Hiệu chuẩn cảm biến áp suất là gì? Cách hiệu chuẩn cảm biến áp suất để đảm bảo độ chính xác

Trong bất kỳ hệ thống công nghiệp, tự động hóa hay HVAC nào, dữ liệu chính là huyết mạch, và các cảm biến chính là giác quan thu thập dữ liệu đó. Trong số các giác quan này, cảm biến áp suất đóng vai trò then chốt, cung cấp thông tin sống còn để điều khiển máy bơm, giám sát hệ thống đường ống, và đảm bảo an toàn vận hành. Một cảm biến áp suất đọc sai, dù chỉ một vài phần trăm, có thể dẫn đến lãng phí năng lượng khổng lồ, sản phẩm đầu ra kém chất lượng, và nghiêm trọng hơn là các sự cố an toàn không đáng có.

Đây chính là lúc hiệu chuẩn cảm biến áp suất trở thành một quy trình không thể bỏ qua. Nó không phải là một công việc bảo trì tùy chọn, mà là một yêu cầu bắt buộc để đảm bảo sự tin cậy và chính xác của toàn bộ hệ thống.

Vậy hiệu chuẩn cảm biến áp suất chính xác là gì? Tại sao nó lại quan trọng đến vậy? Và quan trọng nhất, làm thế nào để thực hiện quy trình này một cách đúng đắn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật? Bài viết này sẽ là một cẩm nang toàn diện, hướng dẫn bạn từng bước từ A-Z, từ việc chuẩn bị thiết bị cho đến việc lập một báo cáo hiệu chuẩn chuyên nghiệp, giúp bạn làm chủ quy trình và đảm bảo hệ thống của mình luôn hoạt động ở hiệu suất đỉnh cao.

Hiệu chuẩn cảm biến áp suất là gì?

Để hiểu một cách đơn giản nhất, Hiệu chuẩn cảm biến áp suất (Pressure Sensor Calibration) là quá trình so sánh giá trị đo được từ cảm biến của bạn (còn gọi là Thiết bị cần kiểm tra – DUT: Device Under Test) với giá trị đo được từ một thiết bị đo áp suất chuẩn (Reference Standard) có độ chính xác cao hơn đã được biết trước.

Hãy tưởng tượng bạn có một chiếc cân trong nhà bếp. Sau một thời gian sử dụng, bạn không chắc nó còn cân đúng hay không. Để hiệu chuẩn nó, bạn sẽ đặt lên cân một quả cân chuẩn 1kg (thiết bị chuẩn) mà bạn biết chắc chắn trọng lượng của nó là 1kg. Nếu chiếc cân của bạn hiển thị 1.05kg, bạn biết rằng nó đang có sai số +0.05kg. Quá trình so sánh này chính là hiệu chuẩn.

Trong lĩnh vực kỹ thuật, quá trình này phức tạp hơn nhưng nguyên tắc cốt lõi vẫn không đổi. Mục tiêu của hiệu chuẩn không chỉ là để xác định sai số, mà còn để:

• Xác minh độ chính xác: Kiểm tra xem cảm biến có còn hoạt động trong phạm vi sai số cho phép mà nhà sản xuất đã công bố hay không.
• Ghi nhận dữ liệu: Ghi lại mức độ sai lệch (sai số) tại nhiều điểm khác nhau trong toàn bộ dải đo của cảm biến.
• Hiệu chỉnh (nếu cần): Dựa trên kết quả hiệu chuẩn, tiến hành điều chỉnh (Adjustment) lại cảm biến để giảm thiểu sai số và đưa nó về gần với giá trị đúng nhất có thể.

Một khái niệm cực kỳ quan trọng đi kèm với hiệu chuẩn là Truy xuất nguồn gốc (Traceability). Điều này có nghĩa là thiết bị chuẩn mà bạn sử dụng phải có khả năng truy xuất được nguồn gốc của nó, thông qua một chuỗi các so sánh không gián đoạn, đến các tiêu chuẩn đo lường quốc gia hoặc quốc tế (ví dụ như Viện Đo lường Việt Nam – VMI, hoặc Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Hoa Kỳ – NIST). Điều này đảm bảo rằng phép đo của bạn được công nhận và có giá trị trên toàn cầu.

Xem thêm: Cảm biến áp suất là gì? Phân loại cảm biến áp suất

Những tiêu chuẩn và quy định về hiệu chuẩn cảm biến áp suất

Trong lĩnh vực đo lường áp suất, việc tuân thủ các tiêu chuẩn là điều bắt buộc để đảm bảo tính chính xác và khả năng truy xuất nguồn gốc. Một số tiêu chuẩn phổ biến gồm:

• ISO 17025: Quy định các yêu cầu về năng lực kỹ thuật và hệ thống quản lý chất lượng của các phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn.
• ANSI/ISA-51.1: Đưa ra các nguyên tắc chuẩn về hiệu chuẩn và biểu diễn dữ liệu đo lường cho cảm biến áp suất trong các quy trình công nghiệp.
• ASTM E542: Cung cấp hướng dẫn kỹ thuật để chuẩn hóa quy trình hiệu chuẩn thiết bị đo áp suất.
• OIML R 97: Thiết lập các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị đo áp suất không tự động, đảm bảo đồng nhất trong hoạt động đo lường quốc tế.

Yêu cầu về tính truy xuất nguồn gốc và liên kết chuẩn

Để đảm bảo kết quả hiệu chuẩn có độ tin cậy cao, các yêu cầu sau phải được tuân thủ:

• Thiết bị sử dụng để hiệu chuẩn phải được kiểm định tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025, có khả năng truy xuất đến chuẩn quốc gia hoặc chuẩn đo lường quốc tế.
• Chuỗi truy xuất chuẩn phải được ghi nhận đầy đủ, bao gồm thông tin về thiết bị chuẩn tham chiếu, ngày hiệu chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng và độ không đảm bảo đo.
• Mọi kết quả hiệu chuẩn phải được thể hiện rõ ràng trong chứng chỉ hiệu chuẩn, kèm các dữ liệu cần thiết để chứng minh tính hợp lệ và khả năng truy xuất nguồn gốc của phép đo.

Hướng dẫn chi tiết cách hiệu chuẩn cảm biến áp suất

Dưới đây là quy trình 8 bước tiêu chuẩn để thực hiện việc hiệu chuẩn một cảm biến áp suất.

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị hiệu chuẩn

Sự thành công của quá trình hiệu chuẩn phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng của các thiết bị bạn sử dụng. Một bộ hiệu chuẩn tiêu chuẩn bao gồm:

1. Thiết bị tạo áp suất (Pressure Source): Dùng để tạo ra một áp suất chính xác và ổn định tại các điểm cần kiểm tra.
   • Bơm tay khí nén: Dùng cho dải áp suất thấp (thường đến 40 bar).
   • Bơm tay thủy lực: Dùng cho dải áp suất cao (có thể lên đến 700 bar hoặc hơn).
2. Thiết bị đo áp suất chuẩn (Reference Standard): Độ chính xác của nó phải cao hơn đáng kể so với cảm biến cần hiệu chuẩn (thường là cao hơn từ 4 đến 10 lần).
   • Đồng hồ áp suất số chuẩn (Digital Pressure Calibrator): Phổ biến, dễ sử dụng, độ chính xác cao.
   • Thiết bị hiệu chuẩn pít-tông trọng tải (Deadweight Tester): Cung cấp độ chính xác cực cao, thường được dùng trong các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.
3. Thiết bị đo tín hiệu đầu ra: Dùng để đọc tín hiệu điện từ cảm biến.
   • Đồng hồ vạn năng (DMM) chính xác cao: Để đo tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V.
4. Nguồn cấp ổn định: Cung cấp nguồn điện (thường là 24VDC) cho cảm biến hoạt động.
5. Phụ kiện kết nối: Các loại ống mềm, đầu nối ren, kẹp cá sấu… để kết nối các thiết bị lại với nhau một cách kín và an toàn.

Xem thêm: Hướng dẫn chọn cảm biến áp suất cho hệ thống HVAC chi tiết nhất

Bước 2: Kiểm tra tình trạng cảm biến

Trước khi bắt đầu, hãy kiểm tra tổng thể cảm biến cần hiệu chuẩn (DUT):

• Kiểm tra ngoại quan: Xem có bị hư hỏng vật lý, móp méo, ăn mòn không.
• Làm sạch: Đảm bảo cổng kết nối áp suất và các chân kết nối điện sạch sẽ.
• Ghi lại thông tin: Ghi lại đầy đủ thông tin của cảm biến: Tên nhà sản xuất, model, số serial, dải đo, tín hiệu đầu ra…

Bước 3: Kết nối cảm biến với thiết bị hiệu chuẩn

Kết nối tất cả các thiết bị vào một hệ thống kín. Sơ đồ kết nối phổ biến nhất là sử dụng một đầu nối chữ T (Tee connector):

• Nhánh 1: Nối với thiết bị tạo áp suất.
• Nhánh 2: Nối với thiết bị đo áp suất chuẩn.
• Nhánh 3: Nối với cảm biến cần hiệu chuẩn (DUT).

Đồng thời, kết nối nguồn 24VDC và đồng hồ vạn năng (đặt ở chế độ đo mA) nối tiếp với cảm biến để đọc tín hiệu 4-20mA. Đảm bảo tất cả các kết nối ren đều kín để không bị rò rỉ áp suất.

Bước 4: Thiết lập điểm 0 (Zero Adjustment)

Điểm Zero là điểm cơ bản nhất để:

• Đảm bảo không có áp suất nào tác động lên hệ thống (áp suất bằng 0, thông với khí quyển).
• Cấp nguồn cho cảm biến và để nó ổn định trong khoảng 5-10 phút.
• Đọc giá trị tín hiệu đầu ra trên đồng hồ vạn năng. Lý tưởng nhất, nó phải là 4.000mA (đối với tín hiệu 4-20mA).
• Nếu giá trị đọc được khác biệt đáng kể (ví dụ: 4.050mA), bạn cần hiệu chỉnh điểm Zero. Hầu hết các cảm biến đều có một con vít nhỏ hoặc một nút bấm để điều chỉnh. Vặn vít này một cách từ từ cho đến khi tín hiệu đầu ra trở về chính xác 4.000mA.

Bước 5: Tạo áp suất thử theo từng điểm chuẩn

Đây là quá trình kiểm tra chính. Quy trình tiêu chuẩn là kiểm tra tại 5 điểm: 0%, 25%, 50%, 75%, và 100% của toàn dải đo (Full Scale – FS).

• Ví dụ: Với cảm biến dải đo 0-10 bar, bạn sẽ kiểm tra tại các điểm: 0 bar, 2.5 bar, 5.0 bar, 7.5 bar, và 10.0 bar.
• Dùng bơm tay, từ từ tăng áp suất cho đến khi giá trị trên thiết bị chuẩn đạt chính xác điểm kiểm tra đầu tiên (2.5 bar).
• Chờ áp suất ổn định, sau đó ghi lại giá trị tín hiệu mA từ cảm biến (DUT) vào biên bản.
• Lặp lại quy trình này cho tất cả các điểm còn lại theo chiều tăng (upscale).
• Quan trọng: Sau khi đạt 100%, thực hiện lại quy trình theo chiều giảm (downscale), dừng tại các điểm 75%, 50%, 25%, 0% và ghi lại kết quả. Việc kiểm tra cả chiều lên và xuống giúp xác định độ trễ (Hysteresis) của cảm biến.

Bước 6: So sánh sai số

Sau khi có bảng dữ liệu As Found (Tình trạng ban đầu), bạn cần tính toán sai số tại mỗi điểm.

• Công thức tính sai số (%FS): Sai số (%FS) = ((Giá trị DUT đo được - Giá trị chuẩn) / Span) x 100%
• Trong đó, Span = (Giá trị tối đa – Giá trị tối thiểu) của dải đo.
• So sánh sai số tính được với sai số cho phép của nhà sản xuất. Nếu tất cả các điểm đều nằm trong giới hạn cho phép, cảm biến được xem là ĐẠT (PASS).

Bước 7: Điều chỉnh (Span Adjustment)

Nếu sai số tại các điểm áp suất cao vượt quá giới hạn cho phép, bạn cần thực hiện hiệu chỉnh Span.

• Tạo áp suất ở điểm 100% dải đo (ví dụ: 10.0 bar).
• Quan sát tín hiệu đầu ra. Lý tưởng nhất, nó phải là 20.000mA.
• Nếu nó khác biệt, hãy tìm con vít hoặc nút bấm điều chỉnh Span trên cảm biến. Vặn từ từ cho đến khi tín hiệu trở về chính xác 20.000mA.
• Lưu ý quan trọng: Việc điều chỉnh Span có thể ảnh hưởng nhẹ đến điểm Zero. Sau khi chỉnh Span, bạn phải xả hết áp suất và kiểm tra lại điểm Zero (Bước 4). Quá trình này có thể phải lặp lại 2-3 lần để cả Zero và Span đều chính xác.
• Sau khi hiệu chỉnh xong, bạn phải thực hiện lại toàn bộ quá trình ở Bước 5 để ghi lại bộ dữ liệu As Left (Tình trạng sau hiệu chỉnh).

Bước 8: Xử lý kết quả và lập báo cáo

Bước cuối cùng là tạo một Giấy chứng nhận/Báo cáo hiệu chuẩn (Calibration Certificate/Report). Đây là bằng chứng pháp lý và kỹ thuật cho công việc đã thực hiện. Một báo cáo chuyên nghiệp phải có các thông tin sau:

• Thông tin về cảm biến được hiệu chuẩn (Model, S/N, dải đo…).
• Thông tin về các thiết bị chuẩn đã sử dụng (Model, S/N, ngày hết hạn hiệu chuẩn, thông tin truy xuất nguồn gốc…).
• Điều kiện môi trường khi hiệu chuẩn (nhiệt độ, độ ẩm).
• Bảng kết quả đo lường, bao gồm cả dữ liệu As Found và As Left, sai số tính toán.
• Xác nhận kết quả cuối cùng: ĐẠT (PASS) hay KHÔNG ĐẠT (FAIL).
• Ngày hiệu chuẩn, ngày hiệu chuẩn tiếp theo, và chữ ký của kỹ thuật viên.

Những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của hiệu chuẩn

• Yếu tố sai số của thiết bị: Mỗi cảm biến đều có các sai số cố hữu như độ tuyến tính (linearity), độ trễ (hysteresis), độ lặp lại (repeatability). Quy trình hiệu chuẩn giúp xác định tổng hợp các sai số này.
• Điều kiện môi trường: Nhiệt độ, độ ẩm và rung động tại nơi hiệu chuẩn có thể ảnh hưởng đến kết quả. Các phòng thí nghiệm chuyên nghiệp luôn kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này.
• Lắp đặt và sử dụng: Vị trí lắp đặt cảm biến (nghiêng hay thẳng đứng), sự rung động của đường ống, hoặc nhiễu điện từ đều có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của nó trong thực tế.

Xem thêm: Lỗi thường gặp ở cảm biến áp suất và cách khắc phục

Các ứng dụng và kết quả hiệu chuẩn trong thực tiễn

Ứng dụng hiệu chuẩn cảm biến áp suất trong thực tiễn

Hiệu chuẩn là bắt buộc trong hầu hết các ngành công nghiệp:

• Hệ thống HVAC: Hiệu chuẩn cảm biến áp suất nước trong hệ thống Chiller giúp điều khiển biến tần của bơm một cách chính xác, tiết kiệm hàng chục phần trăm chi phí điện năng.
• Nhà máy Dược phẩm & Thực phẩm: Đảm bảo áp suất trong các lò hấp tiệt trùng, hệ thống đồng hóa luôn chính xác, quyết định đến sự an toàn và chất lượng của sản phẩm.
• Công nghiệp Dầu khí & Hóa chất: Giám sát áp suất đường ống và các bình phản ứng là yếu tố sống còn để đảm bảo an toàn, chống cháy nổ.
• Hàng không & Vũ trụ: Mọi cảm biến áp suất trên máy bay đều phải được hiệu chuẩn với độ chính xác cực cao.

Kết quả đạt được và giá trị thực tiễn sau hiệu chuẩn

Chỉ tiêu	Trước hiệu chuẩn	Sau hiệu chuẩn	Lợi ích thực tế
Sai số tín hiệu	±3% – 5%	< ±1%	Đảm bảo kết quả đo chính xác, phù hợp tiêu chuẩn ISO, GMP
Áp suất điều khiển	Không ổn định, dao động lớn	Ổn định liên tục	Hệ thống hoạt động mượt, ít tiêu hao năng lượng
Mức tiêu thụ điện	Cao do hệ thống chạy bù áp suất	Giảm 5% – 15%	Tiết kiệm chi phí vận hành
Cảnh báo sai	Thường xuyên xảy ra	Giảm đáng kể	Tránh dừng máy đột ngột, giảm rủi ro
Tuổi thọ thiết bị	Giảm nhanh	Kéo dài tuổi thọ thiết bị	Tiết kiệm chi phí bảo trì và thay thế

Xem thêm: Ứng dụng cảm biến áp suất trong các ngành công nghiệp

Mua cảm biến áp suất uy tín chính hãng ở đâu?

CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG là đại lý ủy quyền tại Việt Nam, cung cấp cảm biến áp suất chính hãng từ Titec, Lefoo và Autonics như Cảm biến áp suất (Cảm biến áp suất gió, Cảm biến áp suất nước tĩnh,  Cảm biến chênh áp nước, Cảm biến chênh lệch áp suất). Tất cả sản phẩm đều đi kèm chứng nhận CO, CQ, giá cạnh tranh và hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ hơn 10 năm kinh nghiệm. Liên hệ ngay để nhận báo giá và tư vấn miễn phí!

Lời kết

Hiệu chuẩn cảm biến áp suất không chỉ là một thủ tục kỹ thuật, nó là một khoản đầu tư vào sự chính xác, hiệu quả và an toàn. Một hệ thống đo lường đáng tin cậy là nền tảng cho một quy trình sản xuất và vận hành xuất sắc. Bằng cách hiểu rõ và áp dụng đúng quy trình hiệu chuẩn 8 bước được nêu trong bài viết này, bạn không chỉ đảm bảo cảm biến của mình hoạt động đúng, mà còn góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống mà bạn đang quản lý.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Cảm biến là gì? Phân loại các dòng cảm biến

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.