Cấu tạo cảm biến áp suất 4-20mA gồm những bộ phận nào?

 

Cảm biến áp suất 4-20mA là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các hệ thống đo lường và tự động hóa công nghiệp. Để thực hiện chức năng đo áp suất và truyền tín hiệu về bộ điều khiển, thiết bị được cấu thành từ nhiều bộ phận như cổng áp suất, màng cảm biến, phần tử chuyển đổi, mạch xử lý tín hiệu và bộ phận kết nối điện. Mỗi bộ phận đảm nhiệm một chức năng riêng, phối hợp với nhau để chuyển đổi áp suất của môi chất thành tín hiệu dòng điện tương ứng.

Cảm biến áp suất 4-20mA có cấu tạo như thế nào?

Về cơ bản, cấu tạo cảm biến áp suất 4-20mA gồm các bộ phận chính: cổng tiếp nhận áp suất, màng cảm biến, phần tử nhạy áp suất, mạch xử lý và chuyển đổi tín hiệu, thân vỏ bảo vệ cùng bộ phận kết nối điện.

Tùy theo nguyên lý đo, nhà sản xuất có thể sử dụng phần tử cảm biến dạng áp trở, điện dung hoặc công nghệ khác. Một số model còn tích hợp mạch khuếch đại, bù nhiệt và hiệu chuẩn để nâng cao độ ổn định của tín hiệu đầu ra.

Việc tìm hiểu cấu tạo từng bộ phận giúp người dùng hiểu rõ cách thiết bị tiếp nhận áp suất, xử lý dữ liệu và truyền tín hiệu 4-20mA đến PLC hoặc bộ hiển thị.

Các bộ phận chính của cảm biến áp suất 4-20mA

Cổng tiếp nhận áp suất

Cổng tiếp nhận áp suất là bộ phận kết nối cảm biến với đường ống, bình chứa hoặc thiết bị cần giám sát. Bộ phận này thường được thiết kế dạng ren hoặc theo kiểu kết nối chuyên dụng, tùy thuộc vào từng model.

Khi được lắp đặt đúng vị trí, áp suất của môi chất sẽ tác động lên phần tử cảm biến thông qua đường dẫn áp suất và bề mặt tiếp xúc được thiết kế cho mục đích đo.

Vật liệu chế tạo cổng áp suất cần phù hợp với môi chất sử dụng. Đối với hệ thống nước thông thường, yêu cầu lựa chọn có thể khác so với hệ thống dầu, hóa chất hoặc môi trường có tính ăn mòn.

Ngoài ra, người dùng cần kiểm tra kích thước ren, áp suất làm việc và khả năng chịu nhiệt để bảo đảm kết nối phù hợp với hệ thống.

Màng cảm biến áp suất

Màng cảm biến là bộ phận tiếp nhận tác động của áp suất. Khi áp suất thay đổi, màng có thể biến dạng ở mức rất nhỏ. Sự biến dạng này được truyền đến phần tử nhạy áp suất để tạo ra tín hiệu có thể xử lý.

Vật liệu màng thường được lựa chọn theo yêu cầu đo và đặc tính môi chất. Trong nhiều thiết kế công nghiệp, thép không gỉ được sử dụng nhờ khả năng đáp ứng các yêu cầu cơ học và độ bền trong môi trường phù hợp.

Màng cảm biến có vai trò quan trọng đối với khả năng đo của thiết bị. Nếu màng bị hư hỏng, ăn mòn hoặc chịu áp suất vượt giới hạn cho phép, kết quả đo có thể sai lệch hoặc thiết bị không còn hoạt động bình thường.

Đối với môi chất đặc biệt, người dùng nên kiểm tra vật liệu tiếp xúc và giới hạn làm việc theo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.

>>> Xem thêm: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất 4-20mA

Phần tử nhạy áp suất

Phần tử nhạy áp suất có nhiệm vụ chuyển đổi tác động cơ học do áp suất gây ra thành đại lượng điện. Đây là bộ phận quan trọng quyết định cách cảm biến tiếp nhận và nhận biết sự thay đổi áp suất.

Một công nghệ phổ biến là cảm biến áp trở. Khi áp suất làm phần tử đàn hồi biến dạng, điện trở của các phần tử đo thay đổi. Mạch điện có thể nhận biết sự thay đổi này và chuyển thành tín hiệu điện tương ứng với áp suất.

Ngoài công nghệ áp trở, một số cảm biến sử dụng nguyên lý điện dung hoặc các phương pháp đo khác. Vì vậy, cấu tạo chi tiết của phần tử nhạy áp suất không hoàn toàn giống nhau giữa các dòng sản phẩm.

Đặc tính của phần tử cảm biến ảnh hưởng đến độ nhạy, độ chính xác, khả năng làm việc trong điều kiện nhiệt độ thay đổi và phạm vi áp suất có thể đo.

Mạch xử lý và chuyển đổi tín hiệu

Sau khi phần tử nhạy áp suất tạo ra tín hiệu điện ban đầu, mạch điện tử sẽ tiếp nhận và xử lý tín hiệu đó. Tùy thiết kế, mạch có thể thực hiện khuếch đại, bù nhiệt, tuyến tính hóa và hiệu chuẩn nhằm tạo ra kết quả đo phù hợp với dải áp suất đã cài đặt.

Đối với cảm biến có đầu ra 4-20mA, mạch đầu ra chuyển đổi giá trị đo thành tín hiệu dòng điện tương ứng. Ví dụ, với cảm biến có dải đo 0–10 bar và đặc tuyến tuyến tính, áp suất 5 bar tương ứng với dòng điện đầu ra 12mA.

Tín hiệu sau đó được truyền đến thiết bị nhận như PLC, bộ hiển thị hoặc bộ điều khiển có ngõ vào dòng điện tương thích.

Chất lượng của mạch xử lý ảnh hưởng đến độ ổn định của tín hiệu và khả năng duy trì kết quả đo trong điều kiện vận hành thực tế.

Bộ phận kết nối điện

Bộ phận kết nối điện có nhiệm vụ cấp nguồn cho cảm biến và truyền tín hiệu đầu ra đến hệ thống tiếp nhận. Tùy model, cảm biến có thể sử dụng đầu nối tròn, giắc cắm chuyên dụng hoặc hộp đấu dây với các chân nguồn và tín hiệu được quy định rõ ràng.

Nhiều cảm biến áp suất 4-20mA công nghiệp sử dụng nguồn một chiều, phổ biến là 24VDC. Tuy nhiên, điện áp cấp cụ thể phải căn cứ vào thông số của từng sản phẩm.

Khi đấu nối, người dùng cần xác định đúng cực nguồn, chân tín hiệu và sơ đồ kết nối. Việc đấu dây sai có thể khiến cảm biến không hoạt động, tín hiệu truyền về PLC không chính xác hoặc gây hư hỏng thiết bị.

Ngoài ra, nên lựa chọn cáp phù hợp với môi trường lắp đặt và thực hiện biện pháp chống nhiễu theo yêu cầu của hệ thống.

Thân vỏ bảo vệ

Thân vỏ có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong trước những tác động từ môi trường như bụi, độ ẩm, rung động và va chạm trong giới hạn thiết kế.

Vật liệu vỏ thường được lựa chọn theo điều kiện sử dụng. Nhiều dòng cảm biến công nghiệp sử dụng thép không gỉ hoặc vật liệu kim loại phù hợp để đáp ứng yêu cầu về độ bền và khả năng chống ăn mòn.

Bên cạnh vật liệu, cấp bảo vệ IP cũng là thông số cần quan tâm. Chẳng hạn, cấp IP67 thường thể hiện khả năng chống bụi ở mức cao và khả năng chịu ngâm nước tạm thời trong điều kiện thử nghiệm quy định. Tuy nhiên, không nên mặc định mọi cảm biến áp suất 4-20mA đều đạt cấp bảo vệ này.

Việc lựa chọn đúng thân vỏ và cấp bảo vệ giúp thiết bị phù hợp hơn với môi trường lắp đặt thực tế.

Địa chỉ liên hệ mua cảm biến áp suất 4-20mA

Cảm biến áp suất 4-20mA gồm các bộ phận chính như cổng tiếp nhận áp suất, màng cảm biến, phần tử nhạy áp suất, mạch xử lý tín hiệu, kết nối điện và thân vỏ bảo vệ. Các bộ phận phối hợp với nhau để chuyển đổi áp suất thành tín hiệu dòng điện phục vụ giám sát và điều khiển.

Hiểu rõ cấu tạo thiết bị giúp người dùng lựa chọn, lắp đặt và kiểm tra sự cố phù hợp hơn. Thiết bị cảm biến THP hỗ trợ tư vấn lựa chọn cảm biến áp suất 4-20mA dựa trên thông số kỹ thuật và yêu cầu thực tế của từng hệ thống công nghiệp.