Cảm biến áp suất 4-20mA và các loại cảm biến áp suất dùng trong công nghiệp
Cảm biến áp suất là gì ?
Cảm biến áp suất thực chất là một thiết bị gắn vào các đường ống nhằm mục đích kiểm tra xem các dòng lưu chất như nước, nước thải; dầu, dầu thủy lực, khí, khí nén….Truyền trong đường ống có ổn định hay không
Vì căn bản thiết kế mỗi loại đường ống đều chịu được áp lực khác nhau. Ví dụ như đường ống chịu được áp lực 5 kg nếu áp suất truyền trên đường ống vượt quá 6-7 kg thì chắc chắn sẽ dẫn đến vỡ đường ống
Vậy làm thế nào mà cảm biến biết đường áp suất đường ống cao hay thấp ?
Nguyên lý làm việc của cảm biến áp suất
Cảm biến đo áp suất hoạt động theo nguyên lý khi dòng lưu chất chảy ngang qua và tác động vào thành màng bên trong cảm biến
Lúc này; cảm biến sẽ so sánh áp lực tác động vào lớp màng và quy đổi lực đẩy đó thành dòng 4-20mA tương ứng output ra truyền về bộ hiển thị áp suất hoặc bộ điều khiển áp suất
Do vậy; lớp màng trong cảm biến vông cùng quan trọng. Tùy vào từng môi trường đo mà lớp màng được thiết kế khác nhau
Ví dụ:
- Đo áp suất nước – Dầu – Khí bình thường thì dùng cảm biến có màng ceramic
- Đo áp suất nước muối, nước biển, khí NH3, Axxit – Hóa chất thì sử dụng các loại màng Hastelloy C, Tantalum, Titanium hoặc 316L mạ vàng……
- Hoặc đo áp suất khí O2, gas, môi trường dầu khí thì vẫn dùng màng ceramic nhưng phải tích hợp tiêu chuẩn chống cháy nổ cho thiết bị
Ứng dụng cảm biến áp suất
Các loại cảm biến áp suất được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp giúp con người ngồi tại phòng điều hành có thể giám sát và điều khiển áp suất tại từng khu vực khác nhau thông qua biến tần, PLC; bộ hiển thị tích hợp relay… Dưới đây là một vài ứng dụng căn bản của thiết bị
Cảm biến đo áp suất khí nén máy ép
Chúng ta gắn thiết bị đo áp suất nhằm mục đích để điều khiển các loại máy nén . Các máy nén ở đây là dạng máy nén khí, máy ép nhựa; ép gỗ, máy ép thủy lực ……Các dòng máy ép này áp lực nó dùng khá lớn nằm tầm 160 kg cho đến 400 kg
Cảm biến đo áp suất dầu thủy lực
Đối với dòng áp suất dầu thủy lực cũng vậy lực ép cùng tầm 100 bar cho đến 250 bar. Mục đích cảm biến cũng sử dụng trong trường hợp điều khiển
Ví dụ:
Một máy nén khí thủy lực cần một cảm biến áp suất 4-20ma giám sát và điều khiển áp suất cho máy nén. Bài toán đưa ra ở đây là khi áp lực khí nhỏ hơn 125 bar thì yêu cầu cấp khí để tăng áp lên và khi áp lực khí cấp vào vượt quá 145 bar thì yêu cầu ngưng cấp khí
Trong trường hợp này; ta sử dụng con cảm biến áp lực khí dãy đó dao động 0-160 bar tương ứng output đầu ra 4-20mA truyền về bộ điều khiển áp suất. Trên bộ điều khiển ta cài đặt 2 điểm output relay điều khiển ở mức thấp 125 bar và mức cao 145 bar là ok
Cảm biến đo áp suất nước đường ống
Trên các đường ống nước tại các tòa nhà cao tầng; các nhà máy cấp nước hoặc tại các trạm bơm tất cả đều cần phải cần thiết bị giám sát áp suất trên các đường ống để biết được mức áp suất cao thấp tại mọi thời điểm hoặc điều khiển tự động tăng giảm áp suất nước trên đường ống
Ví dụ:
Trạm cấp nước cần cấp nước cho tòa nhà 20 tầng. Tính từ các bồn chứa nước trên tần thì độ cao tầm 140 mét chẳng hạn. Tất nhiên ở độ cao đó nếu không có áp suất chuẩn sẽ dẫn đến hụt nước không cấp đủ cho tòa nhà vì áp thấp không đưa nước trong đường ống lên được
Vì vậy cần 1 cảm biến áp suất 4-20ma gắn trên đường ống. Với độ cao 140 mét tướng ứng với 14 bar. Vì vậy phải dùng con cảm biến áp suất 16 kg để đo. Và thông qua thiết bị đá relay điều khiển trong trường hợp áp thấp hơn 14 bar thiết bị sẽ đá relay để điều khiển bơm tăng áp lên để cấp đủ nước cho tòa nhà
Cảm biến đo áp suất khí gas tiêu chuẩn Ex
Các môi trường dễ cháy nổ yêu cầu thiết bị phải kỹ lưỡng. Vì căn bản giá một vài thiết bị vẫn không quan trọng bằng việc giữ an toàn cho cả một hệ thông trị giá mấy chục tỷ bạc. Chưa kể nếu xảy ra vấn đề con liên quan đến vấn đề cấm vận kinh doanh
Vì thế; việc sử dụng cảm biến đo áp suất trong các môi trường liên quan đến dầu khí; gas hoặc nitơ…. bên cạnh cần độ chính xác thì vấn đề tích hợp các tiêu chuẩn phòng nổ theo chuẩn Châu Âu đảm bảo an toàn cho toàn bộ khu vực là rất quan trọng
Cảm biến áp suất lò hơi 100 oC 120 oC 150 oC 200 oC
Tức là dòng cảm biến đo áp suất phải chịu nhiệt độ cao trong môi trường khắc nghiệt. Trong khi; các thiết bị đo áp suất theo tiêu chuẩn hãng sản xuất chỉ chịu được nhiệt độ dao động 85 oC – 100 oC
Vậy làm thế nào để sử dụng cảm biến trong môi trường nay mà không bị hư hỏng ?
Đó chính là sử dụng kết hợp với ống siphon giảm nhiệt. Về siphon thì có rất nhiều loại, có loại giảm được 100 oC, 200 oC hoặc có loại kết cấu đặc biệt giảm được tối đa 400 oC
Bên cạnh đó; dòng cảm biến áp suất georgin lại có khả năng đo được nhiều môi như khí; dầu; nước. Trong khi các hãng khác chỉ sử dụng được một chức năng duy nhất.
Các loại cảm biến áp suất công nghiệp
Hiện tại; đo áp suất trong công nghiệp được phân ra nhiều loại khác nhau.
Theo tín hiệu đầu ra thì ta có các dạng cảm biến áp suất analog sau:
Cảm biến áp suất 4-20mA
Là dòng thiết bị đo áp suất được sử dụng gần như 98% trong tất cả các nhà máy sản xuất vì khi sử dụng dòng analog 4-20mA ta được một vài lợi thế sau:
- Tín hiệu ổn định – Báo chính xác áp suất thực tế
- Analog 4-20mA có khả năng truyền xa hơn các dòng analog còn lại
- Hầu hết tất cả các thiết bị sản xuất hiện nay đều ưu tiên đọc được tín hiệu 4-20mA
- Do tính năng phổ biến nên hầu hết dòng cảm biến áp suất tín hiệu ra 4-20mA luôn có hàng sẵn thay thế tiện lợi hơn so với các dòng analog khác là phải đặt hàng
Cảm biến áp suất 0-10V
Hầu hết; dòng cảm biến áp suất tín hiệu ra 0-10v ngày xưa chúng ta nghe khá nhiều. vì chuẩn PLC cũ thường một là nhận 4-20mA hoặc là nhận mỗi 0-10v
Bên cạnh đó; khi ráp máy móc thì các nhà sản xuất hay kèm các loại đo áp suất ra 0-10v tích hợp trong đó. Chính vì thế đôi khi vẫn có một vài người hỏi cảm biến 0-10v. Và họ không thay thế được dòng 4-20mA vì PLC cũ chỉ đọc được duy nhất analog 0-10V
Cảm biến áp suất 0-5V
Là dòng thiết bị đo áp lực hiếm gặp nhất. Tuy nhiên vẫn có nhiều trường hợp dùng tới loại này. Tín hiệu cũng đưa về plc hoặc bộ đọc để điều khiển. Hoặc đưa lên HMI, Scada….
Theo phạm vi đo áp suất ta có các loại:
Cảm biến áp suất 0-10 bar | 16 bar |25bar | 160 bar | 250 bar | 400 bar
Đây là các phạm vi đo áp suất thông dụng mà chúng ta thường thấy trong các nhà máy. Đặc biệt; 2 dãy đo 0-10 bar ( SR13002A00) và 0-16 bar (SR1E002A00) là dòng chuyên dụng nhất
Ngày xưa; cảm biến áp suất 4-20ma thường có kết nối ren 21mm tức là G1/2. Nhưng bây giờ thì dùng chủ yếu 13mm ( G1/4) vì căn bản ren 13mm chuyển tự do dễ hơn ren 21mm
Ví dụ:
Cảm biến áp suất khí khách cần ren G1/4 không nói gì nhưng cần ren G1/2 thì mua thêm bộ chuyển ren bên ngoài đưa 1/4 về G1/2.
Hoặc cảm biến áp suất nước cân ren kết nối G3/4 (ren 27mm) Thì mua chuyển ren G1/4 sang G3/4 rất đơn giản
Thông số kỹ thuật cảm biến áp suất
Đa phần các loại cảm biến áp suất đều có chung một vài thông số kỹ thuật như:
- Dãy đo áp suất 0-250 mbar | 0-160 mbar | 0-1.6 bar | hoặc -1….0 bar | -1….3 bar | -1…..24 bar…..
- Tín hiệu đầu ra dạng analog 4-20mA
- Nguồn cấp thường 24Vdc
- Kết nối ren tùy ý như đề cập phía trên
- Đa phần chỉ khác nhau về độ chính xác và tuổi thọ thiết bị. Và đây cũng là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giá giữa các hãng với nhau
Cách đấu dây cảm biến áp suất 2 – 3 – 4 dây
Về đấu dây tín hiệu analog ta cần phân biệt rõ ràng nó có 2 cách đấu dây hoàn toàn khác nhau:
- Đấu dây tín hiệu có nguồn
- Đấu dây tín hiệu không nguồn hay còn gọi nguồn loop
Trong trường hợp này thì cảm biến áp suất đấu dây theo cách có nguồn.
Kết nối cảm biến áp suất 4-20mA với PLC – Biến tần
Bài toán đặt ra là sử dụng cảm biến áp suất nước loại 2 dây output 4-20mA sử dụng điều khiển biến tần ta đấu dây như sau:
- Đầu tiên ta lấy chân âm bộ nguồn 24V đấu về chân dương biến tần
- Sau đó đẩy chân âm biến tần về chân âm thiết bị đo áp lực
- Cuối cùng cắm chân dương cảm biến áp lực đẩy qua chân dương bộ nguồn
Cách kiểm tra cảm biến áp suất bị hư hay không
Cảm biến áp suất analog có sự bất thường trong trường hợp tín hiệu báo về không chính xác như lúc mới mua. Vậy lúc này cảm biến áp suất bị gì ?
Trong trường hợp này sẽ xảy ra 2 trường hợp:
- Cảm biến áp suất bị hư
- Cảm biến áp suất bị nhiễu
Nguyên nhân nhiễu tín hiệu cảm biến do từ trường tạo ra. Hoặc do chúng ta mới lắp một thiết bị nào gần đó có động cơ hoạt động lớn. Hoặc thay đổi phương án đấu vảo biến áp suất qua biến tần….
Ta lấy cảm biến ra bên ngoài sau đó dùng một bộ đo dòng 4-20mA chính xác cao để kiểm tra nó
Lấy 2 thanh âm dương bộ đo dòng cắm vào 2 chân âm dương của cảm biến áp suất ( Thông thường các nhà sản xuất sẽ quy định chân âm là chân số 2 và chân dương là chân số 1)
Nếu tín hiệu hiển thị trên bộ đo dòng tầm dưới 3.8mA chứng tỏ thiết bị đo áp suất bị hư. Còn nếu nó ra 4mA hoặc gần 4mA thì chắc chắn thiết bị đo bị nhiễu bởi môi trường xung quanh
Bộ điều khiển cảm biến áp suất
Đóng vai trò vừa làm một thiết bị hiển thị áp suất; vừa làm một rờ le trung gian nhận tín hiệu cảm biến áp suất sau đó đá ra 2 relay điều khiển áp suất thấp hoặc áp suất cao. Hoặc cả 2 mức áp suất
Hoặc điều khiển một mức còn lại 1 mức truyền về còi báo động
Ví dụ:
Bài toán đặt ra cần một thiết bị đo áp suất đường ống tầm 0-4 kg/ cm2 điều khiển tăng áp khi áp dưới 0.8 bar và giảm áp khi áp đạt 3.5 bar
Trường hợp này ta sử dụng thiết bị áp suất 0-4 bar ( SR1C002A00 ) đấu 2 dây 4-20mA về bộ hiển thị sao đó thiết lập calip bộ hiển thị đá relay diều khiển ở 2 mức theo yêu cầu
Bộ khuếch đại chống nhiễu cảm biến áp suất
Bộ khuếch đại có 2 chức năng giúp thiết bị đo áp suất ổn định tín hiệu bằng cách:
- Giúp tín hiệu 4-20mA output ra từ cảm biến áp suất truyền được xa hơn
- Hỗ trợ cách ly đồng thời chống nhiễu tín hiệu do môi trường bên ngoài gây nên làm đường truyền không chính xác
- Điểm đặc biệt; các loại cảm biến đo áp suất sử dụng lâu thường có độ trôi hằng năm ( Mức sai số tăng lên theo năm) Thì bộ chuyển đổi tín hiệu cảm biến áp suất có chức năng đưa thiết bị về độ chính xác như ban đầu
Ví dụ:
Cảm biến áp suất 0-6 bar ( SR1D002A00 ) tương đương 4-20mA. Tuy nhiên; sau 2-3 năm sử dụng thiết bị chỉ output còn lại 4…..19.5 mA. Thì lúc này sử dụng thêm bộ chuyển đổi áp suất sẽ đưa dòng 0….19.5mA thành dòng 4-20mA
Báo giá các loại cảm biến áp suất 4-20ma 0-10v 0-5v
Bên cạnh các dãy đo thông dụng còn một vài dãy đo đặc biệt có sẵn như: cảm biến áp suất -1…..3 bar ( SR1Q002A00) | 0….400 bar ( SR18002A00) | 0-600 bar ( SR19002A00 ) | 0-2,5 bar ( SR1B002A00).
Chi tiết mua cảm biến áp suất bạn có thể liên hệ lấy báo giá tại đây:
CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÙNG PHAT
Trưởng Phòng Kinh Doanh
Kỹ Sư Cơ Điện
0931 429 989 – 0972 56 05 06 – Mr. Thành
Mail: thanh.nguyen@huphaco.vn
Địa chỉ: Rosita Khang Điền; Phường Phú Hữu, Q9, TP.HCM