MỤC LỤC
Đồng hồ đo áp suất là một thiết bị đo cường độ chất lỏng. Đồng hồ đo áp suất là cần thiết để thiết lập và điều chỉnh năng lượng chất lỏng và không thể thiếu trong việc khắc phục sự cố. Nếu không có đồng hồ đo áp suất, hệ thống năng lượng chất lỏng sẽ không thể đoán trước và không đáng tin cậy. Đồng hồ đo giúp đảm bảo không có rò rỉ hoặc thay đổi áp suất có thể ảnh hưởng đến tình trạng hoạt động của hệ thống thủy lực.
Đồng hồ đo áp suất thuỷ lực theo dõi áp suất chất lỏng trong các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như ô tô, hàng không vũ trụ, y tế và công nghiệp sản xuất. Việc đo áp suất trong hệ thống là rất quan trọng để đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm và là biện pháp an toàn để nhận biết rò rỉ hoặc áp suất xây dựng trong hệ thống. Trước khi chỉ định một đồng hồ đo áp suất, điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc cơ bản của áp suất. Bài viết này đề cập đến cách thức hoạt động của đồng hồ đo áp suất và cách chọn đồng hồ đo áp suất cho một ứng dụng.
Hình 1: Đồng hồ đo áp suất thuỷ lực
Đồng hồ đo áp suất đã được sử dụng hơn một trăm năm và không ngừng phát triển để phù hợp với nhu cầu của các ứng dụng mới. Việc triển khai và sử dụng đồng hồ đo áp suất đã khiến chúng trở nên cần thiết khi ngày càng có nhiều hệ thống áp suất hoạt động.
Áp suất là lượng lực tác dụng vuông góc với một bề mặt trên một đơn vị diện tích. Trong chất lỏng hoặc chất khí tù đọng, đây là lực tác dụng lên thành bình chứa tại một điểm nhất định.
Hình 2: Áp suất tĩnh so với áp suất tổng; Áp suất tĩnh (A&B), áp suất động (C) và áp suất tổng/đình trệ (D & E)
Áp suất tĩnh (Hình 2 ký hiệu A) đều theo mọi hướng. Tuy nhiên, chất lỏng chuyển động tạo ra áp suất bổ sung theo hướng dòng chảy trong khi có tác động không đáng kể lên các bề mặt song song với hướng dòng chảy, như thể hiện trong Hình 2. Áp suất bổ sung này được gọi là áp suất động (Hình 2 có ký hiệu C). Áp suất tổng của một dòng chảy (còn gọi là áp suất đình trệ) là tổng của áp suất tĩnh và động trong dòng chảy đó (Hình 2 ký hiệu D).
Một dụng cụ đo tổng áp suất của dòng chảy nếu nó hướng về phía dòng chảy. Các thiết bị được thảo luận trong các phần sau được thiết kế để đo áp suất tĩnh trong một hệ thống. Áp suất thường được đo ở ba dạng: áp suất tuyệt đối, đo và chênh lệch.
Nhiều kỹ thuật đã được phát triển để đo áp suất trong một hệ thống, và trong số các kỹ thuật này, máy đo aneroid, còn được gọi là máy đo cơ học, là công nghệ được áp dụng rộng rãi nhất.
Đồng hồ đo aneroid đo áp suất bằng cách sử dụng phần tử phản ứng áp suất kim loại. Phần tử này có các dạng khác nhau, nhưng nguyên tắc hoạt động chính của nó vẫn giống nhau: uốn dẻo đàn hồi dưới ứng dụng chênh lệch áp suất. Biến dạng của phần tử này sau đó có thể được đo và chuyển đổi thành chuyển động quay của một con trỏ trên màn hình tỷ lệ tương tự. Ba loại đồng hồ đo áp suất aneroid chính là ống bourdon, màng ngăn và phần tử viên nang. Đồng hồ đo kỹ thuật số, so với đồng hồ analog, có độ chính xác cao hơn.
Hệ thống thủy lực được thiết kế để hoạt động trong một dải áp suất đã đặt, vì vậy đồng hồ đo phải được đánh giá cho dải đó. Đồng hồ đo áp suất thủy lực có sẵn để đo tới 10.000 psi, mặc dù áp suất thủy lực tối đa thường nằm trong khoảng 3.000 đến 5.000 psi. Đồng hồ đo thủy lực thường được lắp đặt tại hoặc gần cổng áp suất của máy bơm để chỉ báo áp suất hệ thống, nhưng có thể được lắp đặt ở bất kỳ đâu trên máy nơi cần theo dõi áp suất—đặc biệt nếu các mạch phụ hoạt động ở tốc độ áp suất khác với áp suất bơm, chẳng hạn như sau một van giảm. Thông thường, các van giảm áp có một cổng đo để chạm vào, cho phép bạn theo dõi trực tiếp cài đặt áp suất xuôi dòng của nó.
Xem thêm:
Xi lanh thuỷ lực là gì?,
bơm thuỷ lực yuken
Các biến thể của đồng hồ đo áp suất phụ thuộc vào nơi sử dụng đồng hồ đo, với các kích cỡ, kiểu dáng và vật liệu khác nhau được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Có một số cách phân loại và xác định đồng hồ đo áp suất, bao gồm cách sử dụng, phương tiện và phương pháp được sử dụng để đo áp suất.
Áp suất được xác định bởi lực vuông góc được áp dụng trên một đơn vị diện tích bề mặt, một phép tính được xác định thông qua việc sử dụng các kỹ thuật và phương pháp khác nhau. Phép đo áp suất chính xác phụ thuộc vào tham chiếu mà chỉ số áp suất được đo. Đồng hồ đo áp suất được chia thành thủy tĩnh và cơ học.
Áp suất thủy tĩnh: Áp suất thủy tĩnh được tạo ra bởi trọng lượng của chất lỏng trên điểm đo khi chất lỏng đứng yên. Chiều cao của chất lỏng ảnh hưởng đến áp suất thủy tĩnh. Tính chất thủy tĩnh của chất lỏng không phải là hằng số và bị ảnh hưởng bởi mật độ chất lỏng và trọng lực, (cả hai đều xác định áp suất thủy tĩnh).
Áp suất cơ học: Áp suất cơ học được đo bằng ống thổi, màng ngăn hoặc ống Bourdon chuyển đổi áp suất chất lỏng thành lực.
Khi thảo luận về áp suất, điều quan trọng là phải hiểu một số động lực học khác của áp suất, đó là tuyệt đối, đo, chênh lệch và khí quyển. Mọi người đều quen thuộc với áp suất khí quyển; nó được thảo luận như một phần của báo cáo thời tiết, nó là áp suất của không khí xung quanh chúng ta. Áp suất tuyệt đối, chênh lệch và đo là các phương pháp đo áp suất.
- Áp suất tuyệt đối: Áp suất tuyệt đối là khi áp suất được đo so với chân không.
- Áp suất đo: Áp suất đo là áp suất so với áp suất khí quyển. Dạng áp suất này dương khi nó ở trên áp suất khí quyển và âm khi nó ở dưới áp suất khí quyển.
- Áp suất chênh lệch: Đo áp suất chênh lệch là đo sự khác biệt giữa hai loại áp suất được áp dụng. Hình thức đo áp suất này không có tham chiếu nhưng đo hai áp suất được áp dụng.
Hình 3: các loại đồng ho đo áp suất thủy lực
Phân loại đồng hồ đo áp suất đã trở nên khó khăn hơn với sự ra đời của các thiết bị và đầu dò điện tử. Về mặt lịch sử, đồng hồ đo áp suất là thiết bị cơ học có thang đo tương tự. Ngày nay chúng ta có đồng hồ đo áp suất với bộ chuyển đổi cảm biến áp suất vận hành các chỉ số kỹ thuật số điện tử.
Có nhiều loại đồng hồ đo áp suất cơ học. Ba trong số các loại phổ biến nhất là:
1. Đồng hồ đo áp suất ống Bourdon
2. Đồng hồ đo áp suất kiểu màng
3. Diaphragm
Hình 4: các loại đồng hồ cơ đo áp suất cơ học
1. Đồng hồ đo áp suất ống Bourdon
Ống bourdon là một ống kín có thành mỏng dẹt được tạo thành hình chữ C hoặc hình xoắn ốc, như thể hiện trong Hình 5. Khi áp suất chất lỏng tác dụng vào bên trong ống, mặt cắt ngang hình bầu dục trở nên tròn hơn và làm thẳng ống. Ống lấy lại hình dạng của nó khi áp suất chất lỏng biến mất. Sự thay đổi hình dạng của ống này tạo ra mô hình chuyển động ở đầu tự do của ống, mô hình này được chuyển thành chuyển động quay của con trỏ với các liên kết và bánh răng.
Một ống bourdon đo áp suất đo (so với áp suất khí quyển). Ống bourdon là loại đồng hồ đo áp suất được sử dụng phổ biến nhất vì độ nhạy, tuyến tính và độ chính xác tuyệt vời của nó. Đồng hồ đo ống Bourdon có nhiều kiểu dáng và đặc điểm khác nhau để phục vụ các ứng dụng khác nhau. Phạm vi áp suất của đồng hồ đo ống bourdon thay đổi từ 0 - 0,6 bar (0 - 8,7 psi) đến 0 - 1600 bar (0 - 23206 psi) với cấp chính xác (được thảo luận sau trong bài viết này) thường từ 0,1 đến 4,0. Chúng thường được làm bằng thép không gỉ, đồng thau hoặc monel (hợp kim niken). Đồng hồ đo áp suất ống bourdon là loại phổ biến nhất và được sử dụng trong nhiều ứng dụng để đo áp suất từ trung bình đến cao. Các ngành công nghiệp hóa chất, HVAC, ô tô và hàng không vũ trụ sử dụng đồng hồ đo ống bourdon để đo áp suất.
Hình 5: Ống Bourdon (trái), sơ đồ hoạt động của ống Bourdon thể hiện áp suất tác dụng (A) và lực phát triển (B) (giữa) và mặt số (phải)
2. Đồng hồ đo áp suất kiểu màng
Đồng hồ đo áp suất màng sử dụng độ lệch của màng mềm ngăn cách hai môi trường, như trong Hình 6. Một mặt của màng có thể tiếp xúc với khí quyển (áp suất của đồng hồ đo được đo trong trường hợp này) hoặc nó có thể được niêm phong chống lại chân không (trong trường hợp đó có thể đo được áp suất tuyệt đối). Màng thường là kim loại hoặc gốm, có thể được kẹp giữa hai mặt bích hoặc hàn. Khi áp suất tăng lên, nó sẽ uốn cong màng ngăn, có thể biến điều này thành phép đo quay số thông qua các bánh răng và liên kết. Đọc bài viết của chúng tôi về đồng hồ đo áp suất màng để biết thêm chi tiết về nguyên lý làm việc và tiêu chí lựa chọn của thiết bị. Đồng hồ đo áp suất màng phù hợp với khí ăn mòn, chất lỏng hoặc môi trường có độ nhớt cao. Máy đo được sử dụng rộng rãi trong hóa chất/hóa dầu, nhà máy điện, khai thác mỏ, trên và ngoài khơi, và các ngành công nghệ môi trường. Đồng hồ đo áp suất kiểu màng đo áp suất trong khoảng 0 - 2,5 mbar (0 - 0,036 psi) và 0 - 25 bar (362,5 psi), với cấp chính xác thường từ 0,6 đến 2,5.
Hình 6: Bên trái: Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo áp suất màng: liên kết (A), màng ngăn (B), con trỏ (C), & đầu vào áp suất (D) Bên phải: Đồng hồ đo áp suất dạng màng
Đồng hồ đo áp suất màng đã được nhiều ngành công nghiệp sử dụng thành công cho cả ứng dụng đo áp suất tuyệt đối và chênh lệch. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết cao. Nó cũng thích hợp cho các ngành công nghiệp xử lý chất lỏng ăn mòn. Các ngành công nghiệp như thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, hóa dầu và khai thác sử dụng đồng hồ đo áp suất kiểu màng.
3. Đồng hồ đo áp suất kiểu viên nang
Đồng hồ đo áp suất phần tử viên nang đo không khí và khí khô ở áp suất thấp. Máy đo bao gồm hai màng hình tròn được nối dọc theo mép ngoài của chúng, như thể hiện trong Hình 7. Một trong các màng có một lỗ ở giữa để phương tiện đi vào. Sự giãn nở hoặc co lại của buồng do chênh lệch áp suất giữa môi trường bên ngoài và bên trong cho phép đo áp suất. Đồng hồ đo áp suất ống thổi hoạt động tương tự.
Đồng hồ đo áp suất phần tử viên nang hầu như chỉ được sử dụng để đo áp suất chính xác trong môi trường khí. Chúng phổ biến nhất trong các hệ thống khí nén áp suất thấp, van thở, giám sát quá áp, giám sát bộ lọc và bơm chân không. Phạm vi mà hầu hết các máy đo này đo thường là từ 0,1 - 0,6mbar (0,001 - 0,009 psi) với cấp chính xác thường từ 0,1 đến 2,5. Đồng hồ đo áp suất phần tử viên nang được sử dụng để đo áp suất dương/âm thấp trong môi trường khí. Mặc dù đồng hồ đo áp suất phần tử viên nang thường cần rất ít bảo trì, nhưng có thể có vấn đề trong quá trình thực hiện. Đọc bài viết của chúng tôi về khắc phục sự cố đồng hồ đo áp suất để biết thêm thông tin về cách khắc phục những sự cố này.
Hình 7: Đồng hồ đo áp suất phần tử capsule (trái) với buồng áp suất (A), phần tử capsule (B), thân với đầu nối áp suất (C), đầu vào áp suất (D), mặt số (E), cửa sổ (F), chuyển động (G), và con trỏ (H) và đồng hồ đo áp suất phần tử viên nang (phải)
Các phụ kiện khác nhau có thể được sử dụng với đồng hồ đo áp suất. Những cái phổ biến đó là:
- Miếng đệm: Những thứ này đảm bảo một con dấu phù hợp.
Flat: Phớt phẳng và không cho phép quay thêm phần đọc của đồng hồ đo áp suất.
Profile: Con dấu có một hồ sơ với nó và cho phép xoay 1/2 hoặc toàn bộ số đọc của đồng hồ đo áp suất để đảm bảo hướng lắp đặt phù hợp. Con dấu hồ sơ có thể là trung tâm bên ngoài hoặc bên trong.
- Mũ an toàn: Một nắp cao su để đi qua đồng hồ đo áp suất để tăng độ bền và giảm xóc.
- Bộ giảm tốc: Nếu đầu vào của đồng hồ đo áp suất và kích thước kết nối đầu ra khác nhau, có thể sử dụng bộ giảm tốc. Nó cũng có thể hữu ích nếu loại kết nối khác nhau trên cả hai (tức là BSPP và NPT).
- Đầu nối đẩy: Đầu nối đẩy cho phép lắp hoặc tháo ống mềm vào đồng hồ đo áp suất một cách nhanh chóng và dễ dàng.
- Bộ phận chặn: Bộ phận chặn áp suất làm giảm tác động của các xung và xung áp suất, cho phép đồng hồ đo áp suất có thể đọc được và kéo dài tuổi thọ của nó.