Auto Instrument | Cách thức hoạt động của bộ truyền áp suất: Nguyên lý, tín hiệu và khắc phục sự cố

Giới thiệu

Dựa trên kinh nghiệm bảo trì thực tế tại chỗ, đội ngũ kỹ thuật của Auto Instrument phân tích chi tiết toàn bộ quy trình chuyển đổi mà các bộ truyền áp suất sử dụng để phát hiện áp suất. Điều này giúp các kỹ sư bảo trì hiểu được logic hoạt động bên trong của thiết bị và xây dựng các quy trình khắc phục sự cố rõ ràng khi gặp phải các chỉ số áp suất bất thường, hiện tượng trôi điểm 0 và dao động tín hiệu đầu ra.

Các kỹ thuật viên mới làm quen với cảm biến áp suất thường thắc mắc bộ phận nào bên trong thiết bị cảm nhận áp suất bên trong đường ống. Giá trị áp suất hiển thị trong phòng điều khiển trải qua một chuỗi đầy đủ các quá trình chuyển đổi tín hiệu và vật lý. Nắm vững quy trình làm việc này sẽ giúp việc xử lý sự cố tại chỗ trở nên có hệ thống hơn.

1. Áp suất tác động như thế nào bên trong bộ phát?

Bản chất của việc đo áp suất trong công nghiệp là truyền áp suất trung bình đến các bộ phận cảm biến nhạy. Công thức áp suất cơ bản: $\boldsymbol{(\boldsymbol{P=F/A})}$ Áp suất = Lực ÷ Diện tích chịu lực. Dưới cùng một lực tác dụng, các diện tích chịu lực khác nhau sẽ tạo ra các giá trị áp suất khác nhau.

Các bộ truyền áp suất công nghiệp nhận áp suất cơ học từ đường ống và bể chứa thông qua các kết nối quy trình. Các thành phần bên trong cốt lõi là các phần tử cảm biến, thường bao gồm màng kim loại, màng gốm, cảm biến biến dạng và các thành phần đo đàn hồi khác nhau. Lấy cấu trúc màng được sử dụng rộng rãi làm ví dụ: áp suất môi trường tác động lên bề mặt màng và gây ra biến dạng nhỏ, không nhìn thấy được. Biến dạng tăng lên khi áp suất tăng và màng trở lại trạng thái ban đầu khi áp suất giảm. Thiết bị thu nhận biến dạng này để thực hiện phép đo áp suất. Các bộ truyền áp suất hơi nước được sử dụng trên nồi hơi và đường ống dẫn nhiệt cũng dựa vào biến dạng của màng để thu nhận áp suất. Đối với điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao, khả năng chịu nhiệt của các thành phần phải được đánh giá cẩn thận để đáp ứng các yêu cầu của bộ truyền áp suất nhiệt độ cao.

2. Ba nguyên lý cảm biến chính để phát hiện biến dạng

Các bộ phát thuộc các kiểu khác nhau sử dụng các nguyên lý cảm biến bên trong khác nhau. Ba loại được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế là: điện trở áp suất, điện dung và cộng hưởng.

Bộ truyền áp suất điện trở áp suất Nó tận dụng đặc tính là điện trở của vật liệu thay đổi dưới tác dụng của lực nén. Áp suất trung bình làm biến dạng màng ngăn; các phần tử áp điện trở bên trong chịu ứng suất và điện trở của chúng thay đổi tương ứng. Bo mạch thu nhận tín hiệu điện trở, thực hiện khuếch đại và tính toán bù nhiệt độ, rồi xuất ra các tín hiệu đo tương ứng. Cấu trúc này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thủy lực và đo lường đường ống công nghiệp thông thường. Hư hỏng chip cảm biến cũng là một nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi tại chỗ.

Bộ truyền áp suất điện dung Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi khoảng cách giữa các điện cực để điều chỉnh điện dung. Bên trong thiết bị có hai bộ điện cực. Áp suất làm dịch chuyển màng đo, làm thay đổi khoảng cách giữa các điện cực và điện dung một cách đồng bộ. Mô-đun mạch điện đọc sự thay đổi điện dung và chuyển đổi nó thành giá trị áp suất. Các bộ truyền áp suất điện dung loại này thường được lựa chọn cho các ứng dụng đo lường độ chính xác cao trong ngành công nghiệp hóa dầu và năng lượng.

Bộ truyền áp suất cộng hưởng Ứng suất cơ học do áp suất gây ra làm thay đổi tần số dao động tự nhiên của các phần tử cộng hưởng. Mạch này đọc các sự thay đổi tần số và chuyển đổi chúng thành các giá trị áp suất. Nó chủ yếu được ứng dụng trong các điều kiện làm việc đòi hỏi độ ổn định lâu dài nghiêm ngặt.

3. Tại sao 4 20mA là đầu ra thông dụng, và các phiên bản thông minh hỗ trợ HART

Hầu hết các bộ truyền tín hiệu tại hiện trường kết nối với DCS, PLC hoặc các thiết bị hiển thị kỹ thuật số. 0 MPa tương ứng với 4 mA, và toàn thang đo tương ứng với 20 mA. Lý do chính không sử dụng 0-20mA là để nhận diện lỗi. Nếu điểm 0 là 0 mA, dây dẫn bị đứt cũng cho ra 0 mA, và hệ thống điều khiển không thể phân biệt được áp suất quá trình đã giảm xuống 0 hay có lỗi đường dây. Với điểm 0 là 4 mA, mạch vẫn duy trì 4 mA khi không có áp suất tác dụng. Nếu cáp bị ngắt kết nối, dòng điện giảm xuống gần 0, do đó hệ thống điều khiển có thể trực tiếp xác định các bất thường trong mạch. Đồng thời, tín hiệu dòng điện ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện trở dây dẫn, hỗ trợ truyền dẫn công nghiệp đường dài. Tuy nhiên, việc che chắn, nối đất và bố trí dây dẫn phải được quản lý đúng cách để tránh nhiễu điện từ. Nhiều bộ truyền áp suất thông minh hỗ trợ giao tiếp kỹ thuật số chồng chéo. Người vận hành có thể sửa đổi phạm vi và đọc trạng thái chẩn đoán của thiết bị thông qua bộ giao tiếp cầm tay.

4. Áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối và áp suất chênh lệch — Các mốc tham chiếu khác nhau

Phép đo áp suất được chia thành áp suất tương đối, áp suất tuyệt đối và áp suất chênh lệch, chủ yếu khác nhau ở chuẩn áp suất tham chiếu.

· Áp suất đo: Được quy chiếu theo áp suất khí quyển tại địa phương. Phương pháp này được áp dụng cho hầu hết các phép đo đường ống và thiết bị tại công trường.

· Áp suất tuyệt đối: Được quy chiếu đến chân không tuyệt đối. Áp suất tuyệt đối = áp suất đo + áp suất khí quyển tại chỗ. Các bộ truyền áp suất tuyệt đối được sử dụng cho chân không, các quá trình chưng cất, hệ thống chân không và tính toán quá trình khí.

· Áp suất chênh lệch: $\boldsymbol{\Delta P=P1-P2}$. Nó đo sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm. Nó được sử dụng để phát hiện tắc nghẽn bộ lọc và đo lưu lượng qua tấm chắn lỗ.

5. Các bước ưu tiên khắc phục sự cố khi hiển thị áp suất không chính xác

Kết quả đo bất thường không phải lúc nào cũng có nghĩa là bản thân bộ phát bị hỏng. Hãy khắc phục sự cố từ bên ngoài vào bên trong theo thứ tự sau:

1. Van áp suất và đường ống xungSự tích tụ khí trong các ống dẫn xung đối với chất lỏng, các van bị tắc đối với môi chất chứa tạp chất và việc đóng/mở các van chính không chính xác đều dẫn đến sự méo mó tín hiệu. Kiểm tra các van, khí bị kẹt trong đường ống dẫn xung và tình trạng của van.

2. Sự can thiệp nhiệt độNhiệt lượng truyền từ môi trường có nhiệt độ cao đến thiết bị làm thay đổi đặc tính của các phần tử cảm biến và gây ra hiện tượng trôi điểm 0. Các ứng dụng ở nhiệt độ cao yêu cầu các vòng tuần hoàn hút chân không, bình chứa nước ngưng tụ và các biện pháp cách nhiệt để phù hợp với nhiệt độ môi trường cho phép của thiết bị.

3. Biến động áp suất thực tế của quá trìnhHiện tượng dao động áp suất vốn có tại các cửa ra của bơm, cửa ra của máy nén và phía hạ lưu của van, gây ra sự dao động trong tín hiệu đầu ra của bộ truyền tín hiệu. Cần phải phân biệt giữa dao động thực tế của quá trình với hư hỏng do va đập gây ra cho thiết bị.

4. So khớp phạm viKhoảng dao động quá lớn, ví dụ như bộ truyền tín hiệu 0-10 MPa được sử dụng cho áp suất hoạt động thực tế chỉ 0,3 MPa, sẽ hạn chế hiệu suất đo trong phần áp suất thấp. Khoảng dao động được chọn phải phù hợp với khoảng đo thực tế của quy trình.

6. Các điểm quan trọng cần lưu ý khi lựa chọn cảm biến áp suất

Ngoài phạm vi đo, hãy đánh giá toàn diện các điều kiện sau:

1. Phạm vi đo: Bao gồm áp suất hoạt động bình thường, áp suất khởi động và áp suất tăng đột biến;

2. Mức độ chính xác: Kiểm tra định nghĩa về độ chính xác từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất;

3. Khả năng chịu áp suất quá tải: Chịu được sự tăng áp đột ngột;

4. Vật liệu tiếp xúc với chất lỏng: Vật liệu màng ngăn tương thích với môi trường ăn mòn;

5. Điều kiện vận hành: Chống cháy nổ, chịu được nhiệt độ cao, độ ẩm và các yêu cầu môi trường khác.

7. Tóm tắt

Chuỗi tín hiệu hoàn chỉnh của một bộ truyền áp suất thông minh: Áp suất trung bình làm biến dạng màng ngăn → cảm biến thu nhận những biến đổi nhỏ → mạch điện thực hiện tính toán và chuyển đổi → tín hiệu 420mA được tải lên hệ thống điều khiển → giá trị áp suất được hiển thị trong phòng điều khiển.

Việc khắc phục sự cố tại chỗ không chỉ nên tập trung vào thân máy phát áp suất. Các điểm lấy mẫu áp suất, đường ống dẫn xung, việc lắp đặt, cài đặt thông số và cáp tín hiệu đều là một phần của hệ thống đo áp suất hoàn chỉnh. Là nhà sản xuất thiết bị đo áp suất, Auto Instrument cung cấp các máy phát áp suất tuyệt đối, máy phát áp suất hơi nước, máy phát áp suất nhiệt độ cao và máy phát áp suất điện dung cho nhiều điều kiện quy trình khác nhau. Việc đánh giá đúng đắn các yêu cầu về môi chất, nhiệt độ và khả năng chống cháy nổ trong quá trình lựa chọn sẽ giúp giảm đáng kể các sự cố bảo trì trong quá trình vận hành sau này. Nắm vững nguyên lý hoạt động sẽ giúp đơn giản hóa việc lựa chọn, lắp đặt và xử lý sự cố máy phát áp suất.