Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở là gì? Hướng dẫn lựa chọn

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở là dòng cảm biến có độ nhạy tốt, thiết kế nhỏ gọn và phù hợp với nhiều hệ thống đo áp suất công nghiệp. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng Thiết Bị Cảm Biến THP tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm và ứng dụng của thiết bị này nhé!

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở là gì?

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở (Piezoresistive Pressure Sensor) là loại cảm biến sử dụng hiệu ứng áp điện trở để chuyển đổi ứng suất hoặc biến dạng thành sự thay đổi điện trở. Khi áp suất tác động lên màng cảm biến, màng sẽ bị biến dạng. Sự biến dạng này tạo ra ứng suất lên các phần tử áp điện trở, làm thay đổi điện trở của chúng. Các phần tử này thường được bố trí thành cầu Wheatstone để chuyển sự thay đổi điện trở rất nhỏ thành tín hiệu điện để xác định giá trị áp suất.

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở có kích thước nhỏ gọn, độ nhạy tốt, dễ xử lý tín hiệu, do đó chúng được sử dụng phổ biến để đo áp suất tuyệt đối, áp suất tương đối, áp suất chênh lệch. Một số loại sử dụng silicon kết hợp với màng inox và dầu silicone để truyền áp suất và cách ly phần cảm biến khỏi lưu chất.

Cấu tạo và nguyên lý vận hành cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở được cấu tạo từ nhiều bộ phận và có nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản như sau:

Cấu tạo

• Màng cảm biến: Là bộ phận tiếp nhận áp suất từ môi chất, màng có thể làm từ nhiều loại vật liệu như silicon, inox,…
• Phần tử áp điện trở: Là thành phần trực tiếp chuyển đổi ứng suất thành thay đổi điện trở. Khi màng biến dạng, ứng suất tác động lên các phần tử này làm thay đổi điện trở của chúng.
• Cầu Wheatstone: Các phần tử áp điện trở thường được kết nối thành cầu Wheatstone. Bộ phận này giúp phát hiện những thay đổi điện trở rất nhỏ, tăng độ nhạy trong quá trình đo.
• Chip silicon: Là nơi tích hợp màng cảm biến và các phần tử áp điện trở để đảm bảo độ chính xác và độ ổn định cao ngay cả ở kích thước rất nhỏ.
• Mạch xử lý tín hiệu: Nhận tín hiệu từ cầu Wheatstone sau đó khuếch đại, bù nhiệt độ trước khí xuất ra tín hiệu đầu ra.
• Vỏ bảo vệ và cổng kết nối: Bộ phận vỏ giúp bảo vệ mạch điện khỏi môi trường bên ngoài. Thiết bị thường sử dụng kết nối kiểu ren, mặt bích hoặc kẹp clamp để kết nối với đường ống, thiết bị cần đo.

Nguyên lý hoạt động

Khi môi chất tác động lên màng cảm biến, áp suất tạo ra lực làm màng bị biến dạng. Mức độ biến dạng phụ thuộc vào áp suất và cấu trúc của màng. Sự biến dạng của màng tạo ra ứng suất cơ học tác động lên các phần tử áp điện trở trên màng, khiến điện trở của chúng thay đổi. Với silicon, hiệu ứng áp điện trở có thể tạo ra thay đổi điện trở tương đối lớn, giúp cảm biến có độ nhạy tốt, đo chính xác cao.

Các phần tử áp điện trở được bố trí thành cầu Wheatstone, sự thay đổi điện trở làm cầu mất thăng bằng và tạo ra điện áp đầu ra. Sau đó, mach điện tử nhận tín hiệu từ mạch cầu Wheatstone sau đó xử lý và đưa ra tín hiệu dưới dạng 4-20mA hay 0-10V.

Ưu, nhược điểm của cảm biến áp suất áp điện trở

Nhờ sử dụng hiệu ứng áp điện trở kết hợp với màng đo và cầu Wheatstone, cảm biến áp suất kiểu áp điện trở có khả năng đo áp suất với độ nhạy tốt, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên chúng cũng có một số những ưu và nhược điểm cần lưu ý:

Ưu điểm

• Độ nhạy cao, đặc biệt với các phần tử áp điện trở silicon, có thể phát hiện những biến dạng nhỏ của màng.
• Đo được áp suất tĩnh có thể đo áp suất ổn định hay áp suất thay đổi chậm cần độ ổn định lâu dài.
• Tín hiệu đầu ra dễ xử lý, dễ tích hợp với các hệ thống điều khiển tự động hiện nay.
• Cảm biến áp suất có thiết kế nhỏ gọn, cho phép tích hợp màng đo và phần từ áp điện trở trên chip có kích thước nhỏ, dễ dàng lắp đặt cho các thiết bị và hệ thống khác nhau.
• Đáp ứng nhanh với sự thay đổi áp suất.
• Đa dạng kiểu đo như áp suất tuyệt đối, áp suất tương đối và áp suất chênh lệch.

Nhược điểm

• Độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường nếu không được bù nhiệt tốt.
• Màng cảm biến có thể bị hư hỏng nếu chịu áp suất vượt quá giới hạn cho phép.
• Với các môi chất ăn mòn mạnh, cần lựa chọn đúng vật liệu màng và lớp cách ly phù hợp.

Ứng dụng của cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

Cảm biến áp suất áp điện trở là thiết bị được dùng phổ biến trong các hệ thống hiện nay như:

• Giám sát áp suất trong các đường ống nước, khí nén, hơi, dầu thủy lực trong công nghiệp.
• Ứng dụng trong máy ép thủy lực, máy máy công nghiệp và hệ thống điều khiển thủy lực.
• Giám sát và điều khiển áp suất vận hành tại các lò hơi, trạm bơm, máy nén khí.
• Giám sát áp suất trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm.
• Cảm biến có thể sử dụng để đo chênh lệch áp suất giữa 2 điểm.
• Đo áp suất dầu động cơ, áp suất lôlố, áp suất nhiên liệu đối với ngành ô tô.

Cách lựa chọn cảm biến áp suất áp điện trở cho hệ thống

Khi lựa chọn cảm biến áp suất kiểu áp điện trở cần đánh giá dựa trên những yếu tố sau:

•  Xác định đúng loại áp suất cần đo để chọn loại cảm biến phù hợp với nhu cầu sử dụng.
• Nên chọn dải đo cao hơn áp suất thực tế vận hành của hệ thống để đảm bảo an toàn và độ chính xác, tránh chọn sát ngưỡng gây quá tải màng cảm biến.
• Với môi chất ăn mòn hoặc có tính nhớt cao, nên ưu tiên các dòng có lớp cách ly bằng dầu silicone và màng inox thay vì để màng silicon tiếp xúc trực tiếp.
• Kiểm tra độ chính xác của cảm biến để đảm bảo kết quả đo.
• Xác định đúng tín hiệu đầu ra để đảm bảo khả năng tích hợp với thiết bị và hệ thống.
• Kiểm tra khả năng chịu nhiệt độ môi trường và môi chất để xác nhận ngưỡng chịu nhiệt thực tế của hệ thống.
• Xác định kiểu kết nối và tiêu chuẩn phù hợp để đảm bảo độ kín khít trong lắp đặt.

Kho cảm biến áp suất kiểu áp điện trở chất lượng, đầy đủ CO – CQ

Thietbicambien.com.vn hiện có sẵn kho đa dạng các dòng cảm biến áp suất kiểu áp điện trở chính hãng, với nhiều lựa chọn về dải đo, vật liệu màng, kiểu kết nối và tín hiệu đầu ra, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nhiều hệ thống đo lường và điều khiển công nghiệp.

Bên cạnh sản phẩm, Thiết Bị Cảm Biến THP cung cấp đầy đủ CO, CQ và các tài liệu kỹ thuật liên quan theo yêu cầu, cùng chế độ bảo hành rõ ràng, đầy đủ. Đội ngũ kỹ thuật luôn sẵn sàng tư vấn trước khi mua, hỗ trợ lựa chọn và hướng dẫn lắp đặt, đấu nối trong quá trình sử dụng, giúp khách hàng thuận tiện hơn khi đưa cảm biến vào vận hành thực tế.

Với lợi thế sẵn hàng tại kho, hỗ trợ kỹ thuật và giao hàng nhanh, chúng tôi có thể đáp ứng cả nhu cầu mua lẻ, thay thế thiết bị và các đơn hàng phục vụ dự án cần đảm bảo tiến độ. Liên hệ Thiết Bị Cảm Biến THP qua Hotline 0928.613.555 để được tư vấn và báo giá cảm biến áp suất áp điện trở phù hợp cho hệ thống.