm vụ hiển thị con số cụ thể để chúng ta có thể giám sát (các bạn có thể lắp đặt bộ hiển thị tại nơi có thể dễ quan sát nhất). Hơn thế nữa từ bộ hiển thị áp suất các bạn có thể xuất ra tín hiệu analog 4-20ma để truyền về PLC điều khiển hoặc trong các ứng dụng máy bơm. Các bạn có thể đấu dây dạng Relay để đóng/ngắt motor một cách tự động.
