Cảm biến đo áp suất là thiết bị dùng để phát hiện và đo áp suất của chất lỏng hoặc chất khí, sau đó chuyển đổi giá trị áp suất thành tín hiệu điện để hiển thị, giám sát hoặc truyền về hệ thống điều khiển. Trong công nghiệp, cảm biến áp suất thường được sử dụng trong hệ thống nước, bơm tăng áp, thủy lực, khí nén, HVAC, xử lý nước, máy móc tự động hóa và các dây chuyền sản xuất.

Trong thực tế, các thuật ngữ cảm biến áp suất, pressure sensor, pressure transducer và pressure transmitter đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau. Tuy nhiên, về kỹ thuật, pressure transmitter thường có giao diện cơ khí và điện tiêu chuẩn, đồng thời xử lý và truyền tín hiệu đo đến thiết bị nhận như PLC, bộ điều khiển hoặc màn hình.

Cảm biến đo áp suất là gì?

Cảm biến đo áp suất là thiết bị có nhiệm vụ biến đổi áp suất vật lý thành tín hiệu điện tương ứng. Áp suất của môi chất tác động lên phần tử cảm biến, làm phần tử này biến dạng hoặc thay đổi một đặc tính điện. Mạch điện tử sau đó xử lý tín hiệu để tạo ra tín hiệu đầu ra mà hệ thống điều khiển có thể đọc được.

Các loại cảm biến hiện đại có thể đo áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối hoặc chênh áp. Tùy model, tín hiệu đầu ra có thể là 4-20 mA, tín hiệu điện áp hoặc giao tiếp số như IO-Link.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất

Nguyên lý cơ bản của cảm biến áp suất có thể được mô tả theo chuỗi:

Áp suất môi chất → phần tử cảm biến → biến đổi tín hiệu → mạch điện tử xử lý → tín hiệu đầu ra.

1. Áp suất tác động lên màng cảm biến

Môi chất được đưa tới cổng kết nối áp suất. Áp suất tác động lên màng hoặc phần tử đo bên trong cảm biến.

2. Phần tử cảm biến biến đổi theo áp suất

Khi áp suất thay đổi, màng cảm biến có thể biến dạng. Với cảm biến áp suất kiểu áp điện trở, sự biến dạng này làm thay đổi điện trở của phần tử bán dẫn và tạo ra tín hiệu điện tương ứng.

3. Mạch điện tử xử lý tín hiệu

Tín hiệu từ phần tử cảm biến được mạch điện tử xử lý, có thể bao gồm khuếch đại, tuyến tính hóa và bù nhiệt tùy thiết kế.

4. Xuất tín hiệu đến hệ thống điều khiển

Tín hiệu sau xử lý được truyền tới PLC, biến tần, bộ điều khiển, màn hình hiển thị hoặc hệ thống giám sát.

Cấu tạo cảm biến đo áp suất

Một cảm biến áp suất công nghiệp thông thường có thể bao gồm các bộ phận chính:

Bộ phận	Chức năng
Cổng kết nối áp suất	Kết nối cảm biến với đường ống hoặc thiết bị cần đo.
Màng cảm biến	Tiếp nhận tác động của áp suất môi chất.
Phần tử đo	Chuyển đổi biến dạng hoặc thay đổi vật lý thành tín hiệu điện.
Mạch điện tử	Xử lý, khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu đo.
Đầu nối điện	Kết nối cảm biến với PLC, bộ điều khiển hoặc thiết bị hiển thị.
Vỏ bảo vệ	Bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi môi trường bên ngoài.

Các loại cảm biến đo áp suất phổ biến

Cảm biến áp suất tương đối

Cảm biến áp suất tương đối, còn gọi là gauge pressure sensor, đo áp suất của hệ thống so với áp suất khí quyển. Đây là loại thường gặp trong các ứng dụng đo áp suất nước, khí nén, thủy lực và nhiều hệ thống công nghiệp.

Cảm biến áp suất tuyệt đối

Cảm biến áp suất tuyệt đối sử dụng áp suất chân không làm mốc tham chiếu thay vì áp suất khí quyển. Loại cảm biến này phù hợp với các ứng dụng mà sự thay đổi của áp suất khí quyển có thể ảnh hưởng đến kết quả đo, chẳng hạn một số hệ thống chân không hoặc quy trình yêu cầu đo áp suất tuyệt đối.

Cảm biến chênh áp

Cảm biến chênh áp đo sự khác biệt giữa hai mức áp suất. Thiết bị có hai cổng áp suất để nhận hai giá trị áp suất và xác định độ chênh giữa chúng.

Cảm biến chênh áp thường được sử dụng để giám sát bộ lọc, bơm, quạt, máy nén và các hệ thống cần theo dõi tổn thất áp suất.

Phân loại cảm biến áp suất theo nguyên lý đo

Trên thị trường có nhiều công nghệ cảm biến khác nhau. Một số nguyên lý phổ biến gồm:

Công nghệ	Đặc điểm	Ứng dụng tham khảo
Áp điện trở	Dựa trên sự thay đổi điện trở khi phần tử cảm biến biến dạng.	Nước, khí, thủy lực, máy móc công nghiệp
Màng mỏng	Sử dụng cấu trúc strain gauge dạng màng mỏng.	Công nghiệp và thiết bị máy móc
Màng dày	Sử dụng phần tử điện trở được tạo trên nền vật liệu phù hợp.	Các ứng dụng công nghiệp
Điện dung	Đo sự thay đổi điện dung do biến dạng hoặc chuyển dịch của phần tử cảm biến.	Đo áp suất trong nhiều môi trường khác nhau

Không có một công nghệ cảm biến duy nhất phù hợp với mọi ứng dụng. Việc lựa chọn phụ thuộc vào dải đo, môi chất, nhiệt độ, độ chính xác, áp suất đỉnh, kết nối và tín hiệu đầu ra.

Cảm biến áp suất 4-20mA là gì?

Cảm biến áp suất 4-20mA là loại cảm biến xuất tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn trong khoảng 4 đến 20 mA tương ứng với dải áp suất được thiết lập.

Ví dụ, một cảm biến có dải đo 0-10 bar và đầu ra 4-20 mA có thể được quy đổi theo nguyên tắc:

Áp suất	Tín hiệu
0 bar	4 mA
2,5 bar	8 mA
5 bar	12 mA
7,5 bar	16 mA
10 bar	20 mA

Bảng trên là ví dụ tuyến tính để minh họa cách quy đổi; giá trị thực tế phải căn cứ vào dải đo và cấu hình cụ thể của cảm biến.

Tín hiệu 4-20 mA được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp. WIKA cũng liệt kê 4-20 mA cùng nhiều tín hiệu điện áp và giao tiếp số trong các dòng cảm biến áp suất của hãng.

Cảm biến áp suất 0-10 bar

Cảm biến áp suất 0-10 bar là cảm biến có dải đo danh định từ 0 đến 10 bar. Đây là dải thường gặp trong hệ thống nước, bơm tăng áp, khí nén và một số ứng dụng công nghiệp.

Tuy nhiên, không nên chọn cảm biến chỉ dựa vào con số 10 bar. Cần xác định áp suất làm việc thực tế, áp suất cực đại, khả năng xuất hiện xung áp và yêu cầu độ chính xác của hệ thống.

Ví dụ, nếu hệ thống thường xuyên hoạt động ở áp suất 8-9 bar và có thể xuất hiện áp suất đỉnh cao hơn, cảm biến có dải đo 0-10 bar có thể không phải lựa chọn phù hợp. Dải đo cần có khoảng dự phòng thích hợp theo điều kiện vận hành.

Cảm biến áp suất nước

Cảm biến áp suất nước được sử dụng để đo áp suất trong đường ống cấp nước, hệ thống bơm tăng áp, hệ thống xử lý nước, máy bơm và các thiết bị thủy lực.

Khi lựa chọn cảm biến áp suất nước, cần xem xét:

• Dải áp suất đo.
• Áp suất tối đa và áp suất đỉnh.
• Nhiệt độ nước.
• Vật liệu phần tiếp xúc môi chất.
• Kiểu kết nối ren.
• Tín hiệu đầu ra.
• Cấp bảo vệ vỏ.
• Độ chính xác.
• Yêu cầu chống rung và chống xung áp.

Cảm biến áp suất khí nén

Cảm biến áp suất khí nén được sử dụng để giám sát áp suất trong hệ thống khí nén, máy nén khí, van điều khiển, bộ truyền động và dây chuyền tự động hóa.

Với hệ thống khí nén, cần lựa chọn dải đo phù hợp với áp suất làm việc và kiểm tra khả năng chịu áp suất quá tải của cảm biến. Các điều kiện như rung động, nhiệt độ, hơi ẩm và dầu trong khí nén cũng cần được xem xét.

Cảm biến áp suất thủy lực

Trong hệ thống thủy lực, cảm biến áp suất được sử dụng để theo dõi áp suất của dầu thủy lực và hỗ trợ điều khiển bơm, van, xy lanh hoặc các thiết bị chấp hành.

Hệ thống thủy lực thường có thể xuất hiện xung áp và áp suất cao, vì vậy việc lựa chọn cảm biến cần đặc biệt chú ý đến dải đo, áp suất quá tải, áp suất phá hủy và khả năng chịu xung áp.

Cảm biến áp suất dùng cho PLC

Khi kết nối cảm biến áp suất với PLC, cần kiểm tra loại tín hiệu đầu ra mà PLC có thể nhận.

Tín hiệu	Đặc điểm	Ứng dụng
4-20 mA	Tín hiệu dòng điện analog phổ biến trong công nghiệp.	PLC, hệ thống điều khiển, giám sát
0-10 V	Tín hiệu điện áp analog.	PLC và bộ điều khiển có ngõ vào điện áp
0-5 V	Tín hiệu điện áp analog.	Thiết bị điều khiển và đo lường
IO-Link	Giao tiếp số cho phép trao đổi dữ liệu với thiết bị điều khiển.	Tự động hóa công nghiệp
CAN/bus	Giao tiếp số tùy thiết kế cảm biến.	Máy móc và hệ thống điều khiển chuyên dụng

Không phải PLC nào cũng nhận trực tiếp mọi loại tín hiệu. Vì vậy cần kiểm tra module input của PLC trước khi đặt mua cảm biến.

Cảm biến áp suất và công tắc áp suất khác nhau thế nào?

Tiêu chí	Cảm biến áp suất	Công tắc áp suất
Chức năng	Đo và chuyển đổi áp suất thành tín hiệu	Đóng/ngắt mạch tại điểm cài đặt
Tín hiệu	4-20 mA, điện áp hoặc tín hiệu số tùy model	Tiếp điểm đóng/ngắt
Giám sát liên tục	Có	Không theo dạng giá trị liên tục
Kết nối PLC	Phù hợp với hệ thống analog hoặc digital tương ứng	Thông qua tiếp điểm hoặc mạch phù hợp
Ứng dụng	Đo lường, điều khiển, giám sát	Bảo vệ, đóng/ngắt theo ngưỡng

Công tắc áp suất có thể thực hiện hành động tại một điểm chuyển mạch cài đặt, trong khi cảm biến/transmitter cung cấp giá trị áp suất để hệ thống tiếp tục xử lý.

Cảm biến áp suất 4-20mA và 0-10V khác nhau thế nào?

Tiêu chí	4-20mA	0-10V
Loại tín hiệu	Dòng điện	Điện áp
Dải tín hiệu phổ biến	4-20 mA	0-10 V
Ứng dụng	Tự động hóa công nghiệp	PLC, bộ điều khiển, HVAC và tự động hóa
Khoảng cách truyền	Phù hợp với truyền tín hiệu trong hệ thống công nghiệp	Cần xem xét ảnh hưởng của dây dẫn và nhiễu theo hệ thống
Lựa chọn	Căn cứ vào PLC và hệ thống điều khiển	Căn cứ vào PLC và bộ điều khiển

Thông số kỹ thuật của cảm biến đo áp suất

Thông số	Ý nghĩa
Dải đo	Khoảng áp suất mà cảm biến được thiết kế để đo.
Loại áp suất	Gauge, absolute hoặc differential.
Độ chính xác	Mức độ sai lệch của giá trị đo so với giá trị thực theo điều kiện quy định.
Tín hiệu đầu ra	4-20 mA, 0-10 V, 0-5 V, IO-Link hoặc tín hiệu khác tùy model.
Kết nối áp suất	G1/4, G1/2, NPT hoặc loại kết nối khác.
Kết nối điện	M12, DIN, cáp hoặc loại khác tùy thiết kế.
Nguồn cấp	Phụ thuộc vào model và loại tín hiệu.
Nhiệt độ làm việc	Khoảng nhiệt độ mà cảm biến có thể vận hành theo thông số nhà sản xuất.
Cấp bảo vệ	Mức độ bảo vệ vỏ khỏi bụi và nước.
Vật liệu tiếp xúc môi chất	Quyết định khả năng tương thích với môi chất.

Cách lựa chọn cảm biến đo áp suất phù hợp

1. Xác định môi chất

Trước tiên cần xác định cảm biến dùng cho nước, khí, dầu thủy lực, hơi, hóa chất hay môi chất đặc biệt. Môi chất ảnh hưởng đến vật liệu màng, gioăng và kết nối.

2. Xác định dải áp suất

Dải đo phải phù hợp với áp suất làm việc bình thường và có khoảng dự phòng phù hợp với các xung áp có thể xảy ra. Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi lựa chọn cảm biến.

3. Xác định loại áp suất cần đo

Cần xác định hệ thống cần đo áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối hay chênh áp.

4. Xác định tín hiệu đầu ra

Nếu kết nối với PLC, biến tần hoặc bộ điều khiển, cần xác định thiết bị nhận tín hiệu 4-20 mA, 0-10 V, IO-Link hoặc giao tiếp khác.

5. Xác định kiểu kết nối

Kiểm tra ren kết nối của đường ống hoặc thiết bị như G1/4, G1/2, NPT hoặc các chuẩn khác. Không nên chỉ nhìn đường kính mà bỏ qua tiêu chuẩn ren.

6. Kiểm tra nhiệt độ

Nhiệt độ của môi chất và môi trường có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc và độ chính xác của cảm biến. Cần đối chiếu giới hạn nhiệt độ của model.

7. Kiểm tra độ chính xác

Không phải hệ thống nào cũng cần cảm biến có độ chính xác rất cao. Cần lựa chọn theo yêu cầu thực tế để cân bằng giữa độ chính xác, chức năng và chi phí.

8. Kiểm tra môi trường lắp đặt

Đối với môi trường có rung động, bụi, nước, hóa chất hoặc nhiệt độ cao, cần lựa chọn model có cấu tạo và cấp bảo vệ phù hợp.

Ứng dụng của cảm biến đo áp suất

• Hệ thống cấp nước.
• Máy bơm và hệ thống bơm tăng áp.
• Hệ thống HVAC.
• Hệ thống khí nén.
• Hệ thống thủy lực.
• Máy nén khí.
• Hệ thống xử lý nước.
• Dây chuyền tự động hóa.
• Nhà máy sản xuất.
• Thiết bị cơ khí và máy công nghiệp.
• Hệ thống giám sát áp suất.
• Hệ thống điều khiển sử dụng PLC.

Cảm biến áp suất công nghiệp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ HVAC, khí công nghiệp, thực phẩm, dược phẩm đến máy móc, năng lượng và bán dẫn.

Cảm biến áp suất dùng cho bơm tăng áp

Trong hệ thống bơm tăng áp, cảm biến áp suất có thể được lắp trên đường ống để liên tục theo dõi áp suất. Giá trị đo có thể được truyền về bộ điều khiển hoặc PLC để điều khiển máy bơm.

Ví dụ, hệ thống có thể sử dụng cảm biến 4-20 mA để truyền giá trị áp suất về PLC. PLC sau đó xử lý tín hiệu và điều khiển biến tần hoặc máy bơm theo thuật toán được thiết kế.

Đối với hệ thống có dao động áp suất lớn hoặc xung áp, cần lựa chọn cảm biến có khả năng chịu được điều kiện đó và có thể sử dụng các phụ kiện bảo vệ phù hợp theo thiết kế.

Cảm biến đo áp suất giá bao nhiêu?

Giá cảm biến áp suất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thương hiệu, dải đo, độ chính xác, tín hiệu đầu ra, vật liệu, kiểu kết nối, cấp bảo vệ, nhiệt độ làm việc và các chứng nhận đi kèm.

Cảm biến dùng cho nước với dải đo thông thường có cấu hình khác đáng kể so với cảm biến dùng trong môi trường nhiệt độ cao, hóa chất, thực phẩm, dược phẩm hoặc khu vực nguy hiểm.

Vì vậy, để báo giá chính xác cần cung cấp tối thiểu môi chất, dải áp suất, tín hiệu đầu ra, kết nối ren, nhiệt độ và số lượng.

Mua cảm biến đo áp suất ở đâu?

Khi mua cảm biến áp suất, nên kiểm tra đầy đủ model, dải đo, loại áp suất, tín hiệu đầu ra, nguồn cấp, kết nối cơ khí, kết nối điện, vật liệu tiếp xúc môi chất và tài liệu kỹ thuật.

Đối với các hệ thống công nghiệp, nên yêu cầu thêm datasheet, chứng nhận hiệu chuẩn hoặc các tài liệu chất lượng nếu dự án yêu cầu.

DTA VIET NAM EQUIPMENT MATERIAL JSC cung cấp và tư vấn các thiết bị đo áp suất phục vụ hệ thống nước, bơm, khí nén và các ứng dụng công nghiệp. Việc lựa chọn model nên dựa trên thông số thực tế của hệ thống thay vì chỉ dựa vào tên gọi hoặc dải áp suất.

Lưu ý khi lắp đặt cảm biến áp suất

• Kiểm tra đúng dải đo trước khi lắp đặt.
• Kiểm tra đúng tiêu chuẩn ren và kiểu kết nối.
• Không sử dụng cảm biến vượt quá giới hạn áp suất cho phép.
• Kiểm tra nguồn điện và tín hiệu đầu ra trước khi đấu nối.
• Không kéo hoặc xoắn dây điện trong quá trình lắp đặt.
• Hạn chế rung động cơ học truyền trực tiếp vào cảm biến.
• Đối với hệ thống có xung áp, cần có giải pháp bảo vệ phù hợp.
• Kiểm tra độ kín tại vị trí kết nối.
• Sau khi lắp cần kiểm tra tín hiệu và giá trị áp suất hiển thị.

FAQ – Câu hỏi thường gặp về cảm biến đo áp suất

Cảm biến đo áp suất là gì?

Cảm biến đo áp suất là thiết bị phát hiện áp suất và chuyển đổi giá trị áp suất thành tín hiệu điện để hệ thống có thể hiển thị, giám sát hoặc điều khiển.

Cảm biến áp suất tiếng Anh là gì?

Cảm biến áp suất tiếng Anh thường được gọi là Pressure Sensor. Trong công nghiệp còn thường gặp các thuật ngữ Pressure Transducer và Pressure Transmitter.

Cảm biến áp suất 4-20mA dùng để làm gì?

Cảm biến 4-20mA chuyển đổi giá trị áp suất thành tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn để truyền đến PLC, bộ điều khiển, màn hình hoặc hệ thống giám sát.

Cảm biến áp suất 0-10 bar là gì?

Đây là cảm biến được thiết kế với dải đo danh định từ 0 đến 10 bar. Cần kiểm tra thêm loại áp suất, độ chính xác, áp suất quá tải và tín hiệu đầu ra trước khi lựa chọn.

Cảm biến áp suất nước nên chọn loại nào?

Cần lựa chọn dựa trên dải áp suất, nhiệt độ nước, vật liệu tiếp xúc, kết nối, tín hiệu đầu ra và điều kiện vận hành thực tế.

Cảm biến áp suất có kết nối với PLC được không?

Có. Các cảm biến có tín hiệu phù hợp như 4-20mA, 0-10V hoặc giao tiếp số có thể kết nối với PLC thông qua module hoặc giao diện tương ứng.

Cảm biến áp suất và đồng hồ áp suất có giống nhau không?

Không hoàn toàn. Đồng hồ áp suất cơ học thường hiển thị trực tiếp áp suất bằng mặt số, trong khi cảm biến áp suất chuyển đổi giá trị đo thành tín hiệu điện để hệ thống có thể xử lý hoặc điều khiển.

Cảm biến áp suất có cần hiệu chuẩn không?

Việc hiệu chuẩn hoặc kiểm tra định kỳ phụ thuộc vào yêu cầu độ chính xác, quy trình quản lý thiết bị đo và yêu cầu của từng hệ thống hoặc dự án.

Kết luận

Cảm biến đo áp suất là thiết bị quan trọng trong các hệ thống đo lường và tự động hóa, giúp chuyển đổi áp suất của môi chất thành tín hiệu để giám sát và điều khiển. Các dòng phổ biến gồm cảm biến áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối, cảm biến chênh áp, cảm biến 4-20mA, 0-10V và các loại giao tiếp số.

Khi lựa chọn cảm biến, cần đặc biệt quan tâm đến môi chất, dải áp suất, loại áp suất, độ chính xác, tín hiệu đầu ra, kết nối, nhiệt độ, cấp bảo vệ và điều kiện lắp đặt. Việc lựa chọn đúng các thông số này sẽ giúp cảm biến hoạt động ổn định và cung cấp tín hiệu phù hợp cho hệ thống điều khiển.