Kiểu đo áp suất, Cách lựa chọn Máy đo áp suất

04/09/2013 11:33:49

Máy đo áp suất là một trong những thiết bị đo cơ bản nhất trong bất cứ ngành công nghiệp nào. Từ một nhà máy lọc dầu đến một chiếc xe ủi đất, việc đo áp suất khí nén, lưu chất thủy lực, chất lỏng trong các quy trình, hơi nước hoặc vô số các môi trường trung gian khác là chuyện xảy ra hàng ngày và đóng vai trò then chốt đối với tất cả các cách thức điều khiển.

Kiểu đo áp suất, Cách lựa chọn Máy đo áp suất

Máy đo áp suất là một trong những thiết bị đo cơ bản nhất trong bất cứ ngành công nghiệp nào. Từ một nhà máy lọc dầu đến một chiếc xe ủi đất, việc đo áp suất khí nén, lưu chất thủy lực, chất lỏng trong các quy trình, hơi nước hoặc vô số các môi trường trung gian khác là chuyện xảy ra hàng ngày và đóng vai trò then chốt đối với tất cả các cách thức điều khiển.

Ứng dụng:

Đo độ cao
Phong vũ biểu
Cảm biến MAP
Ống Pi-tô
Máy đo huyết áp

Đơn vị và Kiểu đo Áp suất

Hai kiểu đo áp suất có thể chia thành 3 nhóm sau:

* Áp suất tuyệt đối: được đo so với chân không tuyệt đối, hoàn toàn bỏ qua ảnh hưởng của áp suất khí quyển. Phương pháp đo này được sử dụng chủ yếu để nghiên cứu hoặc thiết kế, nhưng có một số ứng dụng mà giá trị đọc tuyệt đối lại có ích khi đặt trong điều kiện cụ thể của quá trình. Bởi vì trên thực tế khó có thể hút một chân không tuyệt đối bên trong vỏ cảm biến, các cảm biến thường điều chỉnh giá trị đọc của thiết bị đo bằng cách sử dụng hệ số sửa cố định hoặc các đơn vị phức tạp hơn sử dụng một áp suất khí áp đã được đo.

* Áp suất vi sai: là áp suất trong một khu vực hoặc một đường ống khi được so với áp suất khác. Giá trị đọc là sự chênh lệch giữa hai áp suất và không tính đến áp suất của hai bên so với áp suất của khí quyển hoặc chân không.

* Áp suất calip: là một dạng của áp suất vi sai, là áp suất ở một khu vực hoặc đường ống so với áp suất khí quyển. Loại này được áp dụng phổ biến nhất.

Hai đơn vị đo áp suất phổ biến nhất là “psi” và “bar”. Cả psi và bar đều sử dụng hậu tố “a” hoặc “g” để chỉ áp suất tuyệt đối (absolute pres-sure) hoặc áp suất calip (gage pres-sure). Khi không sử dụng hậu tố thì người ta giả định đó là áp suất calip. Trong khi psi chủ yếu vẫn còn được sử dụng ở Mỹ thì đơn vị đo thứ hai theo hệ mét ngày càng trở nên phổ biến. “Bar” đã thay thế bằng “pascal” và “kilopascal” vì số này dùng thuận tiện hơn. Cũng tồn tại nhiều đơn vị đo khác, nhưng nhìn chung chúng chỉ được sử dụng cho những ứng dụng đặc biệt.

Kết quả phép đo áp suất vi sai không chỉ rõ là áp suất tuyệt đối hay calip, bởi vì cả hai bên của phép đo đều được so sánh một cách trực tiếp. Giá trị đọc chỉ là độ chênh lệch áp suất chứ không cho biết độ lớn cụ thể của áp suất mỗi bên. Nếu áp suất vi sai giữa hai bể chứa là 50 psi, thì các bể đó có thể là 10 psi và 60 psi, hoặc 5000 psi và 5050 psi. Không có cách nào để xác định áp suất tương ứng với khí quyển mà không dùng đến một cảm biến khác. Áp suất vi sai thường được sử dụng hậu tố “d” (dif-ferential pressure).

Thông thường, các áp kế cơ khí với ống Bourdon được uốn cong là thiết bị đo tiêu chuẩn, và hiện nay các thiết bị này vẫn tồn tại với nhiều cấu hình. Tuy nhiên, cũng như các dạng thiết bị đo khác, các cấu hình điện tử đã chiếm ưu thế.

Các tiêu chí lựa chọn một Thiết bị đo áp suất:

Ngoài việc xác định yêu cầu của phép đo cho một ứng dụng cụ thể, phạm vi đo và tính chính xác của thiết bị, ta cần quan tâm đến các yếu tố khác:

Vật liệu: Nếu môi trường đo ẩm ướt, chất khí phức tạp hoặc môi trường ăn mòn trong nhà máy, ta cần lựa chọn vật liệu có khả năng ngăn ngừa những tác động từ môi trường đó.

Cấu hình bên trong: Nhiều cảm biến có các rãnh bên trong chứa lưu chất được dùng trong quá trình khi vận hành. Nếu lưu chất trung tính và một lượng nhỏ bị kẹt bên trong các rãnh không làm hư hại sản phẩm thì có thể chấp nhận được. Tuy nhiên một số ứng dụng phức tạp không cho phép điều này. Các cảm biến có sẵn màng chắn xối nước và các bộ phận bên trong được bao kín để ngăn sự thâm nhập lưu chất và giữ cho dòng lưu chất của quá trình ít bị gián đoạn nhất. Một màng ngăn cũng có thể có sẵn như là phụ kiện của cảm biến.

Vỏ bảo vệ: Các yêu cầu an toàn của một nhà máy xử lý nước thải, nhà máy lọc dầu đòi hỏi thiết bị đo phải có khả năng chống nổ hoặc thực sự an toàn. Cũng như vậy, sự cồng kềnh của thiết bị sẽ phụ thuộc chủ yếu vào thiết bị điện tử đi kèm để truyền tin. Một thiết bị biến đổi tín hiệu đơn giản với một dây đầu ra 4-20mA duy nhất có thể rất nhỏ gọn, trong khi đó bộ biến đổi tín hiệu thông minh với kết nối bus trường có thể lớn hơn để chứa thêm mạch phụ.

Đầu nối gá lắp: Các thiết bị đo thường có đường dẫn dạng ren ống từ 1/8 tới 1/2 inch, chuẩn NPT (tiết diện ống bình thường của Mỹ) hoặc BSPT (tiết diện ống chuẩn của Anh). Tuy nhiên, cũng có thêm những lựa chọn khác cho các ứng dụng chuyên biệt hơn, bao gồm mâm cặp 3 chấu tự định tâm và các lựa chọn dạng gờ khác. Các thiết bị đo áp suất vi sai thường sử dụng cụm ống để đơn giản hóa các đầu nối.

Truyền thông: Hầu hết các bộ chuyển đổi tín hiệu phát dữ liệu bằng tín hiệu tương tự 4-20 mA. Nếu một ứng dụng sử dụng phương pháp này, có thể cần thêm quá trình chuẩn bị tín hiệu để đảm bảo quá trình phát tin cậy. Các bộ chuyển đổi tín hiệu cũng như truyền thông thông qua các giao thức bus trường, không dây hoặc HART.

Công nghệ cảm biến: Có khoảng 10 công nghệ và các dạng khác nhau của chúng để biến đổi áp suất thành tín hiệu điện tử, tuy nhiên không có công nghệ nào chiếm ưu thế cả. Các nhà sản xuất thiết bị có xu hướng sử dụng một hoặc hai công nghệ căn cứ vào sự kết hợp giữa tiêu chí hiệu quả hoạt động và khả năng ứng dụng thương mại, cố gắng hết sức để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu nhược điểm.

Lắp đặt, bổ sung phụ kiện, và bảo trì

Các Máy đo áp suất thường được lắp với thiết bị đóng ngắt nhanh, đặc biệt trong các quá trình liên tục. Nhờ đó các thiết bị có thể được so kiểm, sửa chữa và thay thế quá trình vẫn đang diễn ra. Trong các trường hợp mà quá trình vận hành là những quá trình gián đoạn, thì điều này không giữ vai trò quan trọng như vậy và một thiết bị có thể được lắp trực tiếp vào dòng lưu chất. Một đoạn đường ống tới cảm biến được coi là một đoạn ống nối và phát huy tác dụng trong các trường hợp mà không có đủ chỗ hoặc lối đi cho vỏ bảo vệ của đầu phát. Tuy nhiên đoạn ống nối cần được sử dụng cẩn thận:

- Các đoạn ống này càng ngắn càng tốt.

- Nếu lưu chất quá trình là chất lỏng, đảm bảo rằng tất cả không khí đã được hút ra.

- Nếu bạn cần giá trị đọc ở vị trí thuận tiện hơn, hãy nối một cáp mở rộng, chứ không phải là đoạn ống nối.

- Trong các trường hợp nhiệt độ cao, đặc biệt là đo áp suất ở dạng hơi, hãy đảm bảo rằng đoạn ống nối có thể hoạt động như một ống xi-phông.

Các phụ kiện có thể giúp đơn giản hóa quá trình lắp đặt, hoặc bảo vệ thiết bị. Dưới đây là một số ví dụ:

Van đóng và xả (Block anh bleed valve) – là một van được lắp trên đoạn ống nối, cho phép áp suất có thể được xả từ cảm biến sau khi đã đóng các kết nối của quá trình.

Van thủy lực (Snubber) – là một thiết bị làm chậm lại dòng chảy từ quá trình đến cảm biến, chủ yếu để ngăn chặn sự rung đập nhằm tăng cường tuổi thọ cho cảm biến. Khi được áp dụng đúng cách, có thể thu được giá trị đọc đúng mà không làm ảnh hưởng tới màng ngăn của cảm biến.

Màng ngăn (Diaphragm seal) – là một màng ngăn được lắp phía dưới cảm biến để truyền áp suất đi mà không cho lưu chất của quá trình thâm nhập vào cảm biến. Khi sử dụng, cảm biến phải được nạp đầy bởi một chất trơ, thường là đầu silicon để truyền áp suất của toàn hệ thống.

Bộ bảo vệ quá áp (overpressure protector) – là một van lò xo tự đóng trong trường hợp áp suất quá lớn trước khi cảm biến bị hư hỏng. Thiết bị này được sử dụng khi có khả năng áp suất tăng đột ngột.

Đường ống phân hồi (Manifold) – được dùng để đơn giản hóa việc đi ống phức tạp tới một áp kế vi sai, thiết bị này thường tích hợp các van bên trong để ngắt, xả áp suất, và thực hiện các chức năng cân bằng được dễ dàng.

Các yêu cầu về bảo trì và so kiểm thay đổi mạnh mẽ, căn cứ vào từng thiết bị đo riêng biệt và nhu cầu của quá trình. Một thiết bị chất lượng trong một ứng dụng đóng vai trò thứ yếu có thể vận hành hàng năm mà không cần phải giám sát. Mặt khác, trong một ứng dụng khắc khe, khi tính chính xác đóng vai trò quan trọng nhất, các đầu phát sẽ cần được so kiểm theo định kì. Tuy nhiên, các bộ biến đổi tín hiệu và đầu phát chất lượng cao được so kiểm chính xác ngay khi xuất xưởng, điều này vượt xa khả năng so kiểm hầu hết các bộ phận bảo trì tại nhà máy.

Chẩn đoán thông minh

Một số chức năng thông minh liên quan tới quá trình và sao chép những gì mà một hệ thống điều khiển phân tán (DCS) có thể làm được, nhưng nếu thiết bị đo tự tồn tại, những chức năng như vậy có thể rất quan trọng. Các chức năng được những nhà sản xuất đưa ra khác nhau, và đưới đây là một số ví dụ:

- Đo và ghi chép các sự cố xảy ra khi áp suất quá cao.

- Đếm các tín hiệu lỗi và cảnh báo.