các thiết bị đo trong nhà máy sản xuất cồn

1. MỤC LỤC VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CHO NHÀ MÁY SẢN
XUẤT CỒN
I. TỔNG QUAN.
1.Các hệ thống điều khiển chính trong nhà máy.
- Hệ thống điều khiển phân tán (DCS:Distributed Control System).
- Hệ thống dừng khẩn cấp nhà máy (ESD: Emergency Shutdown System).
- Hệ thống cảnh báo cháy và rò khí (F&G: Fire and Gas System )
- Hệ thống thông tin liên lạc ( Communication System )
2. Các thiết bị đo lường điều khiển của nhà máy.
- Các thông số kỹ thuật chung.
- Bộ điều khiển
- Cảm biến: nhiệt độ, lưu lượng, áp suất.
- Các bộ chuyển đổi tín hiệu.
- Cơ cấu chấp hành: van điều khiển,…
- Các yếu tố của một vòng điều khiển.
II.Cấu tạo và nguyên lý đo của các thiết bị đo lường điều khiển.
1.Bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) và sơ đồ thang (Ladder diagram).
2.Các loại cảm biến và bộ chuyển đổi tín hiệu.
a.Cảm biến đo mức.
b.Cảm biến đo nhiệt độ.
c.Cảm biến đo áp suất.
d.Cảm biến đo lưu lượng.
3.Các thiết bị chấp hành.
-Van cầu, van bi, van chặn, van cửa,…
- Van điều khiển.
4.Các ký hiệu bản vẽ thông dụng và cách đọc bản vẽ P&ID.
- Các ký hiệu.
-Mô tả cách đọc bản vẽ .
III.KẾT LUẬN.
Kết luận tóm tắt các vấn đề cần nắm qua tài liệu này.

2. THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG và ĐIỀU KHIỂN
I.Khái niệm cơ bản.
1.Đại lượng đo lường.
Trong lĩnh vực đo lường, dựa theo tính chất cơ bản của đại lượng đo, chúng ta phân ra
hai loại cơ bản:
• Đại lượng điện.
• Đại lượng không điện (non electrical) là những đại lượng vật lý, hóa
học, sinh học, y học…không mang tính đặc trưng của đại lượng điện.
Tùy thuộc vào tính chất cụ thể của đại lượng đo, chúng ta đặt ra phương pháp và cách
thức đo để từ đó thiết kế và chế tạo thiết bị đo.
1.1.Đại lượng điện.
Được phân ra hai dạng :
- Đại lượng điện tác động (active).
- Đại lượng điện thụ động (passive).
• Đại lượng điện tác động.
Đại lượng điện áp, dòng điện, công suất là những đại lượng mang năng lượng điện.
Khi đo các đại lượng này , bản thân năng lượng này sẽ cung cấp cho các mạch đo.
Trong trường hợp năng lượng quá lớn, sẽ được giảm bớt cho phù hợp với mạch đo, ví
dụ phân áp hay phân dòng…
Trong trường hợp quá nhỏ sẽ được khuyếch đại đủ lớn cho mạch đo có thể hoạt
động được.
• Đại lượng điện thụ động.
Đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung, hổ cảm, … các đại lượng này không
mang năng lượng cho nên phải cung cấp điện áp hoặc dòng điện cho các đại lượng
này khi đưa vào mạch đo.
Trong trường hợp đại lượng này đang là phần tử trong mạch điện đang hoạt động,
chúng ta phải quan tâm đến cách thức đo theo yêu cầu. Ví dụ cách thức đo nóng nghĩa
là đo phần tử này trong khi mạch đang hoạt động hoặc cách thức đo nguội khi phần tử
này đang ngưng hoạt động. Ở mỗi cách thức đo sẽ có phương pháp đo riêng.
1.2.Đại lượng không điện.
Đây là đại lượng hiện hữu trong đời sống của chúng ta ( nhiệt độ, áp suất, trọng
lượng, độ ẩm, độ pH, nồng độ, tốc độ, gia tốc…).
Trong hệ thống tự động hóa công nghiệp ngày nay, để đo lường và điều khiển tự
động hóa các đại lượng không điện nói trên, chúng ta cần chuyển đổi các đại lượng
nói trên sang đại lượng điện bằng các bộ chuyển đổi hoặc cảm biến hoàn chỉnh, thuận
lợi, chính xác, tin cậy hơn trong lĩnh vực đo lường và điều khiển tự động.

3. 2. Chức năng và đặc tính của thiết bị đo lường.
2.1. Chức năng.
Hầu hết các thiết bị đo có chức năng cung cấp cho chúng ta kết quả đo
được đại lượng đang khảo sát. Kết quả này được chỉ thị hoặc được ghi lại trong suốt
quá trình đo, hoặc được dùng để tự động điều khiển đại lượng đang được đo.
Ví dụ:trong hệ thống điều khiển nhiệt độ, thiết bị đo nhiệt độ có nhiệm vụ đo, hiển thị
và đưa tín hiệu đo này về hệ thống điều khiển để đạt được thống số nhiệt độ theo yêu
cầu.
2.2. Đặc tính của thiết bị đo lường.
Một thiết bị đo lường ( cảm biến) phải có những đặc tính cơ bản sau:
• Tốc độ đáp ứng ( response): thời gian đáp ứng của thiết bị đo đối với sự thay
đổi của đại lượng đó.
• Độ nhạy ( sensitivity) : tỷ số giữa sự thay đổi của tín hiệu vào và tín hiệu ra của
thiết bị đo.
Ký hiệu S là độ nhạy của cảm biến thì:
Trong đó ∆x là gia số đại lượng đầu vào, ∆y là gia số đại lượng đầu ra.
Trong thực tế sử dụng độ nhạy tương đối :
Với x là đại lượng vào, y là đại lượng ra.
Cảm biến có thể là tuyến tính nếu S0=const hoặc là phi tuyến nếu S0=var. Cảm
biến phi tuyến có độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (x).
• Điểm không (zero):là giá trị bắt đầu của phép đo.
• Dải span: giá trị lớn nhất của cảm biến ở phép đo.
• Tầm đo ( range): giá trị lớn nhất của cảm biến có thể đo được
• Độ chính xác (sai số) ( accuracy ): là sai số của giá trị đo được với giá trị thực
tin cậy được.
Sai số tuyệt đối: e ═ y-x
e-sai số tuyệt đối; y-trị số tin cậy được; x-trị số đo được.
Sai số tương đối (tính theo %):e═│ │100%
Độ chính xác tương đối: A=1–│ │
Độ chính xác tính theo %: a=100% – e = (A x 100%)
• Độ lặp lại ( repeatability): tính chất của cảm biến không thể lặp lại giá trị chính
xác đã được cảm biến đưa ra trước đó.
• Độ phân giải (resolution): khoảng chia nhỏ nhất để thiết bị đo đáp ứng được.
• Sự ổn định (stability) : Độ sai lệch của kết quả đo sau khi thiết đo được sử dụng
trong một thời gian.
• Turndown : tỷ lệ giữa dải đo được và dải hoạt động của thiết bị đo lường.
Công thức: Turndown= =

4. Ví dụ: cảm biến đo áp suất có tầm đo : 0÷150 psig
URL= 150 psig
LRL = 0 psig
Người sử dụng muốn đo từ 0 ÷50 psig
URV=50 psig
LRV= 0 psig
Khi đó, turndown của thiết bị đo là: TD = =
= 3:1
3.Những phần tử trong thiết bị đo lường.
Tổng quát, thiết bị đo lường cấu tạo bằng ba phần sau:
BỘ CHUYỂN
cccac BỘ HIỂN THỊ
CẢM BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU KẾT QUẢ
ĐO
3.1. Cảm biến.
Phần tử biến đổi các đại lượng đo như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, mức,
khối lượng… thành các đại lượng điện hay cơ.
3.2. Bộ chuyển đổi tín hiệu đo.
Chức năng chuyển đổi tín hiệu đo từ cảm biến thành dạng tín hiệu chuẩn
sử dụng cho mục đích hiển thị và điều khiển, thông thường chuyển đổi tín hiệu điện
hoặc cơ thành tín hiệu điện hay khí nén.
input signal from sensor
( process variable information) Transmitter Output Signal
Input signal Forms Output Signal Forms
Electrical 3-15 psi pneumatic
Or or
Mechanical 4-20 mA dc current
Tín hiệu đầu ra từ cảm biến được đưa vào bộ chuyển đổi tín hiệu (transmitter).
Thông thường, cảm biến và transmitter được thiết kế trong cũng một khối.

5. Turbine Flowmeters
3.3. Bộ hiển thị (Indicator).
Hiển thị kết quả đo được tại vị trí đo, thông thường kết quả đo được đưa về một hệ
thồng điều khiển chung của nhà máy để hiển thị và điều khiển.
Digital pressure gauge
II. Nguyên lý cấu tạo và ứng dụng của các cảm biến đo lường.
1.Cảm biến nhiệt độ.
Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm
biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện.
Những cảm biến nhiệt độ được mô tả trong bài viết này là:
• Cặp nhiệt điện ( thermocouples).
• Nhiệt kế điện trở kim loại (RTD).
1.1.Cặp nhiệt điện (thermocouples).
1.1.1. Nguyên lý cấu tạo.
Một trong những phương pháp thông dụng để đo nhiệt độ được dùng trong khoa học
và kỹ thuật là sử dụng hiệu ứng nhiệt điện. Một cặp nhiệt điện gồm hai dây dẩn A và

6. B được cấu tạo bởi vật liệu khác nhau, tại điểm nối chung của nó có nhiệt độ T2, và
hai đầu còn lại của cặp nhiệt điện có nhiệt độ T1 xuất hiện một sức điện động nhiệt
điện E có độ lớn phụ thuộc vào vật liệu của A và B cũng như sự sai biệt về nhiệt độ
giữa T2 và T1.
Nguyên lý cặp nhiệt điện.
T2 là nhiệt độ mối nối chung (còn được gọi là mối nối đo) là nhiệt độ TC đạt được
khi đặt mối nối chung trong môi trường cần đo có nhiệt độ không biết TX , nhiệt độ TC
phụ thuộc vào vào TX.
Hai đầu còn lại của cặp nhiệt độ có nhiệt độ biết trước và giữ không đổi là T1=Tref
và được nối với mạch đo áp. Cặp nhiệt điện đưa ra tín hiệu áp thấp ở tầm milivon. Tín
hiệu áp gia tăng theo khi nhệt độ đo gia tăng và cũng phụ thuộc vào chất liệu được sử
dụng ở hai dây của cặp nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện được cấu tạo bởi các kim loại hoặc hợp kim khác nhau và có
khoảng đo rộng từ -2700 C÷27000 C, đáp ứng của cặp nhiệt điện không tuyến tính khi
nhiệt độ thay đổi lớn, tính không tuyến tính trong mối quan hệ giữa sức điện động
nhiệt điện và nhiệt độ và nhiệt độ được thể hiện qua công thức tính như sau:
E = C (T2 – T1) + K ( - )
với C,K- các hằng số phụ thuộc vào cặp nhiệt điện.
T2- nhiệt độ mối nối đo; T1- nhiệt độ mối nối chuẩn.
Ví dụ: cặp nhiệt độ Cu/constantan có C=3,75x10-12 mV/0 C và K= 4,50x10-5 mV/0C,
nếu T2 = 1000 C, T1= 00C , sức điện động nhiệt điện:
E = C (T2 – T1) + K ( - )
= 3,75x10-2 (100-0) +4,50x10-5 (1002-02)
=3,75 mV + 0,45 mV = 4,20 mV
Có nhiều loại cặp nhiệt điện khác nhau , và mỗi loại thì được làm từ những kim loại
khác nhau . Sự lựa chọn cặp nhiệt điện thông thường phụ thuộc vào:
 Điều kiện của quá trình đo.
 Tầm nhiệt độ đo.
 Độ bền yêu cầu.

7.  Mức độ chính xác yêu cầu.
Những loại cặp nhiện điện khác nhau được chỉ định một chữ cái và màu của dây .
Bảng sau mô tả các ặp nhiệt điện với chữ cái và màu dây tương ứng:
Cặp nhiệt Chất liệu sử dụng Mã màu Nh.độ sử dụng
điện
E Chromel (+) (+) màu tía -2000C ÷9000C
Constantan (-) (-) màu đỏ
J Iron (+) (+) màu trắng 00C ÷7600C
Constantan (-) (-) màu đỏ
K Chromel (+) (+) màu vàng -2000C ÷12500C
Alumel (-) (-) màu đỏ
R Platinum-13%Rhodium( +) Không thiết lập 00C ÷14500C
Platinum (-)
S Platinum-10%Rhodium(+) Không thiết lập 00C ÷14500C
Platinum (-)
T Copper (+) (+) màu xanh -2000C ÷3500C
Constantan(-) (-) màu đỏ
*Bảng màu này chỉ áp dụng cho Mỹ và Canada, các nước khác và quốc tế sử dụng
bảng màu khác.
Sử dụng bảng chuyển đổi: Tương ứng với mỗi mối nối cấu tạo bởi những chất liệu
khác nhau, điện áp đưa ra bởi mối nối chung cho mỗi nhiệt độ đã được thiết lập và ghi
lại trong bảng chuyển đổi. Bảng sau là một phần của bảng chuyển đổi cho cặp nhiệt
điện loại K mô tả mức điện áp đưa ra cho những nhiệt độ khác nhau. Bảng chuyển đổi
đưa ra những giá trị điện áp tương ứng với độ chênh lệch nhiệt độ của mối nối chung
và nhiệt độ mối nối tham khảo được duy trì hoặc dùng mạch bù để giữ nhiệt độ này ở
00C. Bảng này cũng đã loại trừ những yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện áp đưa ra
bằng các mạch bù điện tử.
Type K Themocouple
0
Temperature C Milivolts
-40 -1.527
-30 -1.1156
-20 -0.778
-10 -0.392
0 0.000
10 0.397
20 0.798
30 1.203
40 1.612
50 2.023
60 2.436
70 2.851

8. Chú ý là bảng chuyển đổi điện áp/nhiệt độ cho cặp nhiệt điện thì thay đổi theo mối
quan hệ không tuyến tính. Ví dụ, cho cặp nhiệt điện loại K, một giá trị điện áp đọc
được là 0.397 milivolts ở nhiệt độ mối nối đo tương ứng ở 100C. Nếu mối quan hệ
giửa millivolt/nhiệt độ chính xác tuyến tính thì ở 400 C thì mức điện áp đưa ra sẽ gấp
4 lần 0.379 hay 1.516 milivolts. Nhưng thực ra giá trị điện áp đưa ra trong bảng là
1.612 milivolts.
Type J Thermocouple
Temperature 0C Milivolts
0 0.000
10 0.507
20 1.019
30 1.537
40 2.059
50 2.585
60 3.116
70 3.650
80 4.187
90 4.726
100 5.269
110 5.814
120 6.360
130 6.909
140 7.459
150 8.010
160 8.562
170 9.115
180 9.669
190 10.224
200 10.779
210 11.334
220 11.889
230 12.445
240 13.000
250 13.555
260 14.110
270 14.665
280 15.219
290 15.773
300 16.237
Khi mối nối chung có nhiệt độ trên 0 C, day nong (positive wire, vật liệu được liệt kê
0
đầu tiên cho cặp nhiệt điện) ở điện thế cao hơn dây nguội (negative wire). Khi nhiệt
độ mối nối chung thấp hơn 00 C, dây nguội trở thành dây nóng, và một hiệu điện thế

9. âm sẽ xuất hiện trên mạch đo áp. Khi nhiệt độ mối nối chung cân bằng ở 00 C, hiệu
điện thế xác định được là 0 milivolts.
Kết luận: khi đo nhiệt độ mối nối chung có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ mối nối tham
khảo Tref thì xuất hiện hiệu điện thế dương, ngược lại khi đo nhiệt độ mà mối nối
chung có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ mối nối tham khảo thì sẽ có một hiệu điện thế âm
đưa ra trên mạch đo áp.
Trong vài trường hợp, để đạt được độ chính xác cao khi đo nhiệt độ nhiều cặp nhiệt
điện được kết nối song song với nhau. Hình sau mô tả một ví dụ của cặp nhiệt điện
loại J đo tại 3 điểm khác nhau trong trường hợp đo dòng khí nóng.

10. Giá trị mà vôn kế đo được là 11.889 millivolts- là giá trị trung bình của hiệu điện thế
đưa ra bởi 3 cặp nhiệt điện. Giá trị đọc được trong trường hợp này như sau:
MJ1= 2000 C = 10.779 millivolts
MJ2= 2200 C = 11.889 millivolts
MJ3= 2400 C = 13.000 millivolts
Chú ý là cặp nhiệt điện chỉ đo nhiệt độ ở mối nối giữa hai dây kim loại. Do đó để
tránh tiếp xúc khác ngoài mối nối, hai dây dẩn được đặt trong vỏ các điện bằng sứ.
Cặp nhiệt điện với vỏ cách điện thường được che chở thêm bằng một lớp vỏ để chống
lại sự xâm phạm của các khí cũng như những đột biến nhiệt, lớp vỏ thường làm bằng
sứ hoặc thép trong trường hợp bằng thép mối nối có thể được cách với vỏ hay tiếp xúc
với vỏ, điều này có lợi là vận tốc đáp ứng nhanh nhưng nguy hiểm hơn.
Mối nối được cách ly với vỏ Mối nối tiếp xúc với vỏ
1.1.2. Ứng dụng
Vì dải đo của cặp nhiệt điện lớn nên nó được sử dụng rộng rải trong công nghiệp. Cặp
nhiệt điện được cấu tạo với kích thước rất bé nó cho phép đo nhiệt độ rất chính xác,
tốc độ đáp ứng nhanh. Ngoài ra, tín hiệu được tạo ra dưới dạng sức điện động mà
không cần tạo ra dòng điện chạy qua cảm biến như vậy tránh được hiện tượng đốt

11. nóng cảm biến. Tuy nhiên nó có điểm bất lợi là trong khi đo, nhiệt độ của mối nối
chuẩn phải biết rõ, tất cả sự không chính xác của Tref sẽ dẩn tới sự không chính xác
của nhiệt độ cần đo.
Thermocouples loại K

12. 1.2. Nhiệt kế điện trở kim loại (RTD resistance temperature detectors)
1.2.1. Nguyên lý cấu tạo.
RTD là cảm biến đo nhiệt độ thông dụng như cặp nhiệt điện. RTD có cấu tạo là 1
thank kim loại có điện trở thay đổi biết trước theo sự thay đổi của nhiệt độ. RTD có
giá thành đắt hơn và c ũng có đ ộ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện. Chúng có thể sử
dụng ở hầu hết những nơi mà cặp nhiệt điện được sử dụng.
Tùy thuộc vào phạm vi đo nhiệt độ mà người ta chọn vật liệu thích hợp, người ta
thường sử dụng điện trở bằng bạch kim, nickel và đôi khi bằng đồng hay tungstene.
Bạch kim (Platinum):có thể có cấu tạo rất tinh khiết (99,99%) điều này cho
phép ta biết được đặc tính điện của nó rất chính xác và không thay đổi. Nó thường sử
dụng ở nhiệt độ từ -2000 C đến 10000C.
Nickel: có ưu điểm là độ nhạy nhiệt rất cao, nickel chống lại sự oxy hóa, thường
được dùng ở nhiệt độ nhỏ hơn 2500C.
Đồng: được sử dụng vì đ ặc tuyến rất tuyến tính của sự thay đổi điện trở theo
nhiệt. Tuy nhiên vì phản ứng hóa học nên không cho phép sử dụng ở nhiệt độ lớn hơn
1800C, và vì đi ện trở suất bế, nên khi dung để đảm bào có giá trị điện trở nhất định,
chiều dài dây phải lớn gây nên sự cồng kềnh bất tiện.
Tungstene: Có độ nhạy nhiệt của điện trở lớn hơn bạch kim trong trường hợp
nhiệt độ cao hơn 1000 K và nó thường được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn bạch kim với
độ tuyến tính hơn bạch kim. Tungstene có thể cấu tạo dưới dạng những sợi rất mảnh
cho phép chế tạo cảm biến có trị số lớn.
RTD Pt-100
Bạch kim là kim loại được sử dụng thông dụng trong chết tạo RTD bởi vì tính
tuyến tính của điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Điện trở của một vật liệu là khả năng cho

13. dòng điện chạy qua. Điện trở càng cao, dòng điện chạy qua nhỏ. Điện trở có đơn vị
ký hiệu là ohm (Ω), dòng điện có đơn vị ký hiệu là ampe (A).
Mối quan hệ giữa điện trở của RTD và nhiệt độ được thể iện qua công thức
sau:
RT = R0 ( 1+ αT + βT2)
trong đó:
RT: điện trở Ω tại nhiệt độ T (0 C)
R0 :điện trở Ω tại nhiệt độ 0 ( 0 C)
α và β là hằng số xác định theo thực nghiệm.
Nếu nhiệt độ trong khoảng ngắn nhất định công thức trên có thể được đơn giản
thành:
RT = R0 (1 + αT)
Ví dụ: một RTD có điện trở bạch kim có giá trị điện trở 100 Ω ở 00 C được sử
dụng để đo nhiệt độ của nước sôi ở 100 0 C, điện trở sẽ tăng từ 35.5 Ω lên 138.5 Ω ,
nó được tính như sau:
Điện trở = 100 Ω (1+ 1000C x 0.00385 Ω/ Ω0C)
= 138.5 Ω
với α = 0.00385 Ω/ Ω C 0
Nếu RTD bạch kim có điện trở 200 Ω ở 00 C khi đặt vào nước sôi, điện trở của
nó sẽ là :
200 Ω (1+ 1000C x 0.00385 Ω/ Ω0C)=177 Ω
Cũng giống như cặp nhiệt điện, điện trở đo của RTD cũng được đặt trong ống
bằng sành, sứ với vỏ bọc bên ngoài để tránh các ảnh hưởng hóa học và vật lý có thể
gây nên sự phá hủy điện trở đo.

14. Điện trở đo với vỏ bảo vệ bên ngoài.
Trong các ứng dụng đo lường nhiệt độ của quá trình công nghệ, người ta
thường dùng khái niệm thermowell để chỉ cảm biến nhiệt độ RTD hay thermocouple
có vỏ bọc bảo vệ bên ngoài, nó được gọi là thermowell. Thermowell đảm bảo chức
năng chuyển nhiệt độ cần đo bên ngoài vào đầu đo nhiệt với độ chính xác như mong
muốn. Các cảm biến nhiệt độ trong nhà máy có độ chính xác ở khoảng +/- 0.1 % giá
trị đo, và độ ổn định +/- 0.1 % trên 12 tháng.
Thermowell

15. 1.2.2 Ứng dụng.
Với độ chính xác cao, dải đo rộng cùng với tính tuyến tính RTD được sử dụng
rộng rải để đo nhiệt độ trong công nghiệp.
Rtd Pt-100

16. 2. Cảm biến áp suất.
Cảm biến đo áp suất là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác.Để
đo được áp suất, cảm biến phải bao gồm bộ phận cảm nhận sự thay đổi của lực do áp
suất gây nên tác động vào nó và một phần chuyển những thông tin này thành những
tín hiệu đầu ra cơ học, điện, khí nén mục đích hiển thị hay điều khiển .
Đo áp suất có 3 dạng sau:
 Áp suất tương đối còn gọi là áp suất khí quyển (gauge pressure), thường có đơn
vị ký hiệu là psig hay psi, giá trị áp suất này không tính đến áp suất khí quyển ở
mực nước biển (14.7 psi).
 Áp suất tuyệt đối (absolute pressure), thường có đơn vị ký hiệu là psia, giá trị
áp suất đo được đã tính đến áp suất của khí quyển.
 Áp suất chênh ( differential pressure) là áp suất chênh lệch được đo ở hai điểm
khác nhau.
Áp suất tương đối Áp suất tuyệt đối
14.7 psi
( 0 psi)
Các loại cảm biến áp suất thường dùng là:
 Ống Bourdon.
 Áp kế dùng biến dạng (strain gages).
 Áp kế điện dung (capacitance pressure sensor)
2.1.Ống bourdon
2.1.1. Nguyên lý cấu tạo.
Cảm biến này sử dụng nguyên lý đo cơ bản là sự thay đổi hình dạng của ống Bourdon
khi có tác động của áp suất vào bên trong ống. Cảm biến được cấu tạo gồm hai phần:
 Ống Bourdon có chức năng cảm nhận sự thay đổi của áp suất để chuyển đổi sự
thay đổi này sang chuyển động cơ.
 Một đồng hồ hiển thị áp suất tương ứng với chuyển động cơ học.
Nguyên lý hoạt động: Ống Bourdon là một ống thép cong rỗng oval, khi có áp suất
tác động vào bên trong ống sẽ làm gia tăng độ cong của ống và hình dạng rỗng bên
trong ống sẽ thay đổi. Sự thay đổi của hình dạng ống sẽ được cơ cấu cơ khí chuyển
đổi để hiển thị giá trị đo trên đồng hồ áp suất.

17. Cấu tạo của ống Bourdon
Hình dạng ống rỗng khi chưa có áp suất tác động
Hình dạng ống rỗng khi có áp suất tác động
Mặt sau của ống Bourdon trong thực tế

18. 2.1.2. Ứng dụng.
Cảm biến áp suất loại ống Bourdon thường được dùng để đo áp suất tương đối, tuyệt
đối với kết quả áp suất đo được hiển thị ngay tại hiện trường, với độ chính xác có sai
số vào khoảng +/- 1% giá trị đo.
2.2. Áp kế dùng biến dạng ( strain gage).
2.2.1. Nguyên lý cấu tạo.
Strain gage là cảm biến áp suất hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi lực tác động
do áp suất gây ra thành tín hiệu điện dùng để hiển thị hay dùng để điều khiển trong
một vòng điều khiển. Cấu tạo của strain gage gồm 2 phần chính:
 Một màng mỏng (diaphragm) đáp ứng với sự tác động của lực tác động bằng sự
thay đổi hình dạng.
 Một phần tử điện trở có dạng hình lưới gồm dây dẫn có điện trở suất ρ, tiết diện
S và có chiều dài nl; l:chiều dài một cọng và n là số cọng, n thông thường từ
10÷ 20 đối với những điện trở kim loại.
Tiện ích cơ bản của stran gage là:
 Giá thành thấp.
 Kích thước nhó.
 Tốc độ đáp ứng nhanh.

19. Hình dưới mô tả loại màng bằng kim loại, khi có áp suất tác động vào lớn hơn áp suất
thiết kế không biến dạng của màng sẽ làm cho tấm màng bị biến dạng, kép theo là sự
thay đổi về điện trở của dây kim loại trên tấm màng do sự biến dạng, sự thay đổi về
điện trở của dây kim loại sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện (4-20 mA) nhờ hai
dây nối vào hai đầu điện trở sau khi đưa hai dây này vào mạch điện tử.
Một mạch đo được tích hợp trong strain gage để có thể phát hiện được sự thay đổi rất
nhỏ của điện trở cảm biến, cảm biến áp suất loại strain gage phải có ít nhất 4 dây, 2
dây cấp nguồn cho mạch đo và hai dây đưa tín hiệu ra tới bộ điều khiển.

20. 2.2.2. Ứng dụng.
Strain gage được ứng dụng để đo áp suất tương đối, tuyệt đối tùy thuộc vào mạch
chuyển đổi. Vì giá thành rẻ, đáp ứng nhanh cùng với kích thước nhỏ gọn strain gage
được ứng dụng rộng rải để đo áp suất trong công nghiệp.
2.3. Áp kế điện dung (capacitance pressure sensor).
2.3.1. Nguyên lý cấu tạo.
Áp kế điện dung dùng để đo áp suất dựa trên nguyên lý chuyển đổi lực tác động do áp
suất gây ra thành tín hiệu điện dùng cho hiển thị hay đo lường điều khiển. Cấu tạo
chính của áp kế điện dung là một tụ điện gồm hai bản cực. Giữa hai bản cực là môi
trường chứa chất cách điện gọi là điện môi.

21. Công thức tính điện dung của một tụ điện:
C = uS / d
Trong đó: u là hằng số điện môi
S là diện tích của bản cực
d là khoảng cách vuông góc giữa hai bản cực.
Đơn vị đo điện dung của tụ điện là F (Fara), ngoài ra còn có các đơn vị đo nhỏ hơn
như μF ( micro Fara), pF (pico Fara).
Trong trường hợp áp kế điện dung dùng để đo áp suất tại một đểm, tụ điện sẽ gồm một
bản cực cố định và bản cực còn lại là một màng kim loại chịu tác động trực tiếp của
áp suất.
Khi có áp suất tác động bản cực màng kim loại (diaphragm metal ) sẽ bị võng xuống
làm thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực gây ra sự thay đổi điện dung của tụ điện.
Hai dây A và B được nối đến mạch đo điện tử được tích hợp sẵn trong áp kế điện
dung, tín hiệu đưa ra từ mạch đo này có thể là tín hiệu áp (0-5v) hoặc tín hiệu dòng (4-
20 mA). Với cách đo này thì áp kế điện dung cần nguồn cấp cho mạch đo và 2 dây tín
hiệu ra để điều khiển và hiển thị.

22. Ứng dụng phổ biến của cảm biến áp kế điện dung là đo sự chênh áp gữa hai điểm như
trong đường ống hoặc trong thùng kín. Cấu tạo của cảm biến loại này gồm hai bản cực
kim loại dẩn điện, ở trung tâm hai bản cực là một màng dẩn kim loại đóng vai trò là
bản cực thứ 3. Một bên của cảm biến được nối với điểm đo áp suất #1, bên còn lại
được nối với điểm đo áp suất #2.
Áp suất ở hai bên cảm biến tác động vào màng chắn ở giữa, khi áp suất ở hai điểm #1
và #2 khác nhau, màng kim loại CD sẽ di chuển về hướng có áp suất thấp hơn. Nếu áp
suất tại điểm #1 cao hơn áp suất ở điểm #2, khoảng trống điện môi giữa màng kim
loại CD và bản cực C2 sẽ trở nên gần hơn.
Bởi vì khoảng cách giữa bản cực CD và C2 giảm xuống nên giá trị điện dung của tụ
điện tạo bởi hai bản cực CD và C2 sẽ tăng lên.
Ngược lại, vì khoảng cách giữa hai bản cực CD và C1 tăng lên, nên giá trị điện dung
của tụ điện tạo bởi hai bản cực CD và C1 sẽ giảm xuống.
Khi áp suất giữa hai điểm #1 và #2 bằng nhau, áp suất chênh sẽ bằng 0 vì khoảng cách
giữa hai bản cực C1,C2 và bản cực màng kim loại CD là bằng nhau.
Mỗi tụ điện sẽ có hai dây ra và được đưa đến một mạch điện tử được tích hợp trong
cảm biến chênh áp để biến đổi sự thay đổi về điện dung của hai tụ điện thành tín hiêu
điện dạng áp (0-5v) hay dòng (4-20 mA).

23. 2.3.2. Ứng dụng.
Cảm biến đo áp suất điện dung loại đo tại một điểm và đo chênh áp tại hai điểm được
sử dụng nhiều trong thực tế. Đặc biệt cảm biến chênh áp được sử dụng để đo áp suất
trong thùng kín, hoặc để phát hiện sự tắc ngẵn khi đo áp suất che6ng giữa hai bên
màng loc(strainer). Khi độ chênh áp thấp, strainer là sạch, khi độ chênh áp đột ngột
tăng lên strainer bị tắc ngẵn giữa dòng upstream và dòng downstream.
Độ chính xác của cảm biến đo áp suất loại chuyển đổi năng lượng từ lực sang điện vào
khoảng +/-0.075 % giá trị đo, đối với cảm biến đo áp xuất dạng màng độ chính xác
vào khoảng +/0.2% giá trị đo. Độ ổn định là +/-0.2 % trên 12 tháng.
Difference pressure sensor

25. .