Cảm biến áp suất là các thiết bị quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau, và hiệu suất của chúng phụ thuộc nhiều vào công nghệ cốt lõi được sử dụng. Phần tử cảm biến áp suất, hoặc lõi, là trái tim của các thiết bị này và quyết định độ chính xác, độ ổn định và sự phù hợp của chúng cho các trường hợp sử dụng cụ thể.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các loại cảm biến áp suất được sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm cảm biến áp suất màng mỏng phún xạ, cảm biến áp suất silicon áp điện trở, cảm biến áp suất biến dạng, cảm biến áp suất màng dày gốm và cảm biến áp suất điện dung gốm. Chúng ta sẽ so sánh nguyên lý hoạt động, ưu điểm, hạn chế và ứng dụng lý tưởng của chúng.
1. Cảm biến áp suất màng mỏng phún xạ
Nguyên lý hoạt động
Công nghệ màng mỏng phún xạ liên quan đến việc lắng đọng một lớp kim loại hoặc hợp kim kim loại mỏng lên một đế, thường là gốm hoặc silicon. Màng mỏng được tạo thành các phần tử điện trở, thay đổi điện trở khi chịu áp suất. Các cảm biến này thường được sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao do độ ổn định và độ chính xác cao của chúng.
Ưu điểm
Độ ổn định và độ chính xác cao trong thời gian dài: Cảm biến màng mỏng phún xạ cung cấp độ ổn định lâu dài và độ chính xác cao.
Phạm vi áp suất rộng: Chúng có thể xử lý một phạm vi áp suất rộng, từ thấp đến rất cao.
Bù nhiệt độ: Chúng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ so với cảm biến áp điện trở.
Khả năng chịu quá tải mạnh: chúng có thể chịu được các điều kiện vượt quá giới hạn định mức mà không bị hư hại hoặc suy giảm hiệu suất đáng kể, phù hợp cho các ứng dụng có thể xảy ra dao động áp suất, nhiệt độ hoặc các điều kiện hoạt động khác một cách bất ngờ.
Hạn chế
Chi phí cao hơn: Do quy trình sản xuất phức tạp, các cảm biến này có xu hướng đắt hơn.
Ứng dụng
Cảm biến màng mỏng phún xạ được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, tự động hóa công nghiệp, hệ thống áp suất cao, hệ thống thủy lực và thiết bị nặng.
2.Cảm biến áp suất silicon áp điện trở
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến áp suất áp điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý rằng điện trở của một số vật liệu bán dẫn (thường là silicon) thay đổi khi chịu ứng suất cơ học. Một màng silicon thường được sử dụng, và khi áp suất được áp dụng, màng này bị biến dạng. Sự biến dạng này gây ra sự thay đổi trong điện trở của vật liệu, sau đó được đo và chuyển đổi thành một chỉ số áp suất.
Ưu điểm
Độ nhạy và độ chính xác cao: Cảm biến áp suất dựa trên silicon được biết đến với độ nhạy tuyệt vời và đo lường chính xác. Và độ ổn định cũng tốt.
Kích thước nhỏ: Công nghệ này cho phép thiết kế nhỏ gọn, lý tưởng cho các ứng dụng có không gian hạn chế.
Hiệu quả về chi phí: Cảm biến áp điện trở tương đối rẻ để sản xuất.
Hạn chế
Độ nhạy nhiệt độ: Các cảm biến này có thể nhạy cảm với sự dao động nhiệt độ, có thể yêu cầu bù thêm.
Phạm vi áp suất hạn chế: Chúng thường được sử dụng cho các ứng dụng áp suất trung bình và có thể không hoạt động tốt trong điều kiện cực đoan.
Ứng dụng
Cảm biến silicon áp điện trở thường được sử dụng trong ô tô, thiết bị y tế và hệ thống HVAC, nơi độ chính xác cao và kích thước nhỏ gọn là rất quan trọng.
3. Cảm biến áp suất biến dạng
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến áp suất biến dạng hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến biến dạng, là một điện trở thay đổi điện trở khi bị kéo dài hoặc nén. Cảm biến biến dạng thường được gắn vào một màng, mà biến dạng dưới áp suất. Sự thay đổi điện trở của cảm biến biến dạng sau đó được đo để xác định áp suất được áp dụng.
Ưu điểm
Độ chính xác cao: Cảm biến biến dạng được biết đến với độ chính xác và độ tin cậy cao.
Phạm vi ứng dụng rộng: Chúng rất linh hoạt và có thể được sử dụng cho nhiều phạm vi áp suất khác nhau, từ áp suất thấp đến rất cao.
Chi phí thấp: công nghệ này khá trưởng thành và mang lại ý nghĩa kinh tế khá cao.
Hạn chế
Ảnh hưởng nhiệt độ: Cảm biến biến dạng có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, có thể yêu cầu bù.
Hiệu chuẩn phức tạp: Hệ thống dựa trên cảm biến biến dạng yêu cầu hiệu chuẩn chính xác để đảm bảo độ chính xác.
Ứng dụng
Cảm biến biến dạng được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như trong máy bay, thiết bị y tế và máy móc công nghiệp.
4. Cảm biến áp suất màng dày gốm
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến màng dày gốm dựa trên một đế gốm được phủ một lớp màng điện trở. Lớp màng này được áp dụng bằng quy trình màng dày, trong đó một vật liệu dẫn điện được lắng đọng lên gốm. Điện trở của cảm biến thay đổi khi áp suất được áp dụng, sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện có thể đọc được.
Ưu điểm
Độ bền cao: Cảm biến áp suất gốm có khả năng chống chịu môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao và hóa chất ăn mòn mạnh. Nó có khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ.
Dải áp suất rộng: Chúng phù hợp cho cả ứng dụng áp suất và nhiệt độ thấp và cao.
Chi phí hiệu quả: Chúng rẻ hơn để sản xuất so với cảm biến màng mỏng.
Hạn chế
Độ chính xác thấp hơn: So với cảm biến màng mỏng và cảm biến áp điện, cảm biến màng dày gốm thường có độ chính xác thấp hơn.
Ứng dụng
Cảm biến màng dày gốm thường được sử dụng trong hệ thống ô tô, thiết bị y tế, hệ thống thủy lực và hệ thống làm lạnh.
5. Cảm biến áp suất điện dung gốm
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến áp suất điện dung gốm sử dụng một màng ngăn tạo thành một phần của tụ điện. Khi áp suất được áp dụng, màng ngăn di chuyển, thay đổi khoảng cách giữa các tấm tụ điện và do đó thay đổi điện dung. Sự thay đổi điện dung này được đo và chuyển đổi thành dữ liệu áp suất.
Ưu điểm
Độ chính xác và ổn định cao: Những cảm biến này có độ chính xác và ổn định cao theo thời gian, ngay cả trong điều kiện môi trường dao động.
Độ nhạy cao: Cảm biến điện dung gốm cung cấp độ nhạy tuyệt vời, đặc biệt ở dải áp suất thấp.
Tiêu thụ điện năng thấp: Những cảm biến này yêu cầu ít năng lượng hơn so với các loại khác.
Hạn chế
Độ nhạy với sốc cơ học: Chúng có thể nhạy cảm với sốc cơ học và rung động, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.
Ứng dụng
Cảm biến áp suất điện dung gốm được sử dụng trong các ứng dụng có độ chính xác cao, bao gồm thiết bị y tế, cảm biến ô tô và hệ thống giám sát áp suất công nghiệp.
6. Làm thế nào để chọn cảm biến áp suất phù hợp?
Vì có rất nhiều loại bộ truyền áp suất trên thị trường, vậy làm thế nào để chúng ta chọn được loại phù hợp? Thông thường, nó phụ thuộc vào các yếu tố dưới đây.
Dải áp suất
Chọn cảm biến phù hợp với dải áp suất của ứng dụng của bạn. Đảm bảo cảm biến có thể xử lý áp suất tối đa và tối thiểu mà bạn dự kiến đo.
Loại áp suất
Áp suất được chia thành áp suất đo, áp suất tuyệt đối và áp suất chênh lệch. Cảm biến áp suất đo đo áp suất tương đối so với áp suất khí quyển. Cảm biến áp suất tuyệt đối đo áp suất so với chân không hoàn hảo. Cảm biến áp suất chênh lệch đo sự khác biệt giữa hai áp suất. Chọn dựa trên nhu cầu ứng dụng của bạn.
Điều kiện môi trường
Đảm bảo cảm biến có thể hoạt động trong giới hạn nhiệt độ và môi trường yêu cầu. Chọn vật liệu phù hợp cho các môi trường khác nhau.
Độ chính xác
Đảm bảo cảm biến cung cấp độ chính xác cần thiết. Độ chính xác cao hơn là cần thiết cho các ứng dụng quan trọng.
Tín hiệu đầu ra
Các cảm biến khác nhau cung cấp các tín hiệu khác nhau, ví dụ, đầu ra analog (ví dụ: 4-20mA, 0-10V, 0.5-4.5V), và đầu ra kỹ thuật số (ví dụ: RS485, Modbus).
Nguồn cung cấp điện
Chọn cảm biến có nguồn cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của hệ thống của bạn. Ví dụ, nguồn DC, nguồn pin hoặc nguồn sonar.
Độ bền và tuổi thọ
Xem xét xếp hạng IP của cảm biến, hiệu suất chống nổ. Cảm biến được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt thường kéo dài hơn và yêu cầu ít bảo trì hơn.
Chi phí
Trừ chi phí sản phẩm, hãy xem xét chi phí bảo trì và hiệu chuẩn theo thời gian.
7. Kết luận
Chọn cảm biến áp suất phù hợp liên quan đến việc đánh giá một số yếu tố chính và công nghệ cảm biến. Dù là cảm biến áp điện, điện dung, màng phun hay gốm, nên phù hợp với yêu cầu ứng dụng cụ thể của bạn.
