Cảm biến áp suất máy nén khí: cấu tạo, nguyên lí, sơ đồ modul

Cảm biến áp suất có nhiệm lấy tín hiệu áp lực và chuyển đổi tín hiệu này thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng điện) để đưa về các vi mạch điện tử phục vụ cho việc đo lường, điều khiển và bảo vệ áp lực cho hệ thống lạnh. Cùng tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất.

Cấu tạo cảm biến áp suất

1. Đầu nối
2. Màng thép không gỉ
3. Chíp cảm biến
4. Vỏ bọc
5. Vỏ cao su
6. Mặt bảo vệ

Cảm biến áp suất sử dụng thuộc tính điện trở thay đổi khi ứng suất thay đổi của chất bán dẫn và có cấu tạo như hình minh họa trên.

Nó có một “chip” cảm biến (3) bằng bán dẫn S_i có kích thuớc khoảng 4x3x1,7mm. “Chip” có màng cái mà sẽ bị biến dạng khi có tín hiệu áp suất đặt vào.

Nguyên lý làm việc

Khi có áp suất tác động lên màng thép, trở áp trên bề mặt bán dẫn S_i sẽ bị thay đổi thông qua quá trình khuếch tán nhiệt và cảm nhận sức căng. Bốn trở áp được mắc thành mạch cầu, khi áp suất thay đổi thì tín hiệu điện áp tương ứng với áp suất đó thay đổi và được đưa ra ngoài qua chân tín hiệu. Để tăng độ chính xác cho tín hiệu ra, người ta mắc thêm các điện trở bù nhiệt độ.

Thang đo của cảm biến áp suất rất đa dạng. Nếu dùng để đo lường, điều khiển và bảo vệ tín hiệu áp lực du thì nên chọn thang đo (1-100) kg/cm², còn nếu dùng để đo lường, điều khiển và bảo vệ tín hiệu áp lực chân không thì nên chọn thang đo (0-1) kg/cm².

Sơ đồ modul đo lường 

Nguyên lý hoạt động của modul này như sau: khi hệ thống lạnh hoạt động, máy nén hoạt động, các tín hiệu áp lực cao (HP – high pressure) và áp lực thấp (LP – low pressure) sẽ được các cảm biến áp suất (high pressure sensor, low pressure sensor) cảm nhận và chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu analog (điện áp). 

Tín hiệu analog này sẽ được đưa đến vi mạch số để mã hoá (IC mã hoá: bộ biến đổi A/D) chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital (tín hiệu ở dạng số) trước khi đưa tới vi xử lý (Miro-Processor)/ vi điều khiển (Micro-Controller) bởi vì chỉ có tín hiệu digital vi xử lý/ vi điều khiển mới hiểu.

Tại vi xử lý/ vi điều khiển tín hiệu được xử lý theo chương trình đã được lập trình và cài đặt sẵn ở bên trong nó, sau khi xử lý xong nó sẽ hiển thị đo lường các thông số áp lực cao và áp lực thấp, mặt khác nó xuất ra tín hiệu digital và truyền tới vi mạch số giải mã (IC giải mã: bộ biến đổi D/A) để chuyển đổi tín hiệu ra từ digital sang analog, cuối cùng tín hiệu này được khuếch đại trước tác động tới máy nén điều chỉnh lại áp lực cao và áp lực thấp về vùng tối ưu theo như mong muốn.

Khi thiết kế thành lập mạch điều khiển cần phải chọn cảm biến áp suất cho phù hợp với từng loại áp lực. Thông thường nếu đo lường và điều khiển áp lực thấp ở thiết bị bay hơi của thống lạnh thì cần phải chọn loại cảm biến áp suất có thang đo từ (0-20) Kg/cm² là phù hợp, còn nếu đo lường và điều khiển áp lực cao ở thiết bị ngưng tụ của thống lạnh thì cần phải chọn loại cảm biến áp suất có thang đo từ (0-35) Kg/cm² là phù hợp.