Các loại máy phát áp suất

Giới thiệu đơn giản về máy phát áp suất

Là một cảm biến áp suất có đầu ra là tín hiệu chuẩn, bộ truyền áp suất là một thiết bị tiếp nhận biến áp suất và chuyển đổi nó thành tín hiệu đầu ra chuẩn theo tỷ lệ. Nó có thể chuyển đổi các thông số áp suất vật lý của khí, chất lỏng, v.v. được cảm biến lực kế đo được thành tín hiệu điện chuẩn (như 4-20mADC, v.v.) để cung cấp các thiết bị phụ trợ như báo động chỉ thị, máy ghi, bộ điều chỉnh, v.v. cho việc đo lường và chỉ thị cũng như điều chỉnh quy trình.

Phân loại máy phát áp suất

Thông thường các bộ truyền áp suất mà chúng ta nói đến được phân loại theo nguyên lý:
Cảm biến áp suất điện dung, cảm biến áp suất điện trở, cảm biến áp suất cảm ứng, cảm biến áp suất bán dẫn và cảm biến áp suất áp điện dùng cho đo lường tần số cao. Trong số đó, cảm biến áp suất điện trở được sử dụng nhiều nhất. Cảm biến áp suất điện dung là đại diện cho dòng sản phẩm cao cấp, tiêu biểu là cảm biến 3051S của Rosemount.

Bộ truyền áp suất có thể được chia thành kim loại, gốm, silicon khuếch tán, silicon đơn tinh thể, sapphire, màng phun, v.v. theo các thành phần nhạy cảm với áp suất.

• Máy phát áp suất kim loại có độ chính xác kém, nhưng ít ảnh hưởng đến nhiệt độ và phù hợp với những khu vực có phạm vi nhiệt độ rộng và yêu cầu độ chính xác thấp.
• Cảm biến áp suất gốm có độ chính xác cao hơn, nhưng bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi nhiệt độ. Gốm cũng có ưu điểm là chống va đập và chống ăn mòn, có thể được sử dụng trong lĩnh vực phản ứng.
• Độ chính xác truyền áp suất của silicon khuếch tán rất cao, và độ lệch nhiệt độ cũng lớn, do đó thường cần phải bù nhiệt độ trước khi sử dụng. Hơn nữa, ngay cả sau khi bù nhiệt độ, áp suất trên 125°C vẫn không thể đo được. Tuy nhiên, ở nhiệt độ phòng, hệ số nhạy của silicon khuếch tán gấp 5 lần so với gốm, do đó thường được sử dụng trong lĩnh vực đo lường có độ chính xác cao.
• Cảm biến áp suất silicon đơn tinh thể là cảm biến chính xác nhất trong thực tiễn công nghiệp. Đây là phiên bản nâng cấp của silicon khuếch tán. Tất nhiên, giá thành cũng được nâng cấp. Hiện nay, Yokogawa của Nhật Bản là đại diện tiêu biểu trong lĩnh vực cảm biến áp suất silicon đơn tinh thể.
• Bộ truyền áp suất sapphire không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và có đặc tính hoạt động tốt ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao; sapphire có khả năng chống bức xạ cực mạnh; không bị trôi pn; có thể hoạt động bình thường trong điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất và đáng tin cậy. Hiệu suất cao, độ chính xác tốt, sai số nhiệt độ tối thiểu và hiệu suất tổng thể cao.
• Cảm biến áp suất màng mỏng phun không chứa chất kết dính, có độ ổn định và độ tin cậy lâu dài cao hơn cảm biến đo ứng suất dính; ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ: khi nhiệt độ thay đổi 100℃, độ lệch về 0 chỉ là 0,5%. Hiệu suất nhiệt độ của cảm biến này vượt trội hơn hẳn so với cảm biến áp suất silicon khuếch tán; ngoài ra, nó có thể tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn thông thường.

Nguyên lý của các loại máy phát áp suất khác nhau

• Nguyên lý của máy phát áp suất điện dung.

Khi áp suất tác động trực tiếp lên bề mặt màng đo, màng sẽ tạo ra một biến dạng nhỏ. Mạch điện có độ chính xác cao trên màng đo sẽ biến đổi biến dạng nhỏ này thành tín hiệu điện áp tuyến tính cao, tỷ lệ thuận với áp suất và tỷ lệ thuận với điện áp kích thích, sau đó sử dụng chip chuyên dụng để chuyển đổi tín hiệu điện áp này thành tín hiệu dòng điện 4-20mA hoặc tín hiệu điện áp 1-5V tiêu chuẩn công nghiệp.

• Nguyên lý của bộ truyền áp suất silicon khuếch tán

Áp suất của môi trường đo được tác động trực tiếp lên màng ngăn của cảm biến (thường là màng ngăn 316L), khiến màng ngăn tạo ra sự dịch chuyển vi mô tỷ lệ thuận với áp suất của môi trường, làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến và phát hiện nó bằng mạch Wheatstone. Sự thay đổi này, sau đó chuyển đổi và đưa ra tín hiệu đo lường tiêu chuẩn tương ứng với áp suất này.

• Nguyên lý của bộ truyền áp suất silicon đơn tinh thể

Cảm biến áp suất áp điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng áp điện trở của silicon đơn tinh thể. Tấm wafer silicon đơn tinh thể được sử dụng làm phần tử đàn hồi. Khi áp suất thay đổi, silicon đơn tinh thể tạo ra biến dạng, do đó điện trở biến dạng khuếch tán trực tiếp lên nó tạo ra sự thay đổi tỷ lệ thuận với áp suất đo được, và sau đó tín hiệu đầu ra điện áp tương ứng được thu thập bởi mạch cầu.

• Nguyên lý của bộ truyền áp suất gốm

Áp suất tác động trực tiếp lên bề mặt trước của màng gốm, gây ra biến dạng nhẹ cho màng. Điện trở màng dày được in ở mặt sau của màng gốm và được kết nối với cầu Wheatstone (cầu kín) nhờ hiệu ứng áp điện trở của varistor. Cầu tạo ra tín hiệu điện áp tuyến tính cao, tỷ lệ thuận với áp suất và tỷ lệ thuận với điện áp kích thích. Gốm sứ thường được sử dụng để đo áp suất của máy nén khí.

• Nguyên lý của máy phát áp suất đo ứng suất

Các bộ truyền áp suất đo ứng suất bằng đồng hồ đo ứng suất được sử dụng phổ biến nhất là đồng hồ đo ứng suất điện trở kim loại và đồng hồ đo ứng suất bán dẫn. Đồng hồ đo ứng suất điện trở kim loại là một loại thiết bị cảm biến chuyển đổi sự thay đổi ứng suất trên vật thử nghiệm thành tín hiệu điện. Có hai loại đồng hồ đo ứng suất: đồng hồ đo ứng suất dây và đồng hồ đo ứng suất lá kim loại. Thông thường, đồng hồ đo ứng suất được liên kết chặt chẽ với ma trận biến dạng cơ học bằng một loại keo dán đặc biệt. Khi ma trận chịu sự thay đổi ứng suất, đồng hồ đo ứng suất điện trở cũng bị biến dạng, do đó giá trị điện trở của đồng hồ đo ứng suất cũng thay đổi, dẫn đến điện áp đặt vào điện trở cũng thay đổi. Đồng hồ đo áp suất bằng đồng hồ đo ứng suất tương đối hiếm trên thị trường.

• Bộ truyền áp suất Sapphire

Bộ truyền áp suất sapphire sử dụng nguyên lý hoạt động chống biến dạng, sử dụng các linh kiện nhạy cảm với silicon-sapphire có độ chính xác cao và chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện tiêu chuẩn thông qua mạch khuếch đại chuyên dụng.

• Bộ truyền áp suất màng phun

Linh kiện nhạy áp suất phun được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử, tạo thành một cầu Wheatstone chắc chắn và ổn định trên bề mặt màng chắn đàn hồi bằng thép không gỉ. Khi áp suất của môi trường đo tác động lên màng chắn đàn hồi bằng thép không gỉ, cầu Wheatstone ở phía bên kia sẽ tạo ra tín hiệu điện đầu ra tỷ lệ thuận với áp suất. Nhờ khả năng chống va đập tốt, màng phun thường được sử dụng trong những trường hợp va đập áp suất thường xuyên, chẳng hạn như thiết bị thủy lực.

Thận trọng khi lựa chọn máy phát áp suất

• Lựa chọn giá trị phạm vi áp suất của máy phát:

Trước tiên, hãy xác định giá trị áp suất tối đa đo được trong hệ thống. Nhìn chung, bạn cần chọn bộ truyền áp suất có dải áp suất lớn hơn khoảng 1,5 lần giá trị tối đa, hoặc để dải áp suất bình thường của bộ truyền áp suất. 1/3~2/3 dải áp suất bình thường cũng là một phương pháp phổ biến.

• Loại môi trường áp suất nào:

Chất lỏng nhớt và bùn sẽ làm tắc nghẽn các cổng áp suất. Dung môi hoặc chất ăn mòn có thể phá hủy các vật liệu trong bộ truyền tiếp xúc trực tiếp với các môi trường này không?
Vật liệu của bộ truyền áp suất chung tiếp xúc với môi trường là thép không gỉ 316. Nếu môi trường không ăn mòn thép không gỉ 316, thì về cơ bản tất cả các bộ truyền áp suất đều phù hợp để đo áp suất của môi trường;
Nếu môi trường ăn mòn thép không gỉ 316, nên sử dụng phớt hóa học và đo gián tiếp. Nếu sử dụng ống mao dẫn chứa dầu silicon để dẫn áp suất, có thể ngăn ngừa bộ truyền áp suất bị ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của bộ truyền áp suất.

• Độ chính xác mà máy phát cần:

Độ chính xác được xác định bởi: tính phi tuyến tính, độ trễ, độ không lặp lại, nhiệt độ, thang đo bù trừ bằng không và nhiệt độ. Độ chính xác càng cao, giá càng cao. Thông thường, độ chính xác của cảm biến áp suất silicon khuếch tán là 0,5 hoặc 0,25, còn cảm biến áp suất silicon điện dung hoặc đơn tinh thể có độ chính xác là 0,1 hoặc thậm chí 0,075.

• Quá trình kết nối máy phát:

Thông thường, cảm biến áp suất được lắp đặt trên đường ống hoặc bể chứa. Tất nhiên, một phần nhỏ trong số chúng được lắp đặt và sử dụng với đồng hồ đo lưu lượng. Thông thường có ba hình thức lắp đặt cảm biến áp suất: ren, mặt bích và kẹp. Do đó, trước khi lựa chọn cảm biến áp suất, cần xem xét kết nối quy trình. Nếu là ren, cần xác định thông số kỹ thuật ren. Đối với mặt bích, cần xem xét thông số kỹ thuật mặt bích của đường kính danh nghĩa.

Giới thiệu ngành công nghiệp máy phát áp suất

Khoảng 40 quốc gia trên thế giới đang tham gia nghiên cứu và sản xuất cảm biến, trong đó Hoa Kỳ, Nhật Bản và Đức là những khu vực có sản lượng cảm biến lớn nhất. Ba quốc gia này chiếm hơn 50% thị trường cảm biến toàn cầu.

Hiện nay, thị trường cảm biến áp suất ở nước ta đã phát triển và có mức độ tập trung thị trường cao. Tuy nhiên, vị thế thống lĩnh vẫn thuộc về các công ty nước ngoài, đại diện là Emerson, Yokogawa, Siemens, v.v. Các sản phẩm thương hiệu chiếm khoảng 70% thị phần và có lợi thế tuyệt đối trong các dự án kỹ thuật quy mô vừa và lớn.

Nguyên nhân là do hậu quả của việc nước tôi áp dụng chiến lược “thị trường công nghệ” quá sớm, khiến các doanh nghiệp nhà nước của nước tôi bị ảnh hưởng nặng nề và từng rơi vào tình trạng phá sản, nhưng đồng thời, một số nhà sản xuất, đại diện là các doanh nghiệp tư nhân Trung Quốc, lại âm thầm xuất hiện và ngày càng lớn mạnh. Thị trường máy phát áp suất tương lai của Trung Quốc còn nhiều ẩn số.