Cảm biến chênh áp là thiết bị chuyên dùng để xác định sự chênh lệch áp suất giữa hai vị trí trong cùng một hệ thống, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống HVAC, AHU, phòng sạch, lọc bụi và dây chuyền công nghiệp. Thông qua việc theo dõi giá trị chênh áp, có thể dễ dàng đánh giá tình trạng bộ lọc, kiểm soát áp suất phòng, giám sát lưu lượng và phát hiện những bất thường trong hệ thống một cách nhanh chóng, chính xác.
Vậy cảm biến chênh lệch áp suất có nguyên lý hoạt động ra sao, ứng dụng thực tế ở đâu và cần lưu ý gì trong quá trình chọn mua? Cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây nhé!
CẢM BIẾN CHÊNH ÁP LÀ GÌ?
Cảm biến chênh áp (tên khác: cảm biến chênh lệch áp suất), là thiết bị chuyên dùng để đo sự khác biệt áp suất giữa hai điểm trong cùng một hệ thống.
Khác với cảm biến áp suất thông thường chỉ đo áp suất tại một vị trí, cảm biến chênh lệch áp suất sẽ cho ra giá trị ΔP = P (cao) - P (thấp). Kết quả này là cơ sở để các kỹ sư giám sát chính xác tình trạng lưu lượng, bộ lọc, mức chất lỏng hoặc áp lực phòng sạch.
Trong các nhà máy, tòa nhà hay phòng sạch, việc theo dõi chặt chẽ mức chênh áp góp phần phát hiện sớm tắc nghẽn, rò rỉ, quạt chạy yếu hay bộ lọc bẩn/hỏng cần thay thế. Đây cũng là nguyên nhân giúp cảm biến chênh áp được xem như “mắt thần” của hệ thống HVAC, các dây chuyền sản xuất bán dẫn, dược phẩm, thực phẩm và các ứng dụng đo mức sử dụng nguyên lý áp suất thủy tĩnh.
Một số dòng cảm biến đo chênh áp nổi bật hiện nay:
Cấu tạo cảm biến chênh áp
Một cảm biến chênh áp cơ bản sẽ gồm 5 bộ phận chính là màng ngăn, buồng áp suất, bộ chuyển đổi, mạch xử lý tín hiệu và vỏ bảo vệ. Trong đó:
Vỏ bảo vệ của cảm biến đo chênh áp thường là nhựa ABS (cảm biến khí khô) hoặc inox 316 (cảm biến ứng dụng trong môi trường công nghiệp, yêu cầu khả năng chống ăn mòn).
Màng ngăn là “trái tim” của cảm biến chênh lệch áp suất, nó thường được làm từ chất liệu thép không gỉ 316L, gốm ceramic hoặc silicon. Khi có chênh lệch áp suất giữa hai cổng High (+) và Low (-), màng sẽ bị biến dạng đàn hồi.
Hai buồng áp suất (cổng kết nối áp suất High (+) và Low (-)) được thiết kế nối trực tiếp với hai điểm cần đo, đảm bảo môi chất tiếp xúc với bộ phận cảm biến theo đúng thiết kế.
Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ biến đổi độ biến dạng của màng ngăn thành tín hiệu điện, quá trình này được thực hiện dựa trên nguyên lý điện dung, áp điện hoặc cầu Wheatstone.
Mạch xử lý có vai trò tuyến tính hóa, bù nhiệt và chuyển kết quả đo thành tín hiệu ngõ ra chuẩn 4-20mA, 0-10V hoặc Modbus RTU.
Nguyên lý hoạt động cảm biến chênh áp
Nguyên lý hoạt động của cảm biến chênh áp diễn ra theo quy trình cơ bản như sau:
Áp suất P(+) tác động lên mặt dương và P(-) lên mặt âm của màng → màng võng một khoảng tỷ lệ thuận với ΔP → độ võng này được màng điện dung/strain gauge chuyển đổi thành sự thay đổi điện dung/điện trở tương ứng → mạch xử lý chuyển đổi thành tín hiệu 0-10V, 4-20mA hoặc Modbus RTU tương ứng 0-100% dải đo.
Ví dụ: cảm biến chênh áp gió dải đo 0-100 Pa, ngõ ra 4-20mA.
Khi ΔP = 0 Pa → 4mA
ΔP = 50 Pa → 12mA
ΔP = 100 Pa → 20mA.
ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA CẢM BIẾN CHÊNH ÁP
Cảm biến chênh áp được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa, nhằm phát hiện sớm dấu hiệu bất thường, tối ưu hiệu suất vận hành lâu dài và giảm chi phí bảo trì/sửa chữa khẩn cấp. Các ứng dụng điển hình của thiết bị này bao gồm:
Giám sát tình trạng bộ lọc trong hệ thống HVAC
Đây là ứng dụng phổ biến hàng đầu của cảm biến chênh áp khí. Trong hệ thống HVAC, không khí sẽ luôn đi qua bộ lọc để loại bỏ bụi bẩn và các hạt ô nhiễm. Theo thời gian, lượng bụi bẩn tích tụ trên bề mặt lọc sẽ ngày càng nhiều và làm tăng sức cản dòng khí.
Lúc này, cảm biến chênh áp gió sẽ theo dõi tổn thất áp suất qua bộ lọc để xác định mức độ bẩn và thời gian cần vệ sinh/thay lọc phù hợp nhất. Người vận hành không cần kiểm tra thủ công, cũng không cần lo vấn đề thay lọc quá sớm khi vẫn còn sử dụng được, hoặc thay quá muộn khiến hệ thống hoạt động kém hiệu quả.
Nhờ có cảm biến đo chênh áp khí mà công tác bảo trì có thể được thực hiện dựa trên tình trạng thực tế của thiết bị thay vì phụ thuộc vào thời gian sử dụng.
Kiểm soát chênh áp chặt chẽ trong phòng sạch
- Trong lĩnh vực sản xuất dược phẩm, điện tử, thiết bị y tế và các vị trí yêu cầu kiểm soát chặt chẽ mức độ ô nhiễm thì cảm biến chênh áp có tầm quan trọng không thể thiếu.
- Trong phòng sạch, cảm biến giữ tỷ lệ chênh áp giữa các phòng, giữ phòng với hành lang, giữa khu vực bình thường và khu vực cách ly… luôn ở đúng ngưỡng thiết kế. Từ đó giúp hạn chế tối đa sự lưu thông không khí (có thể gây lây nhiễm chéo) giữa các khu vực.
Bên cạnh đó, cảm biến chênh áp khí cũng được sử dụng để theo dõi sự khác biệt áp suất giữa phòng và khu vực tham chiếu. Chẳng hạn, một phòng sạch được thiết kế duy trì áp suất dương 15 Pa so với hành lang. Khi cửa đóng và hệ thống thông gió hoạt động ổn định, cảm biến theo dõi và ghi nhận giá trị gần với mức thiết kế. Nếu cửa bị mở hay hệ thống cấp gió gặp sự cố thì mức độ chênh áp có thể giảm. Khi đó, cảm biến sẽ truyền tín hiệu về BMS để kích hoạt cảnh báo hoặc điều chỉnh hệ thống.
Giám sát áp suất trong hệ thống cầu thang tăng áp
Hệ thống tăng áp cầu thang có nhiệm vụ chính là hỗ trợ kiểm soát sự xâm nhập của khói vào lối thoát nạn khi có hỏa hoạn. Trong khu vực này, cảm biến chênh áp được lắp đặt để theo dõi sự khác biệt áp suất giữa buồng thang và các khu vực lân cận.
Thông tin từ cảm biến gửi về sẽ giúp bộ điều khiển giám sát tình trạng áp suất và điều chỉnh hoạt động của quạt/thiết bị xả áp. Nếu áp suất quá thấp, khả năng ngăn khói xâm nhập vào buồng thang thoát hiểm có thể không đạt yêu cầu. Ngược lại, khi áp suất quá cao thì có thể ép chặt cửa thoát hiểm, không thể mở ra được.
Do đó, cảm biến chênh lệch áp suất gió sẽ được sử dụng với mục tiêu duy trì mức chênh áp phù hợp với phương án thiết kế phòng cháy chữa cháy của công trình.
Ứng dụng trong hệ thống xử lý khí và bụi công nghiệp
Trong môi trường công nghiệp, hệ thống hút bụi thường sử dụng túi lọc, lõi lọc hoặc các bộ phận tách bụi để xử lý không khí. Khi bụi bẩn tích tụ lâu ngày trên bề mặt lọc sẽ làm độ chênh lệch áp suất tăng lên. Cảm biến chênh áp gió sẽ được lắp đặt ở vị trí này để theo dõi tình trạng bộ lọc, từ đó điều khiển tự động chu trình làm sạch bộ lọc khi cần thiết.
Điều này giúp hạn chế tiêu thụ khí nén, giảm số lần giũ bụi không cần thiết và góp phần duy trì sức cản của bộ lọc đúng với yêu cầu kỹ thuật.
PHÂN LOẠI CẢM BIẾN CHÊNH ÁP THEO MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG
Cảm biến chênh áp được chia thành hai nhóm chính, gồm: cảm biến chênh áp khô (chuyên dùng cho khí sạch, khô) và cảm biến chênh áp ướt (chuyên dùng cho chất lỏng, hơi, khí ẩm hoặc hóa chất).
Cảm biến khô (cảm biến chênh áp khí/gió) thường có dải đo chênh áp thấp (0-50 Pa … 0-500 Pa), thiết kế vỏ bằng nhựa ABS, ngõ ra tiêu chuẩn thường là 4-20mA/0-10V/Modbus RTU. Ứng dụng nổi bật là trong hệ thống HVAC, phòng sạch, cầu thang thoát hiểm, thang máy.
Cảm biến ướt (cảm biến chênh nước) có dải đo cao hơn (0-10kPa … 0-40 bar), vỏ được làm từ inox 316L, màng ngăn thường là ceramic/inox 316L chịu ăn mòn. Ứng dụng phổ biến trong nước, dầu, hóa chất, hơi bão hòa…
KINH NGHIỆM CHỌN MUA CẢM BIẾN CHÊNH ÁP - 5 SAI LẦM PHỔ BIẾN CẦN TRÁNH
Khi mua cảm biến chênh áp, có 5 sai lầm phổ biến nhất mà bạn cần lưu ý kỹ để tránh chọn sai thiết bị - lãng phí đầu tư và không mang lại hiệu quả kỳ vọng:
- Sai lầm thứ nhất là chọn sai dải đo, dẫn đến độ phân giải kém, sai số lớn. Nguyên tắc chọn dải đo là giá trị làm việc nằm trong khoảng 40-70% full scale.
- Sai lầm thứ hai là dùng cảm biến khô cho môi trường ẩm hoặc có nước, chắc chắn chỉ sau vài tuần là màng cảm biến sẽ bị oxy hóa và mạch chập chờn ngay.
- Sai lầm thứ ba là không xem xét kỹ vật liệu màng và vỏ. Hãy nhớ, trong môi trường hóa chất ăn mòn thì ưu tiên chọn dòng có màng ceramic/Hastelloy, vỏ inox 316L. Nếu dùng màng silicon và vỏ nhựa ABS thì cảm biến sẽ hỏng nhanh chóng.
- Sai lầm thứ tư là chọn sai tín hiệu ngõ ra. Nhiều hệ thống hiện đại ưu tiên tín hiệu 4-20mA (truyền xa, ít nhiễu) hoặc giao thức truyền thông công nghiệp Modbus RTU (truyền xa, không suy hao, kết nối nhiều cảm biến trên một đường truyền), trong khi PLC cũ chỉ nhận tín hiệu analog 0-10V (khoảng cách truyền ngắn, dễ bị ảnh hưởng nhiễu điện từ). Hãy xem xét thật kỹ bộ điều khiển hiện có và nhu cầu ứng dụng thực tế để chọn kiểu tín hiệu ngõ ra tương thích.
- Sai lầm thứ năm là bỏ qua bước hiệu chuẩn định kỳ. Thông thường, các dòng cảm biến chênh áp cần được kiểm tra và hiệu chuẩn định kỳ 6-12 tháng/lần để đảm bảo độ chính xác theo đúng chuẩn từ nhà sản xuất (thường nằm trong khoảng ±0.5% FS).
SO SÁNH CẢM BIẾN CHÊNH ÁP VÀ CẢM BIẾN ÁP SUẤT - HIỂU ĐỂ TRÁNH MUA NHẦM
Có rất nhiều trường hợp người dùng nhầm lẫn giữa cảm biến áp suất và cảm biến chênh áp dẫn đến việc mua nhầm. Tai hại hơn, hai thiết bị này không thể thay thế cho nhau nên một khi đã mua nhầm thì chắc chắn không thể sử dụng được và hệ quả là lãng phí rất nhiều ngân sách đầu tư. Vì vậy, bạn cần phân biệt được hai loại thiết bị này để chọn mua đúng và sử dụng hiệu quả:
| Tiêu chí so sánh | Cảm biến chênh áp | Cảm biến áp suất |
| Định nghĩa | Đo hiệu số áp suất giữa hai điểm trong hệ thống (ΔP = Pcao - Pthấp) | Đo áp lực tuyệt đối hoặc áp suất tương đối tại một điểm duy nhất |
| Số cổng đo | 2 cổng: High (+) và Low (-) | 1 cổng: G (gauge) hoặc A (absolute) |
| Nguyên lý đo | So sánh áp lực hai phía màng ngăn | Đo biến dạng màng do áp lực tác động lên một phía |
| Dải đo điển hình | Thấp - trung bình | Trung bình - cao |
| Ngõ ra phổ biến | 4-20mA, 0-10V, Modbus RTU | |
| Nguồn cấp | 24VDC (2 dây hoặc 3 dây) | 24VDC, 12VDC, 5VDC (tùy model) |
| Ứng dụng điển hình | Giám sát bộ lọc HVAC, áp phòng sạch, đo lưu lượng qua orifice, đo mức thủy tĩnh | Giám sát áp lực bơm, bình chịu áp, khí nén, thủy lực, hệ thống nước |
| Giá thành | Cao hơn 20-50% so với cảm biến áp suất | Thấp hơn |
| Lắp đặt | Nối hai ống dẫn áp từ hai điểm đo vào cổng High và Low | Chỉ cần nối một điểm đo vào cổng duy nhất |
| Hiệu chuẩn | Cần hiệu chuẩn hai điểm, định kỳ 6-12 tháng/lần | Hiệu chuẩn một điểm, định kỳ 12 tháng/lần |
CẢM BIẾN CHÊNH ÁP 0-10V, 4-20MA VÀ MODBUS RTU NÊN CHỌN LOẠI NÀO?
Vấn đề chọn ngõ ra tín hiệu cho cảm biến đo chênh áp đủ sức khiến nhiều người đau đầu, vì cần phải cân đo đong đếm giữa thiết kế hệ thống hiện có và yêu cầu thực tế của ứng dụng. Dưới đây là các gợi ý nhanh từ kỹ thuật viên của Sensors Việt Nam, sẽ giúp bạn chọn được tín hiệu ngõ ra cảm biến chênh áp phù hợp nhất với hệ thống của mình:
Ngõ ra dòng điện 4-20mA là chuẩn tín hiệu được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp. Nó đáp ứng yêu cầu chống nhiễu tốt, truyền xa, tương thích hầu hết PLC, DCS, SCADA hiện đại. Nhược điểm của ngõ ra 4-20mA là mỗi cảm biến phải kéo một cặp dây riêng, rất tốn dây khi hệ thống có nhiều điểm.
Ngõ ra dòng điện 0-10V thì có ưu điểm là cấu hình đơn giản, dễ lắp đặt, có thể đọc giá trị đo trực tiếp bằng card analog 0-10V của PLC/DAQ. Điểm yếu chí mạng của tín hiệu này là khoảng cách truyền tương đối ngắn và dễ bị sụt áp trên khoảng cách dây dài.
Giao thức truyền thông công nghiệp Modbus RTU (RS-485) hiện là truyền tín hiệu xu hướng trong tòa nhà thông minh và nhà máy 4.0. Chỉ với một cặp dây A-B, giao thức này có thể kết nối đến 32 unit loads, cho phép đọc nhiều thông tin cùng lúc và truyền tín hiệu đi xa mà không bị suy hao. Tuy nhiên, cảm biến chênh áp khí Modbus RTU yêu cầu lập trình khá phức tạp, chi phí ban đầu cao và đòi hỏi PLC có cổng RS485/bộ chuyển đổi USB-RS485.
Lời khuyên:
Hệ thống nhỏ, ít điểm, truyền tín hiệu gần → 0-10V
Hệ thống nhỏ, ít điểm, truyền tín hiệu đi xa → chọn 4-20mA
Hệ thống lớn, nhiều điểm, cần giám sát chi tiết và tập trung → chọn Modbus RTU.
MUA CẢM BIẾN CHÊNH ÁP KHÍ CHÍNH HÃNG - GIÁ TỐT TẠI SENSORS VIỆT NAM
Sensors Việt Nam là đơn vị phân phối chính hãng các dòng cảm biến chênh áp, cảm biến áp suất, đồng hồ đo áp suất, công tắc áp suất đến từ các thương hiệu uy tín như E+E Elektronik, Evikon, EMS, Produal, S+S… với đầy đủ chứng từ CO/CQ, chính sách giá tốt, giao hàng toàn quốc nhanh chóng và bảo hành đầy đủ.
Sản phẩm đo lường áp suất nói chung được cung cấp với đa dạng dải đo (-1-0 Pa, 0-1 Pa, 0-10 Pa, 0-25 Pa, 0-100 bar, 0-200 bar, 0-500 bar và hơn thế nữa). ngõ ra tuỳ chọn (4-20mA, 0-10V, Modbus RTU), phù hợp cho ứng dụng HVAC, phòng sạch, đo mức, giám sát chênh áp cầu thang, giám sát chênh áp lọc, đo lưu lượng….
Khi mua hàng tại Sensors Việt Nam, bạn sẽ được các kỹ thuật viên tư vấn miễn phí, hỗ trợ chọn model phù hợp ứng dụng, kèm theo đó là các hướng dẫn lắp đặt, hiệu chuẩn và bảo hành từ 12 - 24 tháng.
Liên hệ ngay cho Sensors Việt Nam qua hotline 0911 660 660 hoặc truy cập website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để nhận báo giá chi tiết và tài liệu kỹ thuật đầy đủ cho cảm biến chênh áp, cảm biến áp suất, đồng hồ áp suất, công tắc áp suất.