CẢM BIẾN ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG

Cảm biến áp suất chân không là giải pháp không thể thiếu trong việc kiểm soát áp suất chính xác cho nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, và nghiên cứu khoa học. Bài viết này thietbinganhgiay.vn sẽ cung cấp kiến thức đầy đủ từ khái niệm, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm đến cách chọn mua và bảo trì thiết bị. Tìm hiểu ngay để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và tiết kiệm chi phí với những mẹo hữu ích!

Cảm biến áp suất chân không là gì?

Cảm biến áp suất chân không là thiết bị chuyên dụng được thiết kế để đo lường và giám sát áp suất trong môi trường chân không hoặc gần chân không. Thiết bị này có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá trình vận hành ổn định, an toàn và chính xác trong các hệ thống yêu cầu kiểm soát áp suất chặt chẽ.

Khác với cảm biến áp suất thông thường, cảm biến áp suất chân không có khả năng đo áp suất thấp hơn so với áp suất khí quyển, thường dao động từ vài mbar (milli-bar) đến mức chân không tuyệt đối (0 mbar). Tùy theo ứng dụng, thiết bị này có thể được tích hợp vào hệ thống tự động hóa hoặc sử dụng riêng lẻ để theo dõi dữ liệu áp suất trong thời gian thực.

Cấu tạo của cảm biến áp suất chân không

Cảm biến áp suất chân không được chế tạo từ các bộ phận chính sau:

Màng cảm biến (Diaphragm)

Vai trò: Là thành phần quan trọng nhất trong cảm biến, màng cảm biến chịu trách nhiệm tiếp nhận áp suất từ môi trường bên ngoài.

Chất liệu:

• Kim loại (thép không gỉ, titan): Bền bỉ, phù hợp môi trường khắc nghiệt.
• Gốm hoặc silicon: Độ nhạy cao, dùng trong các ứng dụng yêu cầu đo chính xác.

Cách hoạt động: Màng sẽ bị biến dạng khi áp suất thay đổi. Độ biến dạng càng lớn thì áp suất càng cao (hoặc càng thấp trong môi trường chân không).

Bộ biến đổi áp suất thành tín hiệu điện  

Cầu Wheatstone: Được tích hợp trong cảm biến để đo sự thay đổi điện trở do biến dạng của màng cảm biến. Đây là công nghệ phổ biến nhất trong các cảm biến áp suất chân không.

Bộ chuyển đổi áp suất: Một số loại cảm biến sử dụng công nghệ điện dung hoặc piezoelectric để chuyển đổi biến dạng cơ học thành tín hiệu điện.

Vỏ bảo vệ (Housing)

Vai trò: Bảo vệ các thành phần bên trong khỏi bụi bẩn, hóa chất và các yếu tố ăn mòn từ môi trường.

Chất liệu:

• Thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm, đảm bảo độ bền cao.
• Một số cảm biến còn có lớp phủ chống ăn mòn đặc biệt cho môi trường axit hoặc kiềm.

Bộ kết nối điện từ  

• Chuyển tín hiệu từ cảm biến sang dạng số hoặc tín hiệu analog để truyền đến hệ thống điều khiển hoặc màn hình hiển thị.
• Có khả năng giao tiếp với các giao thức công nghiệp hiện đại như Modbus, CAN, hoặc 4-20mA.

Cổng kết nối (Connector)

• Thiết kế: Cổng ren hoặc mặt bích, dễ dàng tích hợp vào hệ thống.
• Tính năng: Đảm bảo khả năng lắp đặt nhanh chóng và kín khí để duy trì môi trường chân không.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất chân không dựa trên việc phát hiện và chuyển đổi sự thay đổi áp suất trong môi trường chân không thành tín hiệu điện hoặc cơ học. Dưới đây là phân tích chi tiết từng bước giúp bạn hiểu rõ cách thức thiết bị này vận hành và cung cấp những thông tin hữu ích để ứng dụng trong thực tế.

Tiếp nhận áp suất từ môi trường  

Vai trò của màng cảm biến: Màng cảm biến, thường được làm từ kim loại hoặc vật liệu bán dẫn, là bộ phận đầu tiên tiếp xúc với áp suất. Khi được lắp vào hệ thống, cảm biến sẽ chịu tác động trực tiếp từ áp suất bên ngoài.

Cách hoạt động:

• Trong môi trường chân không, áp suất thấp hơn nhiều so với áp suất khí quyển. Khi áp suất này tác động lên màng, nó sẽ gây ra biến dạng cơ học.
• Độ biến dạng của màng cảm biến tỷ lệ thuận với sự chênh lệch áp suất giữa môi trường bên trong và bên ngoài thiết bị.

Chuyển đổi áp suất thành biến dạng cơ học 

Màng cảm biến bị biến dạng: Dưới tác động của áp suất, màng cảm biến co lại hoặc giãn ra.

• Trong môi trường áp suất cao: Màng bị nén lại.
• Trong môi trường chân không: Màng giãn ra do sự chênh lệch áp suất.

Mức độ nhạy: Các màng cảm biến được thiết kế để nhận biết các thay đổi nhỏ nhất trong áp suất, giúp thiết bị đo chính xác ngay cả ở mức chân không gần tuyệt đối.

Chuyển đổi biến dạng cơ học thành tín hiệu điện 

Mỗi cảm biến sử dụng một công nghệ chuyển đổi khác nhau, phổ biến gồm:

• Strain Gauge (điện trở biến thiên): Biến dạng cơ học làm thay đổi điện trở trong mạch cầu Wheatstone. Sự thay đổi này tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với áp suất.
• Piezoelectric (hiệu ứng áp điện): Áp suất tác động tạo ra điện tích trên vật liệu áp điện, sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện.
• Capacitive (điện dung): Sự biến dạng màng cảm biến làm thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực, dẫn đến thay đổi điện dung và được chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Xử lý và truyền tín hiệu điện

Khuếch đại tín hiệu: Tín hiệu điện được tạo ra ban đầu thường rất nhỏ và cần được khuếch đại để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.

Chuyển đổi tín hiệu: Sau khi khuếch đại, tín hiệu được chuyển đổi thành các dạng chuẩn như:

• Tín hiệu analog (4-20mA, 0-10V) phù hợp với hệ thống công nghiệp.
• Tín hiệu số (RS485, Modbus) dùng trong hệ thống điều khiển thông minh.

Tín hiệu đầu ra được gửi đến:

• Hệ thống SCADA hoặc PLC: Theo dõi và điều khiển quy trình tự động hóa.
• Màn hình hiển thị: Giúp người vận hành quan sát giá trị áp suất thực tế.

Phản hồi và điều chỉnh  

Hệ thống tự động hóa: Các tín hiệu từ cảm biến không chỉ được sử dụng để giám sát mà còn làm cơ sở điều chỉnh hoạt động của hệ thống. Ví dụ:

• Khi áp suất vượt ngưỡng cho phép, cảm biến sẽ gửi tín hiệu cảnh báo hoặc kích hoạt van giảm áp để đưa áp suất về mức an toàn.
• Trong hệ thống chân không, cảm biến có thể điều khiển bơm chân không hoạt động theo chu kỳ phù hợp để duy trì áp suất ổn định.

Lưu trữ dữ liệu: Một số cảm biến hiện đại có khả năng ghi lại dữ liệu áp suất theo thời gian thực, giúp phân tích và tối ưu hóa quy trình vận hành.

Các hãng cảm biến áp suất chân không được yêu thích