Hiệu chuẩn bộ chuyển đổi áp suất

Bộ chuyển đổi áp suất (hay còn gọi là cảm biến áp suất) là thiết bị được sử dụng khá phổ biến trong mọi lĩnh vực công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát áp suất để vận hành chính xác, đồng thời đảm bảo an toàn cho hệ thống máy móc trong nhà máy.

1.1 Bộ chuyển đổi áp suất là gì?

Bộ chuyển đổi áp suất là một thiết bị chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện đưa về cho các bộ điều khiển xử lý. Bộ chuyển đổi áp suất thường được gọi với tên là cảm biến áp suất. 

Bộ chuyển đổi áp suất cấu tạo từ ba thành phần chính:

• Bộ truyền tín hiệu (Transmitter)
• Bộ chuyển đổi (Transducer)
• Cảm biến (Sensor)

Bộ chuyển đổi là bộ chuyển đổi năng lượng từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác, bộ phận này có chức năng là nhận các tín hiệu từ cảm biến và thực hiện xử lý chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu khác (thường là tín hiệu điện). Ví dụ, bộ chuyển đổi áp suất chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện.

Bộ truyền tín hiệu là bộ nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu đó thành tín hiệu tiêu chuẩn 4-20mA/0-5VDC/0-10VDC. Bộ truyền tín hiệu là đại diện cho một tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện tiêu chuẩn để có thể đọc và xử lý tại bộ điều khiển. 

Cảm biến áp suất hay còn được biết với rất nhiều khác tên như cảm biến áp lực, cảm biết đo áp suất dầu, áp suất nước… Đây là một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống giám sát, đo lường tự động hoá trong nhà máy, xí nghiệp. Có thể chia bộ chuyển đổi áp suất thành nhiều loại khác nhau tuỳ theo ứng dụng và cấu tạo:

- Dựa theo công năng, ta chia bộ chuyển đổi áp suất thành 2 loại: cảm biến áp suất tuyệt đối và cảm biến áp suất tương đối. Cảm biến áp suất tuyệt đối lấy áp suất chân không hoàn hảo làm chuẩn đo. Cảm biến áp suất tương đối lấy áp xuất khí quyển làm chuẩn.

- Phân chia theo nguyên lý đo, ta có 2 loại là cảm biến đo áp suất và cảm biến đo chênh áp

- Phân chia theo môi trường đo thì có cảm biến áp suất màng và cảm biến áp suất không màng

Có rất nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau có trên thị trường nhưng chúng đều hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản sau:

- Ở đầu dò mỗi cảm biến đều có một lớp màng được làm từ thép không gỉ và silicon. Đầu dò sẽ cảm nhận sự thay đổi của áp suất, khi áp suất của môi trường thay đổi thì lớp màng này căng và chùng theo sự thay đổi của áp suất. Và bên trong đầu dò cảm biến có một vi xử lý ghi lại quá trình căng và chùng lại này và sẽ xuất ra tín hiệu áp suất đến bộ chuyển đổi.

- Bộ chuyển đổi tiếp nhận tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này được đưa đến bộ truyền tín hiệu.

- Bộ truyền tín hiệu sẽ khuếch đại tín hiệu điện thành tín hiệu chuẩn 4 – 20mA, 0 -10V… đưa tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển đọc và xử lý tín hiệu đó để điều khiển các van hoặc máy bơm để đạt được hiệu quả cho quá trình sản xuất.

Bộ chuyển đổi áp suất (hay còn gọi là cảm biến áp suất) là thiết bị được sử dụng khá phổ biến trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong các ngành công nghiệp tự động. Đây là thiết bị quan trọng trong việc kiểm soát áp suất để có thể điều khiển chính xác. Có rất nhiều ứng dụng liên quan đến bộ chuyển đổi áp suất:

• Dùng để đo áp lực nước trong các bồn chứa, thùng chứa hoặc trong các đường ống dẫn nước nhằm kiểm soát được áp suất bên trong của bồn nước,...
• Dùng để đo áp suất đầu ra của hệ thống máy nén khí, đảm bảo áp suất khí luôn nằm trong giới hạn cho phép.
• Dùng để đo lường và giám sát áp suất bên trong lò hơi, dưới nhiệt độ và áp suất tương đối cao có thể lên đến vài trăm độ, trong điều kiện khắc nghiệt.
• Dùng để trang bị trong lốp xe như một hệ thống cảnh bảo an toàn. Cảm biến sẽ đưa ra cảnh báo kịp thời khi áp suất trong lốp xe thay đổi đột ngột, cao/ thấp hơn so với mức lý tưởng
• ....................

​Đây chỉ là một vài ví dụ trong số rất nhiều ứng dụng của cảm biến áp suất. Chúng là những công cụ thiết yếu trong nhiều lĩnh vực, góp phần mang lại sự an toàn, hiệu quả và chính xác.

Trình tự, thủ tục, phương pháp và phương tiện hiệu chuẩn thiết bị chuyển đổi áp suất đã được qui định cụ thể trong văn bản kỹ thuật ĐLVN 112: 2002. Dưới đây là bản trình bày tóm tắt quy trình hiệu chuẩn thiết bị chuyển đổi áp suất.

- Chuẩn để tiến hành hiệu chuẩn là áp kế piston, áp kế chất lỏng, lò xo, hiện số chuẩn có giới hạn đo trên không nhỏ hơn giới hạn đo trên của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn.

- Sai số tương đối của chuẩn phải nhỏ hơn hoặc bằng 1/4 sai số tương đối cho phép của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn

Sai số cho phép (SSCP) của thiết bị cần hiệu chuẩn được xác định bằng công thức:

SSCP = ± cấp chính xác (CCX) (%)

- Nguồn điện một chiều: 0~50 VDC, độ ổn áp: ± 0,2V

- Vôn mét một chiều: 0~20V có sai số nhỏ hơn 1/2 sai số cho phép của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn

- Ampemét một chiều: 0~100mA có sai số nhỏ hơn 1/2 sai số cho phép của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn

- Hệ thống tạo áp phải kín, tăng hoặc giảm áp suất một cách đều đặn, phải tạo được áp suất tối thiểu bằng 125% giới hạn đo trên của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn. tăng hoặc giảm áp một cách đều đặn và độ tụt áp không vượt quá 5% giới hạn đó trong 5 phút.

- Nhiệt kế có phạm vi đo phù hợp và sai số không lớn hơn ± 0,5 ^oC ; Ẩm kế có phạm vi đo phù hợp và sai số không lớn hơn ± 5 %RH

- Đối với các bộ chuyển đổi áp suất thông thường, theo bảng 2.

Cho phép chuyển môi trường truyền áp suất từ chất khí sang chất lỏng, nếu sự chuyển đổi này không gây ra sai số lớn hơn 10 % sai số cho phép của bộ chuyển đổi áp suất.

- Đối với các bộ chuyển đổi áp suất dùng trong môi trường oxy, theo bảng 3. Cho phép dùng buồng ngăn cách khí-chất lỏng, chất lỏng-khí, chất lỏng-chất lỏng để hiệu chuẩn. 

- Khi sử dụng môi trường truyền áp suất là chất lỏng, không được để không khí lọt vào hệ thống hiệu chuẩn.

5.2.1.2 Điều kiện môi trường

- Nhiệt độ môi trường:  

• (20 ± 2)^oC đối với bộ chuyển đổi áp suất có sai số tương đối < 0,4%
• (20 ± 5)^oC đối với bộ chuyển đổi áp suất có sai số tương đối ≥ 0,4%

​- Độ ẩm tương đối nhỏ hơn 80%RH

- Phòng hiệu chuẩn phải thoáng khí, không có bụi và không bị đốt nóng từ một phía, tránh chấn động và va chạm.

- Bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn và chuẩn phải để trong phòng hiệu chuẩn cho đến khi chúng đạt được nhiệt độ quy định.

- Kiểm tra mức dầu ở bơm tạo áp hay thiết bị chuẩn, cân bằng ni-vô (nếu dùng áp kế piston chuẩn), đẩy hết bọt khí ra khỏi thiết bị.

- Làm sạch đầu nối của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn và lắp vào vị trí trên thiết bị tạo áp suất như sau:

- Thiết bị cần hiệu chuẩn phải ở tình trạng tốt: không bị ăn mòn, bẩn, nứt, han gỉ, kim không bị cong hoặc gẫy, mặt số hoặc phần chỉ thị phải sáng sủa, rõ ràng, ren đầu nối và các chi tiết khác không bị hư hỏng.

- Ký mã hiệu Trên mặt thiết bị phải ghi đầy đủ:

• Số hiệu;
• Phạm vi đo áp suất;
• Phạm vi đo tín hiệu điện;
• Điện áp nguồn;
• Đơn vị đo;
• Môi trường truyền áp suất (đối với chất khí đặc biệt)

Đơn vị đo áp suất là Pasan (Pa), bội số của Pascan, bar và các ước số của nó, đặc biệt là milibar (mbar). Được dùng các đơn vị áp suất khác ghi khắc trên dụng cụ phù hợp với đơn vị đo áp suất đã được quy định trong Nghị định 65/2001/NĐ-CP.

Tín hiệu điện đầu ra phải tăng hoặc giảm đều đặn theo sự tăng hoặc giảm của áp suất đầu vào.

Bộ chuyển đổi áp suất phải được hiệu chuẩn ở một số điểm tối thiểu phân bố đều trên toàn bộ thang đo theo chiều tăng và chiều giảm áp suất, tuỳ thuộc vào độ chính xác

• Cấp chính xác nhỏ hơn 0,25%: Số điểm hiệu chuẩn tối thiểu là 10
• Cấp chính xác từ 0,25% đến 1%: Số điểm hiệu chuẩn tối thiểu là 6
• Cấp chính xác lớn hơn 1%: Số điểm hiệu chuẩn tối thiểu là 5

Bộ chuyển đổi áp suất phải được cấp nguồn điện áp đúng theo quy định của nhà sản xuất

Chuẩn và bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn phải nằm trên cùng một mặt phẳng ngang, nếu có chênh lệch chiều cao thì phải hiệu chính giá trị áp suất do chiều cao cột chất lỏng gây ra.

ΔP = ρgh

Trong đó:

ρ : khối lượng riêng của chất lỏng, (kg/m³);

g : gia tốc trọng trường nơi hiệu chuẩn, (m/s²);

h : chênh lệch chiều cao cột chất lỏng đầu vào của áp kế chuẩn và áp kế cần hiệu chuẩn, (m); 

ΔP : áp suất cần hiệu chính, (Pa).

5.3.3.2 Các bước kiểm tra đo lường 

- Tính giá trị chuyển đổi tương đương từ đơn vị áp suất sang đơn vị tín hiệu điện.

- Cấp điện để sấy bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn theo đúng thời gian do NSX và đơn vị sử dụng yêu cầu.

- Tăng từ từ áp suất đến giới hạn đo trên của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn, khóa van và duy trì trong 5 phút, sau đó kiểm tra sự rò rỉ áp suất trong hệ thống. Tiếp theo mở van từ từ để áp suất về trạng thái ban đầu. Mở tất cả các van để áp suất trở về 0 và ghi lại số chỉ điện áp hoặc dòng điện tương ứng vào biên bản hiệu chuẩn.

- Tăng dần áp suất theo từng điểm đo định trước và ghi lại số chỉ tín hiệu điện áp hoặc dòng điện tương ứng.

- Khi áp suất đạt đến giá trị trên của bộ chuyển đổi, khóa tất cả van của hệ thống tạo áp để bộ chuyển đổi chịu tải trong 5 phút. Sau khi chịu tải, giảm dần áp suất theo giá trị từng điểm đo và ghi lại số chỉ tương ứng. (Khi giảm áp không được vượt quá giá trị áp suất ở từng điểm đo đã quy định)

- Kết quả hiệu chuẩn phải ghi vào biên bản hiệu chuẩn

- Công thức hiệu chuẩn:

y = a + bx

Trong đó:

x : là giá trị điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi áp suất cần hiệu chuẩn

y : là giá trị áp suất chuẩn

- ​Tính độ toán không đảm bảo đo tương đối

• Độ không đảm bảo đo tương đối kiểu A
• Độ không đảm bảo đo tương đối kiểu B được chia làm 2 thành phần:  Độ không đảm bảo đo tương đối của chuẩn áp suất và độ không đảm bảo đo tương đối của vôn kế hoặc ampe kế

- Tính độ không đảm bảo đo tương đối tổng hợp

- Tính độ không đảm bảo đo tương đối mở rộng

Bộ chuyển đổi áp suất sau khi hiệu chuẩn được cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn kèm kết quả hiệu chuẩn. Trong giấy chứng nhận phải có các thông số sau:

• Công thức hiệu chuẩn;
• ĐKĐBĐ mở rộng hoặc ĐKĐBĐ tương đối (%)
• Hệ số phủ k;
• Mức độ tin cậy;
• Điều kiện môi trường nơi hiệu chuẩn

Chu kỳ hiệu chuẩn: 01 năm