Cảm biến áp suất là gì?

Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc dùng trong các ứng dụng có liên quan đến áp suất. Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất cũng gần giống như  các loại cảm biến khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo của cảm biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra.

Sơ đồ khối cảm biến áp suất

Áp suất: ngồn áp suất cần kiểm tra có thể là áp suất khí, hơi, chất lỏng …

Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối xử lý. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện … về khối xử lý.

Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA( tín hiệu thường được sử dụng nhất) , 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC …

Cảm biến áp suất sen-3991

Tùy vào từng loại cảm biến là cách thức hoạt động cũng khác nhau có đến hàng chục loại cảm biến, có loại hoạt động dựa trên sự biến dạng vật liệu để làm sự thay đổi điện trở, loại thì thay đổi điện dung, loại thì sử dụng vật liệu áp điện, … dạng phổ biến là dạng áp điện trở và kiểu điện dung

Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở

Cảm biến áp suất

Nguyên lý làm việc của cảm biến loại này dựa trên sự biến dạng của cấu trúc màng ( khi có áp suất tác động đến) được chuyển thành tín hiệu điện nhờ cấy trên đó các phần tử áp điện trở.

Khi lớp màng bị biến dạng uốn cong, các áp điện trở sẽ thay đổi giá trị. Độ nhạy và tầm đo của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào màng và kích thước, cấu trúc, vị trí các áp điện trở trên màng.

Cấu tạo cảm biến kiểu áp trở

Màng sử dụng trong cảm biến là màng rất nhạy với tác động của áp suất. Bốn điện trở được đặt tại 4 trung diểm của các cạnh màng, 2 cặp điện trở song song với màng và 2 cặp điện trở vuông góc với màng ( để khi màng bị biến đổi thì 2 cặp điện trở này có chiều biến dạng trái ngược nhau ). Bốn điện trở trên được ghép lại tạo thành cầu Wheatsone.

Cảm biến áp suất kiểu áp trở

Khi không có áp suất tác động các điện trở ở trạng thái cân bằng, điện áp ngõ ra bằng 0. Khi có áp suất tác động màng mỏng bị biến dạng , các giá trị điện trở thay đổi, cụ thể giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng giảm thì giá trị các áp điện trở vuông góc với cạnh màng tăng và ngược lại khi đó sẽ tạo điện áp ngõ ra khác 0. Sự thay đổi giá trị điện trở phụ thuộc và độ biến dạng của màng, vì vậy bằng cách kiểm tra điện áp ngõ ra đó ta có thể tính toán được áp suất cần đo.

Cảm biến áp suất kiểu tụ

Loại này có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn dự vào giá trị của điện dung để xác định áp suất. Điện dung của tụ được thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách của cực tụ.

Nguyên lý áp kế điện dung

Khi có áp suất tác động vào lớp màng làm lớp màng bị biến dạng đẩy bản cực lại gần với nhau hoặckéo bản cực ra xa làm giá trị của tụ thay đổi, dựa vào sự thay đổi điện dung này qua hệ thống xử lý người ta có thể xác định được áp suất cần đo.