Cảm biến áp suất là gì? Tổng quan về cảm biến áp suất chi tiết nhất

Cảm biến áp suất là thiết bị rất quan trọng trong tự động hóa, cơ khí, hệ thống HVAC, hệ thống thủy lực, máy móc công nghiệp và nhiều ứng dụng khác. Qua việc chuyển đổi áp suất của khí hoặc chất lỏng thành tín hiệu điện, Pressure Sensor giúp hệ thống điều khiển biết được áp lực hiện tại, phát hiện lỗi hoặc điều chỉnh quá trình vận hành sao cho an toàn và hiệu quả.

Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về cảm biến áp suất: định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý, các loại phổ biến, ứng dụng thực tế, tiêu chí chọn mua, ưu nhược điểm và địa chỉ uy tín để mua thiết bị chất lượng.

Tổng quan về cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất (Pressure Sensor) là thiết bị dùng để đo áp suất của khí hoặc chất lỏng, sau đó chuyển đổi giá trị áp suất thành tín hiệu điện (ví dụ: điện áp, dòng điện, tín hiệu số) để hệ điều khiển đọc và xử lý. Những tín hiệu này có thể được đưa vào PLC, hệ thống SCADA, hệ thống tự động hóa hoặc BMS (Building Management System).

Nói cách khác, Sensor áp suất là bộ chuyển đổi (transducer) giữa áp suất vật lý và tín hiệu điện. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp: đo áp suất đường ống, đo áp suất chân không, đo áp lực dầu, áp suất khí nén, kiểm soát lọc bụi/lọc khí, điều khiển van áp suất, và giám sát an toàn.

Cấu tạo của cảm biến áp suất gồm những gì?

Sensor áp suất được chia thành nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động, phạm vi đo và mục đích sử dụng trong từng ứng dụng cụ thể. Dù có sự khác biệt về cấu tạo giữa các dòng cảm biến, nhưng nhìn chung chúng đều được hình thành từ những bộ phận chính sau đây:

1. Electric Connection (Kết nối điện):
   Đây là phần kết nối cảm biến với hệ thống điều khiển hoặc thiết bị hiển thị. Nó có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu điện từ cảm biến đến bộ xử lý trung tâm, thường là PLC, HMI hoặc bộ điều khiển công nghiệp. Phần kết nối điện có thể ở dạng đầu nối tròn M12, đầu nối DIN, hoặc cáp điện cố định tùy theo thiết kế. Việc kết nối đúng chuẩn giúp đảm bảo tín hiệu ổn định, giảm nhiễu điện từ và duy trì độ chính xác trong quá trình đo.
2. Amplifier (Bộ khuếch đại tín hiệu):
   Bộ phận này có chức năng khuếch đại tín hiệu yếu thu được từ màng cảm biến, giúp tín hiệu đủ mạnh để truyền đi xa hoặc xử lý trong các thiết bị điều khiển. Amplifier đồng thời giúp cải thiện độ nhạy, tăng độ chính xác và đảm bảo tín hiệu đầu ra tuân theo tiêu chuẩn công nghiệp như 4–20 mA, 0–10 VDC, hoặc RS485. Một số cảm biến hiện đại còn tích hợp mạch khuếch đại kỹ thuật số để giảm nhiễu và sai số đo.
3. Sensor (Màng cảm biến):
   Đây là trái tim của Sensor áp suất, có nhiệm vụ phát hiện sự thay đổi áp lực của môi chất (khí, nước, dầu…) và chuyển đổi áp suất cơ học thành tín hiệu điện. Màng cảm biến thường được chế tạo từ thép không gỉ, silicon hoặc vật liệu gốm áp điện, có khả năng chịu áp lực và nhiệt độ cao. Khi có áp suất tác động, màng sẽ bị biến dạng nhẹ, và sự thay đổi này được các phần tử đo ghi lại để xác định giá trị áp suất chính xác.
4. Process Connection (Chuẩn kết nối ren):
   Là phần tiếp xúc trực tiếp giữa cảm biến và môi chất đo. Bộ phận này giúp cố định cảm biến vào hệ thống ống dẫn và đảm bảo độ kín, không rò rỉ áp suất. Các dạng kết nối phổ biến gồm ren G1/4, G1/2, NPT1/4, hoặc mặt bích (flange) tùy theo tiêu chuẩn hệ thống. Vật liệu của phần kết nối thường là SS304 hoặc SS316, có khả năng chống ăn mòn và chịu được môi trường khắc nghiệt.

Nhờ sự phối hợp giữa các bộ phận trên, cảm biến áp suất có thể đo lường chính xác sự thay đổi áp lực trong hệ thống, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện ổn định để phục vụ cho việc giám sát, điều khiển và tự động hóa trong công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của sensor áp suất

Nguyên lý chung của cảm biến áp suất dựa trên hiện tượng biến dạng vật lý dưới tác dụng của áp lực.

Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau , có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, trong đó dạng áp điện trở và kiểu điện dung là được sử dụng nhiều nhất.

Theo như hình trên, giả sử khi áp suất dương (+) đưa vào thì lớp màng sẽ căng lên từ trái sang phải, còn khi đưa vào áp suất âm (-) thì lớp màng sẽ căng ngược lại. Chính nhờ sự thay đổi này tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra tín hiệu để biết áp suất là bao nhiêu.

Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi. Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động. Sau đó các cảm biến sẽ so sánh sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được nó đã biến dạng bao nhiêu %.

Từ đó, sẽ xuất ra tín hiệu ngõ ra tương ứng. Các tín hiệu ngõ ra có thể là 4-20ma hoặc 0-10V tương ứng với áp suất ngõ vào.

Các loại cảm biến đo áp suất hiện nay

Cảm biến áp suất tương đối (Relative Pressure Sensor)

Sensor áp suất tương đối được hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh với áp suất không khí. Khi đặt Sensor áp suất tại môi trường khí quyển thì áp suất tương đương đang đo được là 0 bar. Ví dụ khi áp suất tương đối bằng 1 bar thì tương đương áp suất tại vị trí đo đang lớn hơn áp suất khí quyển một đại lượng áp suất là 1 bar.

Cảm biến áp suất tuyệt đối (Absolute Pressure Sensor)

Sensor áp suất tuyệt đối được hoạt động được dựa trên nguyên lý trong cảm biến được nén 1 bar vào cảm biến. Khi đặt cảm biến ở môi trường khí quyển thì áp suất tương đương đang đo được là 1 bar. Ví dụ khi được đặt trong môi trường không khí và có 1 lực tác động với đại lượng là 1 bar thì giá trị đo được của Sensor áp suất tuyệt đối là 2 bar.

Cảm biến áp suất chênh áp (Differential Pressure Sensor)  

Cảm biến này đo sự chênh lệch giữa hai áp suất, một áp suất được kết nối với mỗi bên của cảm biến. Cảm biến chênh lệch áp suất được sử dụng để đo nhiều đặc tính, chẳng hạn như giảm áp suất trên bộ lọc dầu hoặc bộ lọc khí, mức chất lỏng (bằng cách so sánh áp suất trên và dưới chất lỏng) hoặc tốc độ dòng chảy (bằng cách đo sự thay đổi áp suất qua một giới hạn).

Về mặt kỹ thuật, hầu hết các cảm biến áp suất thực sự là cảm biến chênh lệch áp suất; Ví dụ, một cảm biến áp suất tương đối chỉ là một cảm biến chênh lệch áp suất trong đó một mặt mở ra không khí xung quanh.

Các ứng dụng thực tế của sensor áp suất hiện nay

• Hệ thống thủy lực và khí nén: Giám sát và điều khiển áp suất dầu, khí trong máy móc; đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định.
• Công nghiệp sản xuất và tự động hóa: Đo áp suất trong dây chuyền, máy ép, robot công nghiệp; kết hợp PLC để cảnh báo hoặc ngắt khi áp suất vượt ngưỡng.
• Ngành HVAC (Điều hòa – thông gió – làm lạnh): Kiểm soát áp suất gas, nước, không khí trong hệ thống lạnh; duy trì áp suất chênh lệch giữa các phòng sạch, tối ưu hiệu suất làm mát.
• Ngành dầu khí và năng lượng: Giám sát áp suất trong đường ống dẫn dầu, khí, hóa chất; phát hiện rò rỉ và bảo vệ thiết bị trong môi trường áp suất cao.
• Ngành nước và xử lý nước thải: Theo dõi áp lực nước trong đường ống, bể chứa; điều khiển bơm tự động và duy trì áp lực ổn định trong hệ thống lọc.
• Ngành ô tô và hàng không: Đo áp suất lốp, hệ thống phanh, động cơ, buồng lái; đảm bảo an toàn và tối ưu hiệu suất vận hành.
• Lĩnh vực y tế và nghiên cứu khoa học: Ứng dụng trong máy đo huyết áp, máy thở, thiết bị thí nghiệm; kiểm soát áp suất vi mô và môi trường nghiên cứu chính xác.

Những tiêu chí cần lưu ý khi lựa chọn sensor áp suất

Để chọn đúng Sensor áp suất, cần xem xét kỹ các yếu tố kỹ thuật sau:

• Dải đo: Chọn cảm biến có dải đo phù hợp với áp suất thực tế của hệ thống, đảm bảo độ chính xác và tuổi thọ thiết bị.
• Môi trường đo áp suất: Xem xét loại môi chất (khí, nước, dầu, hơi, hóa chất…) để chọn cảm biến có vật liệu vỏ và màng đo tương thích, tránh ăn mòn hoặc hư hỏng.
• Phạm vi nhiệt độ: Kiểm tra nhiệt độ làm việc của môi trường để chọn cảm biến chịu được nhiệt độ cao hoặc thấp theo yêu cầu ứng dụng.
• Ren kết nối: Chọn loại ren kết nối (G1/4, G1/2, NPT…) phù hợp với thiết bị hoặc đường ống, đảm bảo lắp đặt dễ dàng và kín khít.
• Tín hiệu ra của cảm biến: Lựa chọn tín hiệu đầu ra phù hợp với bộ điều khiển hoặc PLC như 4–20mA, 0–10V, 1–5V… để dễ dàng tích hợp vào hệ thống.
• Giá thành của cảm biến: Cân nhắc giữa chi phí và hiệu suất, tránh chọn cảm biến quá rẻ dẫn đến sai số cao hoặc nhanh hỏng trong môi trường khắc nghiệt.
• Chọn mua tại địa chỉ uy tín: Nên mua cảm biến từ các đơn vị phân phối chính hãng, có chế độ bảo hành và tư vấn kỹ thuật đầy đủ để đảm bảo chất lượng và độ bền lâu dài.

Ưu và nhược điểm của sensor áp suất

Dưới đây là ưu và nhược điểm của sensor áp suất:

Ưu điểm

Sensor áp suất có độ chính xác cao, giúp đo lường chính xác ngay cả trong môi trường khắc nghiệt hoặc biến động. Thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt và được làm từ vật liệu bền chắc như thép không gỉ, đảm bảo độ bền và khả năng chịu ăn mòn tốt. Ngoài ra, thiết bị có tín hiệu đầu ra đa dạng (4–20mA, 0–10V, Modbus…) nên dễ dàng kết nối với PLC, HMI, SCADA.
Cảm biến còn có tốc độ phản hồi nhanh, giúp hệ thống điều khiển hoạt động ổn định và an toàn, đồng thời ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực như HVAC, xử lý nước, dầu khí, và tự động hóa nhà máy.

Xem thêm: Ứng dụng BTU Meter trong hệ thống HVAC

Nhược điểm

Giá thành của các loại cảm biến chất lượng cao thường khá đắt, và thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường nếu không chọn đúng loại phù hợp. Cảm biến cũng cần hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác lâu dài. Trong môi trường có nhiễu điện từ hoặc rung động mạnh, tín hiệu có thể không ổn định. Bên cạnh đó, cảm biến có tuổi thọ giới hạn, cần được bảo trì hoặc thay thế sau thời gian sử dụng dài.

Mua Sensor áp suất uy tín chính hãng ở đâu?

Với nhiều năm uy tín trong lĩnh vực thiết bị điện và giải pháp tự động hóa, CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG hiện là nhà phân phối chính hãng Cảm biến áp suất  Titec, Lefoo và Autonics như Cảm biến áp suất gió, Cảm biến áp suất nước tĩnh,  Cảm biến chênh áp nước, Cảm biến chênh lệch áp suất tại Việt Nam. Chúng tôi tự hào đồng hành cùng nhiều doanh nghiệp lớn nhỏ và cam kết mang đến sản phẩm, linh kiện, thiết bị tự động hóa chất lượng, đáp ứng mọi nhu cầu của ngành công nghiệp kỹ thuật.

Lời kết

Cảm biến áp suất đóng vai trò không thể thiếu trong các hệ thống công nghiệp hiện đại – từ việc giám sát an toàn đến tối ưu hiệu suất vận hành. Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tiêu chí lựa chọn sẽ giúp doanh nghiệp không chỉ tiết kiệm chi phí, mà còn nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của toàn bộ dây chuyền sản xuất.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Cảm biến là gì? Phân loại các dòng cảm biến

Cảm biến áp suất là gì? Phân loại cảm biến áp suất

Top 5 cảm biến áp suất được mua nhiều nhất

Cảm biến nhiệt độ: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong công nghiệp

Các ứng dụng đa dạng của cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp tự động hoá

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.