Đôi khi việc xác định áp suất tổng của chất lỏng (hoặc) chất khí là không quan trọng nhưng để thay thế, cần phải xác định đơn giản sự thay đổi giữa hai điểm trong hệ thống đang được quan sát. Vì vậy, trong những điều kiện như vậy, cảm biến chênh lệch áp suất được sử dụng. Cảm biến này cung cấp phép đo so sánh giữa hai điểm trước và sau van trong đường ống. Nếu van mở hoàn toàn thì áp suất ở hai bên phải tương tự nhau. Nếu có sự thay đổi về áp suất thì có thể van không mở (hoặc) có vật cản. Bài viết này giải thích ngắn gọn về cảm biến áp suất chênh lệch , hoạt động và ứng dụng của chúng.
Cảm biến áp suất chênh lệch là gì?
Cảm biến chênh lệch áp suất là một loại cảm biến dùng để đo sự thay đổi áp suất tại hai điểm và cung cấp phép đo tương đối giữa hai điểm này. Những áp lực này cảm biến đều nổi tiếng về độ tin cậy và chất lượng. Chức năng của cảm biến chênh lệch áp suất là cung cấp dữ liệu liên quan đến sự kết nối lẫn nhau của hai phạm vi áp suất trong chất khí, chất lỏng và hơi nước. Chúng được sử dụng để quyết định sự thay đổi áp suất một cách an toàn và đáng tin cậy. Cảm biến này có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm điều khiển & tối ưu hóa. Chúng cũng có thể được tìm thấy trong các hệ thống quan trọng về an toàn, giám sát bộ lọc và đo mức trong các thùng chứa kín.
Các cảm biến này được thiết kế chủ yếu với cảm biến điện dung công nghệ. Cảm biến này có màng chắn mỏng, được bố trí giữa hai tấm kim loại song song. Bất cứ khi nào có lực bên ngoài tác dụng, màng ngăn sẽ uốn cong một chút, gây ra sự thay đổi trong điện dung và do đó thay đổi trong o/p của cảm biến.
Cảm biến áp suất chênh lệch đang hoạt động
Cảm biến chênh lệch áp suất hoạt động bằng cách đo độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm trong đường ống. Tại một điểm trong đường ống, nó báo cáo tình trạng tích điện của bộ lọc hạt và kiểm tra chức năng của nó trong khi tại một điểm khác, nó điều khiển quá trình tuần hoàn khí thải ở áp suất thấp. Nói chung, các cảm biến này được đóng gói với hai cổng để có thể kết nối các đường ống. Sau đó, các đường ống được ghép nối đơn giản với hệ thống ở bất kỳ nơi nào cần thực hiện phép đo.
Mạch cảm biến áp suất chênh lệch
Mạch cảm biến chênh lệch áp suất sử dụng hai đo sức căng được hiển thị dưới đây. Mạch này sử dụng một vài máy đo biến dạng phù hợp. Bất cứ khi nào chênh lệch áp suất được tăng lên thì một máy đo biến dạng sẽ bị nén trong khi máy đo biến dạng kia sẽ bị kéo căng. Trong mạch sau, vôn kế sẽ ghi lại sự mất cân bằng của mạch cầu và nó sẽ được hiển thị dưới dạng đo áp suất:
Bằng cách sử dụng mạch này, chúng ta có thể xác định như sau:
Nhận biết cổng nào trong mạch là cổng áp suất “cao”.
Cổng “B” trong mạch là cổng áp suất “cao”.
Nếu điện trở cố định R1 không mở được, hãy nhận biết những gì vôn kế ghi.
Nếu điện trở cố định 'R1' không mở được thì vôn kế trong mạch sẽ điều khiển nâng cấp hoàn toàn.
Xác định thành phần lỗi khiến vôn kế được nâng cấp hoàn toàn.
Một thành phần lỗi khiến vôn kế được nâng cấp hoàn toàn như sau;
Máy đo biến dạng1 không thành công, nó sẽ bị chập.
Máy đo biến dạng 2 không thành công sau đó nó sẽ mở ra.
Khi 'R1' không thành công, nó sẽ mở.
Khi ‘R2’ bị lỗi, nó sẽ bị chập.
Giao tiếp cảm biến áp suất chênh lệch MPX7002DP với Arduino Uno
Giao tiếp cảm biến áp suất chênh lệch MPX7002DP bằng cách sử dụng Arduino Uno được hiển thị dưới đây. Giao diện này giúp thiết kế một thiết bị y tế nguồn mở. Thiết bị y tế này được các bác sĩ cũng như chuyên gia y tế sử dụng để điều trị nhiều loại rối loạn hô hấp. Ở đây, bảng đột phá cảm biến áp suất chênh lệch được sử dụng sử dụng cảm biến áp suất chênh lệch MPX7002DP.
Các thành phần cần thiết để thực hiện giao diện này chủ yếu bao gồm; một cảm biến áp suất chênh lệch MPX7002DP và bo mạch Arduino Uno. Các kết nối của giao diện này tuân theo;
GND của cảm biến áp suất chênh lệch MPX7002DP được kết nối với chân GND của bo mạch Arduino Uno.
Chân +5V của cảm biến được kết nối với chân +5V của Arduino.
Chân analog của cảm biến được kết nối với chân A0 của Arduino.
Khi tất cả các kết nối đã được thực hiện, hãy tải mã lên bo mạch Arduino đọc cảm biến áp suất vào Arduino.
// Mã kiểm tra MPX7002DP
// Mã này thực hiện MPX7002DP
// Cảm biến áp suất kết nối với A0
int cảm biếnPin = A0; // chọn chân đầu vào cho Cảm biến áp suất
int cảm biếnValue = 0; // biến để lưu trữ giá trị Dữ liệu thô đến từ cảm biến
giá trị đầu ra float = 0; // biến để lưu trữ giá trị kPa đã chuyển đổi
thiết lập trống () {
// Khởi động cổng nối tiếp ở tốc độ 9600 bps và đợi cổng mở:
Serial.begin(9600);
trong khi (! Nối tiếp) {
; // đợi cổng nối tiếp kết nối. Chỉ cần cho cổng USB gốc
}
pinMode(cảm biếnPin, INPUT); // Cảm biến áp suất bật chân Analog 0
}
vòng lặp trống () {
// đọc giá trị từ cảm biến:
cảm biếnValue = analogRead(sensorPin);
// ánh xạ dữ liệu thô tới kPa
đầu raValue = bản đồ (sensorValue, 0, 1023, -2000, 2000);
// in kết quả ra màn hình nối tiếp:
Serial.print(“cảm biến = ” );
Serial.print(sensorValue);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(outputValue);
// đợi 100 mili giây trước vòng lặp tiếp theo
// cho bộ chuyển đổi tương tự sang số và
// cảm biến áp suất ổn định sau lần đọc cuối cùng:
độ trễ (100);
}
Đầu ra của cảm biến chênh lệch áp suất được kết nối với chân analog A0. Vì vậy, dữ liệu thực tế sẽ được lưu trữ dưới dạng giá trị số nguyên trong biến cảm biếnPin.
Dữ liệu tương tự được chuyển đổi thô được lưu trữ trong một biến số nguyên được gọi là SensorValue.
Dữ liệu đầu ra được thay đổi trong kPa sẽ được lưu trữ trong biến float được gọi là dữ liệu đầu ra.
Giao tiếp nối tiếp trong chức năng thiết lập được khởi tạo và biến cảm biếnPin có thể được coi là đầu vào.
Dữ liệu cảm biến trong chức năng vòng lặp được đọc từ chân analog và ánh xạ tới giá trị kPa.
Sau đó, dữ liệu được gửi đến thiết bị đầu cuối nối tiếp và có thể được xem lại.
Để cho phép hệ thống giải quyết, độ trễ một trăm mili giây được đưa ra
Sau đó, toàn bộ quy trình lặp lại mãi mãi!
Các loại cảm biến áp suất chênh lệch
Các loại cảm biến chênh lệch áp suất thường được sử dụng là; điện trở, áp điện, điện dung, MEMS & quang học.
Loại điện trở
Cảm biến áp suất chênh lệch điện trở sử dụng sự thay đổi trong điện trở của máy đo biến dạng để đo sự thay đổi áp suất. Nó được liên kết với màng ngăn được tiếp xúc với môi trường áp suất. Máy đo biến dạng bao gồm một phần tử điện trở kim loại trên một mặt sau linh hoạt và được kết nối với màng ngăn, (hoặc) được lắng đọng trực tiếp bằng các quy trình màng mỏng. Cơ hoành kim loại cung cấp khả năng chịu áp suất cao và áp suất nổ.
MỘT máy đo sức căng được lắng đọng trên màng gốm bằng quy trình lắng đọng màng dày. So với các thiết bị màng kim loại, khả năng chịu áp suất nổ và quá áp suất thường thấp hơn nhiều. Những cảm biến này tận dụng sự thay đổi điện trở suất của vật liệu bán dẫn bất cứ khi nào bị biến dạng do độ lệch của màng ngăn. Mức độ thay đổi sẽ tốt hơn hàng trăm lần so với sự thay đổi điện trở được tạo ra trong máy đo biến dạng kim loại. Do đó, những cảm biến này đo lường sự thay đổi áp suất nhỏ hơn so với cảm biến gốm hoặc kim loại.
Loại áp điện
Loại cảm biến áp suất chênh lệch này sử dụng đặc tính vật liệu áp điện để tạo ra điện tích trên bề mặt bất cứ khi nào áp suất được cung cấp. Ở đây, lực tác dụng và cường độ điện tích tỷ lệ thuận với nhau và cực tính biểu thị đường đi của nó. Điện tích tích tụ và tiêu tan nhanh chóng khi áp suất thay đổi bằng cách cho phép đo áp suất động thay đổi nhanh.
Loại quang học
Loại cảm biến áp suất chênh lệch này sử dụng giao thoa kế để đo sự thay đổi do áp suất gây ra trong sợi quang không bị gián đoạn do nhiễu điện từ. Nó được sử dụng trong môi trường ồn ào (hoặc) gần các nguồn như thiết bị chụp X quang. Chúng có thể được hình thành bằng các thành phần nhỏ (hoặc) công nghệ MEMS an toàn về mặt y tế khi sử dụng tại chỗ. Nó đo áp suất tại một số điểm dọc theo sợi quang.
Công nghệ MEMS
Thuật ngữ MEMS trong cảm biến MEMS là viết tắt của “Hệ thống cơ điện tử vi mô” có cơ chế cảm biến áp suất điện dung hoặc áp điện được chế tạo trên silicon ở độ phân giải cấp micron. Đầu ra điện của MEMS cường độ nhỏ có thể được chuyển đổi thành tín hiệu số tương tự (hoặc) bằng thiết bị điện tử điều hòa tín hiệu được đóng gói chung. Đây là những thiết bị gắn trên bề mặt nhỏ thường chỉ khoảng 2 đến 3 mm cho mỗi bên.
Vui lòng tham khảo liên kết này để biết các bước thực hiện chế tạo MEMS .
Làm thế nào để kiểm tra cảm biến chênh lệch áp suất?
Cảm biến chênh lệch áp suất có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng bằng cách đặt nó ở mức 20V và đồng hồ đo áp suất. Quá trình thử nghiệm từng bước được thảo luận dưới đây.
- Đầu tiên, kết nối GND của đồng hồ vạn năng với cực âm của pin và chạy nhanh một cách hợp lý bằng cách xác minh điện áp của pin. Nó phải xấp xỉ 12,6 V bằng cách BẬT pin và TẮT động cơ.
- Kiểm tra hướng dẫn sử dụng dịch vụ của nhà sản xuất để nhận biết tín hiệu, GND, tham chiếu 5V và thăm dò ngược các dây.
- Bật công tắc đánh lửa mà không khởi động động cơ. Vì vậy đồng hồ vạn năng phải hiển thị điện áp trong khoảng 4,5 đến 5V chủ yếu cho dây tham chiếu 5V, 0V ổn định cho dây GND. Đối với dây tín hiệu, nó dao động từ 0,5 & 4,5 volt.
- BẬT động cơ thông qua dây tín hiệu được thăm dò ngược.
- Đảo ngược động cơ và quan sát xem có sự thay đổi trong số đọc điện áp hay không. Nếu không có gì thay đổi thì tiến hành kiểm tra các ống nối thông qua đồng hồ đo áp suất.
- Tháo các ống mềm ra khỏi cảm biến áp suất khi động cơ vẫn đang chạy.
- Với sự trợ giúp của đồng hồ đo áp suất, hãy tính áp suất của cả hai ống. Để có độ chính xác phù hợp, hãy sử dụng đồng hồ đo áp suất ngược khí thải để đo từ 0 đến 15 PSI.
- Một lần nữa xác minh lại điện áp tín hiệu và điện áp phải đọc một số ở giữa các giá trị áp suất ống.
Nếu điện áp của bạn thay đổi nhiều hoặc giá trị áp suất không bằng số đọc điện áp thì cảm biến chênh lệch áp suất bị lỗi và cần phải thay đổi.
Triệu chứng
Các triệu chứng xấu của cảm biến chênh lệch áp suất bao gồm nhiễm bẩn, hư hỏng thiết bị điện tử do nhiệt độ động cơ quá cao cũng như các chấn thương do tắc nghẽn và rung do trải nghiệm kéo dài trong bộ phận động cơ.
- Vấn đề thường gặp nhất ở loại cảm biến này là gây hại cho màng ngăn. Vì vậy, điều này làm cho cảm biến chênh lệch áp suất bị biến dạng (hoặc) mất khả năng uốn cong & phản ứng với những thay đổi trong áp suất.
- Một vấn đề nữa là gây tổn hại cho khu vực cổng của cảm biến do bị nhiễm bẩn hoặc có mảnh vụn trong ống & hạn chế dòng chất lỏng thích hợp vào cảm biến.
- Bất cứ khi nào cảm biến chênh lệch áp suất kết thúc việc phát tín hiệu cho PCM khởi động lại thì cảm biến này sẽ bị tắc nghẽn bởi các chất ô nhiễm.
- Một số dấu hiệu cho thấy cảm biến không tái tạo chính xác do cảm biến bị hỏng, tiết kiệm nhiên liệu kém, hiệu suất động cơ kém, nhiệt độ động cơ cao, tăng khói đen từ ống xả, nhiệt độ hộp số tối đa, v.v.
- Bất cứ khi nào cảm biến bị hỏng thì khí thải không thể được xả hoàn toàn khi áp suất ngược đẩy khí thải trở lại buồng đốt khiến cảm biến trộn lẫn với dầu động cơ.
- Các triệu chứng chính của lỗi cảm biến chênh lệch áp suất bao gồm; đánh lửa sai/nổ, thiếu công suất động cơ, đèn kiểm tra động cơ bật sáng, sử dụng nhiên liệu quá mức và động cơ sẽ khởi động kém.
- Khi xử lý sự cố các cảm biến động cơ, trước tiên bạn nên tìm kiếm bất kỳ dấu hiệu hư hỏng rõ ràng nào. Kiểm tra tất cả các kết nối, bắt đầu từ đầu nối điện của cảm biến và tìm kiếm bất kỳ hư hỏng nào như nứt hoặc nóng chảy. Bất kỳ dây bị hư hỏng sẽ cần phải được thay thế.
- Tiếp theo, kiểm tra các ống kết nối với cảm biến. Một lần nữa, hãy tìm kiếm bất kỳ hư hỏng nào như nứt hoặc tan chảy.
- Nếu các ống mềm bị hỏng, chúng sẽ cần được thay thế và rất có thể được định tuyến lại để chúng không bị hỏng như cũ nữa. Nếu các ống có vẻ ở tình trạng tốt, hãy kiểm tra xem có tắc nghẽn hoặc tắc nghẽn không. Nếu bị tắc, các ống sẽ cần phải được làm sạch hoặc thay thế.
Công dụng/Ứng dụng
Các ứng dụng cảm biến áp suất chênh lệch được thảo luận dưới đây.
- Cảm biến chênh lệch áp suất được sử dụng trong lĩnh vực y tế để điều trị huyết khối tĩnh mạch sâu.
- Chúng cũng được sử dụng trong máy bơm truyền dịch, mặt nạ phòng độc và thiết bị phát hiện hơi thở.
- Những cảm biến này được tìm thấy ở nhiều vị trí để cảm biến dòng chảy, cảm biến mức hoặc độ sâu và kiểm tra rò rỉ.
- Cảm biến áp suất chênh lệch thường được tìm thấy trong môi trường công nghiệp, nơi có thể sử dụng sự thay đổi áp suất để quyết định dòng chất lỏng hoặc khí.
- Chúng được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải, xử lý dầu khí dưới biển và hệ thống sưởi ấm từ xa sử dụng hơi nước (hoặc) nước nóng.
- Nói chung, chúng được sử dụng để theo dõi và kiểm soát áp suất chênh lệch của nước, khí và dầu.
- Chúng cũng được tìm thấy trong đo lường mức độ trong các thùng chứa kín, giám sát bộ lọc và các hệ thống quan trọng về an toàn.
- Những cảm biến này được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong trung tâm dữ liệu.
- Chúng rất hữu ích trong việc đo lưu lượng qua ống venturi, ống pitot, tấm lỗ và các ứng dụng dựa trên dòng chảy khác.
- Cảm biến áp suất chênh lệch được sử dụng để theo dõi dòng quy trình, đo mức an toàn trong bể chứa chất lỏng và quản lý các vòng điều khiển.
- Chúng được sử dụng trong phòng sạch, HVAC & tự động hóa tòa nhà, bệnh viện, buồng cách ly, phòng thí nghiệm, ngành dược phẩm, v.v.
- Các thiết bị cực kỳ chính xác sử dụng các cảm biến này để phát hiện tất cả các loại khí không ăn mòn và không bắt lửa.
- Chúng có thể được sử dụng để giám sát các bộ lọc trong các ứng dụng khác nhau
- Cảm biến áp suất chênh lệch có thể được tìm thấy trong hệ thống phòng cháy chữa cháy trong bộ phận phun nước của chúng.
- Những điều này rất hữu ích bất cứ khi nào cũng phải đo lượng chất lỏng trong một bình kín.
Vì vậy, đây là cái nhìn tổng quan về sự khác biệt cảm biến áp suất, nó hoạt động , và các ứng dụng của nó Cảm biến này là một thành phần thiết yếu trong các ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp khác nhau. Cảm biến này có thể đo sự thay đổi áp suất với độ chính xác cao, cho phép xử lý an toàn và hiệu quả của nhiều hệ thống.
Các thiết bị đo chỉ cần tiếp xúc với nhiều ứng suất nhiệt, hóa học hoặc cơ học nên các giá trị đo được thay đổi và mất độ chính xác theo thời gian. Ví dụ: độ trễ hoặc độ lệch bằng 0 có thể dẫn đến rủi ro bảo mật và giảm hiệu quả của quy trình. Vì vậy, việc hiệu chuẩn thường xuyên không thể tránh được những thay đổi như vậy, mặc dù có thể phát hiện chúng kịp thời. Vì vậy, nên thực hiện Hiệu chuẩn hàng năm một lần đối với các thiết bị đo áp suất cơ và điện. Đây là câu hỏi dành cho bạn, cảm biến áp suất là gì?
