Để theo dõi áp lực nước trong các hệ thống ống dẫn, bồn chứa thì chúng ta sẽ sử dụng một thiết bị gọi là cảm biến áp suất nước. Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu chi tiết về nguyên lý hoạt động, phân loại cảm biến áp lực nước nhé.
Cảm biến áp suất nước là gì?
Cảm biến áp suất nước hay cảm biến áp lực nước trong tiếng Anh được gọi là water pressure sensor hoặc là water pressure transducer. Đây là một loại cảm biến dùng để đo áp suất nước trong bồn chứa hay đường ống nước.
Một cảm biến đo áp suất nước có cấu tạo với 2 bộ phận chính như sau:
- Đầu dò của cảm biến: 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 dung, điện trở,… về khối xử lý.
- Khối xử lý: Sau khi nhận các tín hiệu từ khối cảm biến thì khối xử lý sẽ thực hiện chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn khi đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA (tín hiệu thường được sử dụng nhất), 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC,…
Cách hoạt động của cảm biến áp suất nước
Mặc dù hiện nay có nhiều loại cảm biến áp đo lực nước khác nhau có sẵn trên thị trường, nhưng một trong những loại được sử dụng nhiều nhất là cảm biến áp suất nước dạng màng (dựa trên nguyên lý đo sức căng của màng). Chúng hoạt động với phương thức như sau:
Bên trong cảm biến có một màng mỏng, dựa vào sự biến dạng của màng sẽ làm thay đổi giá trị điện trở. Khi áp lực nước càng mạnh thì độ biến dạng càng tăng dẫn đến giá trị của điện trở càng tăng. Chuyển đổi áp suất màng được kết nối với cầu Wheatstone. Bộ phận điện dùng để chuyển đổi tín hiệu điện trở thành tín hiệu 0-10V hoặc 4-20mA.
Bạn có thể chọn loại đầu ra output sao cho phù hợp với yêu cầu của thiết bị hiển thị hay thiết bị điều khiển của hệ thống. Có 3 loại đầu ra phổ biến là mV (millivolt), V (volt) và mA (tín hiệu dòng). Tuỳ thuộc vào đầu ra mà cảm biến áp suất nước sẽ có một sơ đồ đấu dây khác nhau. Các tín hiệu này sẽ được chia sẻ chi tiết trong phần tiếp theo của bài viết.
Các tín hiệu đầu ra của cảm biến đo áp suất nước
Cảm biến áp suất tiêu chuẩn có 3 loại tín hiệu chung : 0-5V, 0-10V, 4-20mA. Chúng ta xem các loại tín hiệu ngõ ra của cảm biến áp suất này.
Tín hiệu đầu ra 0-5V
Tín hiệu đầu ra 0-5V hay 0.5-4.5V không còn phổ biến trong các loại thiết bị hiện nay do đã chuyển dần qua tín hiệu 2-40mA. Tại các máy móc cũ trước đây, chúng ta thấy cảm biến áp suất có tín hiệu ngõ ra 0-5V khá nhiều do các bo mạch điện tử thường nhận 0-5V làm đầu vào.
Tín hiệu 0-10V
Tương tự tín hiệu 0-5V, tín hiệu đầu ra 0-10V chỉ bắt gặp trong những thiết bị cũ nhưng vẫn được sử dụng nhiều hơn so với tín hiệu 0-5V. Nguyên nhân bởi tín hiệu áp 0-10V và 0-5V bị suy giảm khi truyền đi xa nên thiết bị hiện đại dần dần chuyển sang dùng tín hiệu 4-20mA để cải thiện điều này.
Tín hiệu đầu ra 4-20mA
Hiện nay, tín hiệu 4-20mA được dùng rất phổ biến trong cảm biến áp suất ngày nay bởi tín hiệu 4-20mA không bị suy giảm theo khoảng cách truyền.
Các loại cảm biến áp suất chính xác cao sẽ luôn tích hợp tiêu chuẩn HART vào bên trong cảm biến giúp có thể giao tiếp được với các Handheld – HART để cài đặt mà không cần dùng tới các phím chức năng của cảm biến.
Phân loại cảm biến áp lực nước
Việc phân loại các cảm biến đo áp suất nước được dựa trên thiết kế của chúng. Các cảm biến áp suất nước có nhiều hình dáng và kích thước khác nhau. Mặt khác, bạn còn có thể phân loại theo 4 công nghệ tiêu biểu được sử dụng trong cảm biến đó là:
- Dựa trên nguyên lý đo sức căng của màng mỏng
- Dựa vào tính chất điện dung
- Dựa trên dây cộng hưởng
- Bằng cách đo điện áp
Trong thực tế sử dụng, chúng ta thường dùng nhất là loại hoạt động dựa trên nguyên lý đo sức căng của màng mỏng. Ngoài ra, những nguyên lý khác cũng được sử dụng trong một số trường hợp cụ thể nhưng không phổ biến bằng.
Ứng dụng của cảm biến áp suất nước
Cảm biến áp lực nước được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực đo áp lực chất lỏng. Các giá trị đo sẽ kết nối với bộ hiển thị, biến tần hoặc các bộ điều khiển như PLC để hệ thống xử lý các tình huống có thể xảy ra.
Cảm biến đo áp suất nước dùng để đo áp suất thuỷ lực ngay sau khi máy bơm trên đường ống. Mục đích để kiểm soát áp lực nước qua ống thủy lực, bảo vệ máy bơm và hệ thống ống dẫn. Từ đó, giám sát được áp lực nguồn nước ở điểm sử dụng.
Cảm biến áp suất nước còn được ứng dụng trong các lĩnh vực vòng kín. Ví dụ như bù áp suất, sẽ đo tỷ lệ áp suất ngược dòng và hạ lưu của van đo để đo chính xác độ sụt áp. PLC sẽ so sánh sự khác biệt về áp suất ngược dòng và hạ lưu với điểm đặt giảm áp mong muốn và điều chỉnh van để duy trì mức giảm áp đó bất kể dao động áp suất gây ra.
Lưu ý khi mua cảm biến áp lực nước
Khi mua cảm biến đo áp suất nước thì bạn cần lưu ý một số điểm như sau:
- Cần xác định được dải áp suất cần đo để chọn cảm biến. Ví dụ: Áp suất hiện tại trong đường ống là 0-5 bar, thì chúng ta cần chọn dải đo 0-6 bar, hoặc lớn hơn 1 chút để đảm bảo độ bền cũng như tính ổn định cho bộ cảm biến.
- Tín hiệu output của bộ đo áp suất nước, điểm này khá quan trọng, vì nó giúp bạn đồng bộ tín hiệu với hệ thống tốt hơn. Một gợi ý sáng giá là bạn nên chọn tín hiệu 4-20mA nếu là hệ thống xây dựng ngay từ đầu vì hiện nay các thiết bị hầu như sử dụng tín hiệu này.
- Chuẩn ren, tuy nhiên trong trường hợp chọn sai chân ren thì hiện nay việc này đã có cách giải quyết đó là sử dụng các bộ chuyển ren.
- Nhiệt độ nước mà cảm biến tiếp xúc trực tiếp là bao nhiêu. Đại đa số các cảm biến áp suất nước hiện nay làm việc trong dải nhiệt độ dao động từ -15 đến 90 độ C. Cho nên khi bạn cần đo áp suất nước nóng thì bạn cần phải dùng đến những ống bảo vệ để không làm hỏng cảm biến.
Trên đây là những thông tin chi tiết về cảm biến áp suất nước – Một thiết bị được dùng khá phổ biến hiện nay. Mong rằng bài viết sẽ giúp bạn có được những kiến thức hữu ích.
