1. Cảm biến áp suất là gì?
Cảm biến áp suất là một thiết bị để đo áp suất của chất khí hoặc chất lỏng. Áp suất là một biểu thức của lực cần thiết để ngăn chất lỏng giãn nở và thường được biểu thị dưới dạng lực trên một đơn vị diện tích. Một cảm biến áp suất thường hoạt động như một bộ chuyển đổi; nó tạo ra một tín hiệu như một hàm của áp suất. Đối với mục đích của bài viết này, một tín hiệu như vậy là điện.

Cảm biến áp suất được sử dụng để điều khiển và giám sát trong hàng nghìn ứng dụng hàng ngày. Cảm biến áp suất cũng có thể được sử dụng để đo gián tiếp các biến khác như lưu lượng chất lỏng / khí, tốc độ, mực nước và độ cao. Cảm biến áp suất có thể được gọi cách khác là bộ chuyển đổi áp suất, bộ truyền áp suất, bộ gửi áp suất, chỉ thị áp suất, áp kế và áp kế, trong số các tên khác.

Cảm biến áp suất có thể thay đổi đáng kể về công nghệ, thiết kế, hiệu suất, tính phù hợp của ứng dụng và chi phí. Một ước tính thận trọng là có thể có hơn 50 công nghệ và ít nhất 300 công ty sản xuất cảm biến áp suất trên toàn thế giới.

Ngoài ra còn có một loại cảm biến áp suất được thiết kế để đo ở chế độ động để ghi lại những thay đổi tốc độ rất cao của áp suất. Các ứng dụng ví dụ cho loại cảm biến này là đo áp suất đốt cháy trong xi lanh động cơ hoặc trong tuabin khí. Những cảm biến này thường được sản xuất bằng vật liệu áp điện như thạch anh.

Một số cảm biến áp suất là công tắc áp suất, bật hoặc tắt ở một áp suất cụ thể. Ví dụ, một máy bơm nước có thể được điều khiển bằng một công tắc áp suất để nó khởi động khi nước được xả ra khỏi hệ thống, làm giảm áp suất trong bể chứa.

2. Các kiểu đo áp suất

Cảm biến áp suất điện áp silicon - silicon piezoresistive pressure sensors
Cảm biến áp suất có thể được phân loại theo phạm vi áp suất mà chúng đo được, phạm vi nhiệt độ hoạt động và quan trọng nhất là loại áp suất mà chúng đo được. Cảm biến áp suất được đặt tên khác nhau tùy theo mục đích của chúng, nhưng cùng một công nghệ có thể được sử dụng dưới các tên khác nhau.

Cảm biến áp suất tuyệt đối - Absolute pressure sensor
Cảm biến này đo áp suất liên quan đến chân không hoàn hảo. Cảm biến áp suất tuyệt đối được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tham chiếu liên tục, chẳng hạn như các ứng dụng công nghiệp hiệu suất cao như giám sát bơm chân không, đo áp suất chất lỏng, đóng gói công nghiệp, kiểm soát quy trình công nghiệp và kiểm tra hàng không. 

Cảm biến áp suất đồng hồ - Gauge pressure sensor
Cảm biến này đo áp suất so với áp suất khí quyển. Đồng hồ đo áp suất lốp là một ví dụ về đo áp suất đồng hồ; khi nó chỉ số 0, thì áp suất nó đang đo bằng với áp suất môi trường xung quanh. Hầu hết các cảm biến để đo lên đến 50 bar được sản xuất theo cách này, vì nếu không, sự dao động áp suất khí quyển (thời tiết) được phản ánh như một lỗi trong kết quả đo.

Cảm biến áp suất chân không - Vacuum pressure sensor
Thuật ngữ này có thể gây nhầm lẫn. Nó có thể được sử dụng để mô tả một cảm biến đo áp suất dưới áp suất khí quyển, cho thấy sự khác biệt giữa áp suất thấp và áp suất khí quyển, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để mô tả một cảm biến đo áp suất tuyệt đối so với chân không.

Cảm biến chênh lệch áp suất - 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 qua bộ lọc dầu hoặc bộ lọc khí, mức chất lỏng (bằng cách so sánh áp suất bên trên và bên 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 đồng hồ chỉ là một cảm biến chênh lệch áp suất trong đó một mặt mở ra không khí xung quanh.

Cảm biến áp suất kín - Sealed pressure sensor
Cảm biến này tương tự như một cảm biến đo áp suất ngoại trừ việc nó đo áp suất liên quan đến một số áp suất cố định hơn là áp suất khí quyển xung quanh (thay đổi theo vị trí và thời tiết).
 

3. Các công nghệ về cảm biến áp suất

Dựa trên sự biến dạng - Piezoresistive strain gauge

Sử dụng hiệu ứng tạo áp của đồng hồ đo biến dạng ngoại quan hoặc định hình để phát hiện biến dạng do áp suất tác dụng, sức cản tăng lên khi áp suất làm biến dạng vật liệu. Các loại công nghệ phổ biến là Silicon (Monocrystalline), Polysilicon Thin Film, Metal Foil, Thick Film, Silicon-on-Sapphire và Sputtered Thin Film. Nói chung, các đồng hồ đo biến dạng được kết nối để tạo thành mạch cầu Wheatstone để tối đa hóa đầu ra của cảm biến và giảm độ nhạy đối với các lỗi. Đây là công nghệ cảm biến được sử dụng phổ biến nhất để đo áp suất cho mục đích chung.

Điện dung - Capacitive
Sử dụng màng ngăn và khoang áp suất để tạo ra một tụ điện thay đổi được để phát hiện biến dạng do áp suất đặt vào, điện dung giảm khi áp suất làm biến dạng màng ngăn. Các công nghệ thông thường sử dụng màng chắn kim loại, gốm và silicon.

Điện từ - Electromagnitic
Đo độ dịch chuyển của màng ngăn bằng cách thay đổi độ tự cảm (điện trở), LVDT, Hiệu ứng Hall hoặc bằng nguyên lý dòng điện xoáy.

Áp điện - Piezoelectric
Sử dụng hiệu ứng áp điện trong một số vật liệu như thạch anh để đo biến dạng dựa trên cơ chế cảm nhận do áp suất. Công nghệ này thường được sử dụng để đo các áp suất động lực học cao. Vì nguyên tắc cơ bản là động, không có áp suất tĩnh nào có thể được đo bằng cảm biến áp điện.

Lực căng - Strain-gauge
Cảm biến áp suất dựa trên đồng hồ đo độ căng cũng sử dụng một bộ phận nhạy cảm với áp suất nơi đồng hồ đo độ biến dạng kim loại được dán vào hoặc áp dụng đồng hồ đo màng mỏng bằng cách phun tia. Phần tử đo này có thể là màng ngăn hoặc đối với đồng hồ đo bằng lá kim loại, cũng có thể sử dụng các cơ quan đo dạng lon. Ưu điểm lớn của thiết kế dạng lon nguyên khối này là độ cứng được cải thiện và khả năng đo áp suất cao nhất lên đến 15.000 bar. Kết nối điện thường được thực hiện thông qua cầu Wheatstone cho phép khuếch đại tín hiệu tốt và kết quả đo chính xác và không đổi. [2]

Quang học - Optical
Các kỹ thuật bao gồm việc sử dụng sự thay đổi vật lý của một sợi quang để phát hiện sự biến dạng do áp suất tác dụng. Một ví dụ phổ biến của loại này là sử dụng lưới sợi Bragg. Công nghệ này được sử dụng trong các ứng dụng khó khăn trong đó phép đo có thể ở rất xa, dưới nhiệt độ cao hoặc có thể được hưởng lợi từ các công nghệ vốn có khả năng miễn nhiễm với nhiễu điện từ. Một kỹ thuật tương tự khác sử dụng một màng đàn hồi được cấu tạo trong các lớp có thể thay đổi bước sóng phản xạ theo áp suất tác dụng (biến dạng). [3]

Điện thế - Potentiometric
Sử dụng chuyển động của cần gạt nước dọc theo cơ chế điện trở để phát hiện biến dạng do áp lực tác dụng.

Cân bằng lực - Force balancing

Cảm biến áp suất ống bourdon bằng thạch anh được hợp nhất được cân bằng lực, không có gương gắn với phần ứng.
Ống bourdon bằng thạch anh hợp nhất được cân bằng lực sử dụng ống bourdon xoắn ốc để tác dụng lực lên phần ứng xoay có chứa gương, sự phản xạ của chùm ánh sáng từ gương cảm nhận được sự dịch chuyển góc và dòng điện được tác dụng vào nam châm điện trên phần ứng để cân bằng lực từ ống và đưa độ dịch chuyển góc về không, dòng điện chạy qua các cuộn dây được dùng làm phép đo. Do các đặc tính cơ và nhiệt cực kỳ ổn định và có thể lặp lại của thạch anh hợp nhất và cân bằng lực giúp loại bỏ hầu hết các hiệu ứng phi tuyến tính, các cảm biến này có thể chính xác đến khoảng 1PPM trên toàn quy mô. [4] Do cấu trúc thạch anh nung chảy cực kỳ tốt được làm bằng tay và đòi hỏi kỹ năng chuyên môn để cấu tạo nên các cảm biến này thường được giới hạn cho các mục đích khoa học và hiệu chuẩn. Cảm biến không cân bằng lực có độ chính xác thấp hơn và việc đọc độ dịch chuyển góc không thể được thực hiện với độ chính xác như phép đo cân bằng lực, mặc dù dễ chế tạo hơn do kích thước lớn hơn, chúng không còn được sử dụng.

Các loại khác - Other types

Các loại cảm biến áp suất điện tử này sử dụng các đặc tính khác (chẳng hạn như mật độ) để suy ra áp suất của chất khí hoặc chất lỏng.

Cộng hưởng - Resonant
Sử dụng sự thay đổi tần số cộng hưởng trong cơ chế cảm biến để đo ứng suất hoặc sự thay đổi mật độ khí do áp suất tác dụng. Công nghệ này có thể được sử dụng cùng với bộ thu lực, chẳng hạn như những công nghệ trong danh mục trên. Ngoài ra, công nghệ cộng hưởng có thể được sử dụng bằng cách để chính phần tử cộng hưởng tiếp xúc với phương tiện, theo đó tần số cộng hưởng phụ thuộc vào mật độ của phương tiện. Cảm biến đã được chế tạo từ dây rung, trụ rung, thạch anh và silicon MEMS. Nói chung, công nghệ này được coi là cung cấp các kết quả đọc rất ổn định theo thời gian.

Một cảm biến áp suất, một máy đo biến dạng tinh thể thạch anh cộng hưởng với một bộ thu lực ống bourdon là cảm biến quan trọng của DART. [5] DART phát hiện sóng thần từ đáy đại dương. Nó có độ phân giải áp suất xấp xỉ 1mm nước khi đo áp suất ở độ sâu vài km. [6]

Nhiệt - Thermal
Sử dụng sự thay đổi độ dẫn nhiệt của chất khí do sự thay đổi tỷ trọng để đo áp suất. Một ví dụ phổ biến của loại này là  Đồng hồ đo Cathode nóng và lạnh.
 

4. Một số dòng cảm biến áp suất từ hãng Panasonic
DP-100 Series
DPS-400/ DPH-100 Series
DPC-L100 Series
DPH-L100 Series
DPH-100 Series
DPC-100 Series
DP-M Series
DP-0 Series
DP-100L Series
FM-200 Series

Quý khách có nhu cầu về: Cảm biến áp suất Panasonic vui lòng Liên hệ HANS VIỆT NAM để được hỗ trợ.

Phone/Zalo: 0969642528
Email: kd01.hansvietnam@gmail.com