HIỆU CHUẨN ÁP KẾ - CHÂN KHÔNG KẾ - CHÊNH ÁP KẾ

áp suất,áp suất chân không và chênh áp là gì?

- Áp suất là lực do một môi chất, thường là chất lỏng, tác dụng lên một đơn vị diện tích. Các thiết bị đo thường đăng ký chênh lệch áp suất - áp suất đo. Áp suất cũng được định nghĩa là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích. Lực có thể được tác dụng bởi chất lỏng, chất khí và chất rắn.

Áp suất ( P ) = Lực ( F) / Diện tích ( A )

- Áp suất có thể được đo bằng khí quyển, bar hoặc theo chiều cao của cột chất lỏng. Áp suất khí quyển tiêu chuẩn thường được gọi là 760 mmHg. Mức khí quyển tiêu chuẩn luôn được đo ở mực nước biển. Cần lưu ý rằng áp suất khí quyển giảm khi độ cao tăng lên. Các đơn vị của áp suất thường phụ thuộc vào bối cảnh mà áp suất được đo.

- Đo áp suất trở thành một khía cạnh quan trọng do những lý do sau:
1. Nó là đại lượng mô tả một hệ thống.
2. Nó luôn luôn là một tham số quy trình quan trọng.
3. Nhiều khi, chênh lệch áp suất được sử dụng như một phương tiện đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng.
4. Từ áp suất thấp nhất đến cao nhất thường gặp trong thực tế, mức độ áp suất có phạm vi gần 18 bậc độ lớn.

- Áp suất chân không được hiểu là giá trị đạt khi số lượng vật chất còn lại trong một khoảng không gian nhất định. Lúc này giá trị áp suất tỉ lệ nghịch với số lượng và độ phân bổ vật chất có trong đó. Nghĩa là khi áp suất chân không đạt giá trị càng cao thì lượng vật tồn tại chất trong môi trường càng ít đi và ngược lại.

- Chênh áp là sự khác biệt về độ chênh lệch của áp suất giữa 2 điểm khác nhau. Nó là hiệu giữa áp suất của 2 điểm. Ví dụ: điểm A có áp suất là 100Pa và điểm B có áp suất là 70Pa thì độ chênh áp giữa hai điểm A và B là 100 – 70 = 30Pa.

đo áp suất

- Bốn thang đo cơ bản được sử dụng trong đo áp suất:

1. Đồng hồ đo áp suất đo cao hơn áp suất khí quyển.

2. Áp suất tuyệt đối toàn phần là áp suất tổng được đo từ áp suất không làm điểm chuẩn.
Khi áp suất tuyệt đối vượt quá áp suất khí quyển cục bộ, nó có thể được coi là tổng của áp suất máy đo và áp suất khí quyển cục bộ. Tổng áp suất là tổng của áp suất khí quyển và áp suất đồng hồ.
Tổng áp suất tuyệt đối = Áp suất khí quyển + Áp suất đo

3. Chênh lệch áp suất là sự chênh lệch áp suất đo được giữa hai điểm.

4. Khi áp suất cần đo nhỏ hơn áp suất khí quyển cục bộ thì được gọi là áp suất chân không. Nói cách khác, khi áp suất của máy đo là âm, nó được gọi là chân không.
Chân không được xác định theo quan hệ sau:
Chân không = Áp suất khí quyển - Áp suất tuyệt đối

5. Áp suất tuyệt đối được đo trên tổng chân không hoặc không tuyệt đối. Không tuyệt đối đại diện cho sự thiếu hụt hoàn toàn áp suất.

- Mối quan hệ giữa áp suất tuyệt đối, áp kế và khí áp được biểu diễn ở hình bên dưới:                                                                                                                                   

Hình 1: Áp suất tuyệt đối, đồng hồ đo và khí áp

- Sau đây là các đơn vị và hệ số chuyển đổi thường được sử dụng:
1. 1 Pa = 1 N/m2
2. 1 atm = 760 mmHg = 1.013 × 105 Pa
3. 1 mmHg = 1 Torr
4. 1 Torr = 1.316 × 10-3 atm = 133.3 Pa
5. 1 bar = 105 Pa

phương pháp đo áp suất

Các phép đo áp suất có thể được nhóm thành hai loại chính: áp suất tĩnh và áp suất động.

- Áp suất tĩnh, như tên của nó, là áp suất do chất lỏng tạo ra khi nó ở trạng thái cân bằng; Áp suất tác dụng tại một điểm là như nhau theo mọi hướng và không phụ thuộc vào hướng.
- Để đo áp suất động (thay đổi nhanh chóng), các phương pháp được sử dụng để đo áp suất tĩnh không phù hợp (ví dụ, áp suất trong xi lanh của động cơ đốt trong). Trong những trường hợp như vậy, đầu dò áp suất được sử dụng để chuyển đổi áp suất thành tín hiệu có thể ghi lại được.

Đo áp suất tĩnh

- Áp suất tĩnh tại bất kỳ điểm nào trong chất lỏng là áp suất tạo ra bởi độ cao của chất lỏng trên điểm đó, khi chất lỏng ở trạng thái tĩnh. Nếu có bất kỳ nỗ lực nào được thực hiện để khôi phục trạng thái cân bằng do sự tồn tại của các thành phần áp suất trong một cơ thể liên tục, chất lỏng sẽ chảy từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp hơn. Trong những trường hợp như vậy, tổng áp suất phụ thuộc vào hướng.

- Hãy xem xét một đường ống chứa đầy chất lỏng đang chuyển động. Bằng cách gắn một thiết bị đo áp suất thích hợp tại chỗ có nấc điều chỉnh trong thành ống, áp suất tĩnh tại vòi có thể được xác định. Chúng ta biết rằng trong một chất lỏng đang chảy, tồn tại một số thành phần của áp suất. Áp suất trong ống dẫn khí có thể được xác định bằng cách sử dụng một ống hoặc đầu dò và kết quả của phép đo như vậy phụ thuộc vào hướng của ống hoặc đầu dò.

- Hình 2 cho thấy sự sắp xếp của các đầu dò áp suất ở hai hướng khác nhau. Hai đầu dò áp suất P1 và P2 này được đặt sao cho các lỗ hở của chúng nhận được tác động của dòng chảy. Kết quả của các phép đo khác nhau. Đầu dò áp suất P1 đo thành phần tĩnh của áp suất, trong khi đầu dò áp suất P2 cho áp suất ngưng trệ. Ở đây có thể đề cập rằng áp suất tĩnh là áp suất được cảm nhận khi chuyển động cùng với dòng, và áp suất thu được nếu dòng được đưa vào trạng thái nghỉ có thể được gọi là áp suất tổng. Sự khác biệt giữa áp suất ngưng trệ và áp suất tĩnh được gọi là áp suất động hoặc áp suất vận tốc.

Hình 2: Áp suất tĩnh và áp suất trì trệ

- Điều quan trọng là phải biết các thiết bị phổ biến khác nhau được sử dụng để đo áp suất tĩnh tùy thuộc vào loại áp suất tĩnh nào đang được xem xét. Điều quan trọng không kém là biết phạm vi đo áp suất, ngoài việc chọn một dụng cụ thích hợp để đo. Bảng 1 đưa ra các chi tiết về thiết bị đo và phạm vi áp suất được đo.

- Áp suất thường được đo bằng cách biến đổi ảnh hưởng của nó thành độ lệch bằng cách sử dụng các loại đầu dò sau:
1. Loại trọng lực:
   (a) Cột chất lỏng
   (b) Pít tông hoặc màng chắn lỏng lẻo và trọng lượng
2. Loại đàn hồi tác động trực tiếp:
   (a) Ống nạp không đối xứng
   (b) Ống nạp đối xứng
   (c) Màng đàn hồi
   (d) Ống thổi
   (e) Nén hàng loạt
   (f) Các loại đàn hồi tác động gián tiếp
3. Piston với bộ phận hạn chế đàn hồi

PHÂN LOẠI thiết bị đo áp suất

Các dụng cụ / thiết bị khác nhau được sử dụng để đo áp suất có thể được phân loại là sau:
1. Áp kế kiểu trọng lực

2. Áp kế kiểu dịch chuyển cơ khí: 

(a) Kiểu vòng	(b) Kiểu chuông

 3. Bộ chuyển đổi áp suất đàn hồi: 

(a) Đồng hồ đo áp suất dạng ống Bourdon	(c) Đồng hồ đo dưới

(b) Đồng hồ đo kiểu màng ngăn

4. Bộ chuyển đổi áp suất điện:    

(a) Bộ chuyển đổi áp suất kiểu điện trở	(b) Thiết bị chiết áp

   (c) Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng: Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) là một loại biến áp cảm ứng hoạt động trên nguyên tắc điện cảm lẫn nhau. Nó biến đổi một dịch chuyển cơ học thành một tín hiệu điện. Lõi từ được kết nối với một bộ chuyển đổi áp suất đàn hồi giống như một ống Bourdon. Ống Bourdon cảm nhận được áp lực tác dụng và chuyển nó thành độ dịch chuyển, từ đó chuyển động lõi của LVDT.        

(d) Bộ chuyển đổi kiểu điện dung	(e) Bộ chuyển đổi áp suất điện áp	(f) Đồng hồ đo Bridgman

5. Đồng hồ đo áp suất chân không: 

(a) Đồng hồ đo McLeod	(b) Pirani hoặc đồng hồ đo độ dẫn nhiệt

c) Đồng hồ đo ion hóa	(d) Đồng hồ đo Knudsen

6. Chỉ báo động cơ (cho các phép đo áp suất khác nhau)

a) Đo áp suất xi lanh	b) Đồng hồ đo áp suất dead-weight

Hiệu chuẩn áp suất

   Chính vì chúng xuất hiện rất nhiều trong các lĩnh vực đo lường trong sản xuất, chế tạo,…đòi hỏi sự đảm bảo chính xác nhằm đưa ra những kết quả đo tin cậy. Việc hiệu chuẩn định kỳ ngoài việc đảm bảo sự ổn định chính xác, mà còn giúp phát hiện các thiết bị lỗi, hư hỏng để tránh ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất.

quy trình hiệu chuẩn

Lưu ý: Đây là quy trình theo chuẩn chung, quy trình cụ thể trên thực tế sẽ có những điểm khác biệt nhất định, phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng.
Nguồn: DLVN 288 :2016

1. Chuẩn được sử dụng

2. Điều kiện môi trường 

Khi tiến hành hiệu chuẩn phải đảm bảo các điều kiện sau đây:
- Nhiệt độ hiệu chuẩn (18 - 28) °C, nhiệt độ không được thay đổi quá 2 °C/h
- Độ ẩm ≤ 80 % RH
- Phòng hiệu chuẩn phải thoáng khí , không có bụi, các chất ăn mòn, không bị đốt nóng từ một phía và không có rung động
- Kiểm soát cửa ra vào và các thao tác chuyển động, giữ cho áp suất không khí ổn định và không tạo ra các luồng không khí gây ảnh hưởng tới kết quả đo
- Không để ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào UUT.

3. Chuẩn bị hiệu chuẩn

   a) Yêu cầu chung 

Trước khi tiến hành hiệu chuẩn phải thực hiện các công việc chuẩn bị sau đây:
- Đặt chuẩn đo lường và thiết bị được hiệu chuẩn ở cùng một điều kiện môi trường ít nhất 6 giờ trước khi tiến hành hiệu chuẩn.
- Kiểm tra tình trạng sẵn sàng hoạt động của chuẩn, các phương tiện đo sử dụng với chuẩn và các phương tiện phụ đáp ứng theo yêu cầu trong bảng trên (tham khảo tài liệu hướng dãn vận hành của nhà sản suất hoặc quy định hướng dẫn sử dụng).
- Tham khảo quy định của nhà sản suất về cách thức ghép nối và yêu cầu khởi động của thiết bị được hiệu chuẩn.
- Phòng hiệu chuẩn phải thoáng khí , không có bụi, các chất ăn mòn, không bị đốt nóng từ một phía và không có rung động;
- Tham khảo quy định của nhà sản suất về cách thức ghép nối và yêu cầu khởi động của thiết bị được hiệu chuẩn.
- Phòng hiệu chuẩn phải thoáng khí , không có bụi, các chất ăn mòn, không bị đốt nóng từ một phía và không có rung động;
- Không để ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào thiết bị hiệu chuẩn.

   b) Yêu cầu lắp đặt 

- Lắp thiết bị được hiệu chuẩn theo phương làm việc quy định, độ lệch cho phép khi lắp đặt là 5° (đối với các thiết bị được hiệu chuẩn là áp kế chuẩn kiểu chất lỏng độ lệch cho phép là 1°).
- Khi lắp thiết bị được hiệu chuẩn và chuẩn vào vị trí làm việc chú ý lắp ráp sao cho cùng nằm trên một độ cao. Chú ý: Nếu có chênh lệch chiều cao cột chất lỏng thì phải tính bù áp suất theo công thức: P = ρgh

   c) Sơ đồ lắp đặt

*** Đối với trường hợp đo áp suất dư, môi trường truyền áp suất là khí, sơ đồ lắp đặt như hình 26:

- Nguồn khí được sử dụng phải sạch và khô.
- Hệ thống van điều áp phù hợp với phạm vi đo của UUT (nếu có ).
- Sử dụng van điều áp để tạo áp suất đến gần áp suất cần đo, sau đó sử dụng bộ phận điều chỉnh để tinh chỉnh áp suất.

*** Đối với trường hợp đo áp suất tuyệt đối, môi trường truyền áp suất là khí, sơ đồ lắp đặt như hình 27:

-Có thể sử dụng bộ lọc khí và van cách ly trong hệ thống.
-Trong trường hợp giá trị áp suất tuyệt đối cần đo gấp 10 lần so với giá trị áp suất khí quyển, cho phép sử dụng kết hợp chuẩn đo lường đo áp suất dư và thiết bị đo áp suất khí quyển để tham chiếu. Khi đó giá trị của áp suất tuyệt đối đo được bằng tổng của giá trị áp suất dư và giá trị áp suất khí quyển.

*** Đối với trường hợp đo áp suất chênh áp, môi trường truyền áp suất là khí, sơ đồ lắp đặt như hình 28:

-    Sử dụng van điều áp và bộ phận điều chỉnh để tạo áp suất đến giá trị áp suất nền. Trong thời gian đó các van cân bằng áp suất phải được mở.
-    Đóng van cân bằng áp suất. Áp suất chênh áp cần đo được tạo bằng một bộ phận điều chỉnh áp suất.
-    Có thể sử dụng hai chuẩn đo lường đo áp suất dư hoặc các loại chuẩn đo lường đo áp suất chênh áp để tiến hành hiệu chuẩn.
-    Sử dụng một bơm hút chân không lắp đặt phía trước van điều áp để  tạo các điểm áp suất nền nhỏ hơn áp suất khí quyển.

*** Đối với môi trường truyền áp suất là chất lỏng.

-    Cách thức lắp đặt về cơ bản giống như đối với trường hợp môi trường truyền áp suất là khí (như trong các hình 26, 27, 28).
-    Các van điều áp được thay thế bằng van xả và kết nối với bình chất lỏng
-    Các nguồn tạo áp suất khí được thay thế bởi các thiết bị tạo áp sử dụng môi trường truyền là chất lỏng (theo khuyến cáo của nhà sản xuất).
-    Có thể sử dụng bình phân ly khi môi trường truyền áp suất của chuẩn đo lường và PT khác nhau.
-    Làm sạch các chất lỏng khác trong UUT và loại bỏ các bọt khí ra khỏi hệ thống tạo áp.

tiến hành hiệu chuẩn

1. Kiểm tra bên ngoài 

Phải kiểm tra bên ngoài theo các yêu cầu sau đây:
-    UUT phải ở tình trạng hoạt động bình thường, có đầy đủ chi tiết, không bị ăn mòn, rạn nứt, han gỉ, ren đầu nối và các chi tiết khác không bị hỏng.
-    Mặt kính hoặc màn hình chỉ thị không có vết nứt, bọt, bẩn, mốc và không có các khuyết tật khác cản trở việc đọc số chỉ.
-    Trên UUT cần có các thông tin sau đây:
+    Phạm vi đo áp suất;
+    Phạm vi đo của tín hiệu điện đầu ra;
+    Số sản xuất;
+    Độ chính xác;
+    Môi trường truyền áp suất;
+    Điện áp làm việc.

Chú ý:
- Trường hợp trên UUT không ghi khắc các thông tin trên thì có thể tra cứu các tài liệu kỹ thuật hoặc yêu cầu thông tin từ cơ sở sử dụng.
- Việc hiệu chỉnh hoặc thay đổi thông số được thực hiện khi sử dụng.
- Đối với UUT có lớn hơn 1 cơ cấu chỉ thị, hiệu chuẩn viên cần xác định rõ yêu cầu hiệu chuẩn cơ cấu chỉ thị nào với cơ sở sử dụng.

2. Kiểm tra kỹ thuật 

Phải kiểm tra kỹ thuật theo các yêu cầu sau đây: 
-    Giá trị độ chia nhỏ nhất hoặc bước nhảy số hiển thị cuối cùng của UUT phải phù hợp với độ chính xác và tuân theo dãy sau: 1.10n  2.10n  5.10n
Trong đó: n  là một số nguyên dương, nguyên âm hoặc bằng 0.
-    UUT phải hiển thị đầy đủ rõ ràng, giá trị chỉ thị phải thay đổi đều khi có sự biến thiên áp suất.
-    Đối với các UUT đo áp suất tương đối, khi chưa có áp suất tác động thiết bị phải hiển thị ở điểm “0”, ngược lại phải điều chỉnh để thiết bị chỉ thị đúng.
-    Dùng giá trị chỉ thị trên chuẩn để làm căn cứ so sánh với UUT khi thực hiện việc hiệu chuẩn.
-    Đối với các UUT là áp kế chuẩn kiểu chỉ thị tương tự, khi đọc số liệu cần phải gõ nhẹ vào thành của áp kế để làm nhỏ ảnh hưởng của lực ma sát rồi mới đọc giá trị ở mỗi điểm đo.
-    Đối với các UUT là áp kế chuẩn kiểu chỉ thị số, chỉ đọc giá trị ở mỗi điểm đo khi áp suất ở trạng thái ổn định, giá trị chỉ thị thay đổi không quá ½ sai số cho phép
-    Đối với các trường hợp UUT là áp kế chuẩn kiểu thủy ngân và kiểu ống nghiêng phải sử dụng môi trường áp suất truyền là khí.

3. Kiểm tra đo lường 

UUT được kiểm tra đo lường theo trình tự nội dung, phương pháp và yêu cầu sau đây:

3.1 Chuẩn bị kiểm tra đo lường

-    Trong trường hợp UUT là các áp kế chỉ thị số phải cấp điện để sấy theo đúng thời gian do nhà sản xuất hoặc cơ sở sử dụng yêu cầu (thời gian cấp điện tối thiểu là 30 phút).
-    Tăng áp suất đến 0 %; 50 %; 100 % giới hạn đo trên để kiểm tra sai số của UUT. Nếu có sai lệch vượt quá sai số cho phép thì phải tiến hành hiệu chỉnh UUT cho phù hợp (nếu UUT có chức năng này).
-    Khi áp suất ở giới hạn đo trên/dưới của UUT, khoá van lại và duy trì trạng thái này trong  thời gian 15 phút, sau đó sử dụng đồng hồ bấm giây kiểm tra sự rò rỉ áp suất trong hệ thống trong vòng 5 phút. Nếu đạt yêu cầu quy định thì phép hiệu chuẩn mới được tiến hành. Tiếp theo mở van ra từ từ để áp suất trở về trạng thái ban đầu.
-    Thực hiện thao tác khởi động trước khi đo để UUT hoạt động ổn định trong quá trình hiệu chuẩn. Tăng áp suất đến giới hạn đo trên và giảm áp suất đến giới hạn đo dưới (số lần tăng/giảm áp suất được quy định trong bảng 3). Thời gian duy trì áp suất tại giới hạn đo trên và giới hạn đo dưới lớn hơn 30 giây.

3.2 Lựa chọn chi trình hiệu chuẩn

Căn cứ vào độ chính xác của UUT có thể lựa chọn chu trình A hoặc B tại bảng 2.

Chú ý: đối với các UUT có phạm vi đo >2500 bar phải sử dụng chu trình hiệu chuẩn A

- Chu trình hiệu chuẩn A được thực hiện theo sơ đồ sau:
Thực hiện các loạt đo M1, M2, M3, M4 và thêm các loạt đo M5, M6 khi cần xác định độ tái lặp lại. 

- Chu trình hiệu chuẩn B được thực hiện theo sơ đồ sau: Thực hiện các loạt đo M1, M2, M3. 

- Thời gian chờ đọc giá trị đối với áp kế kiểu tương tự

3.3 Trình tự kiểm tra

-    Mở tất cả các van của hệ thống để áp suất trở về 0, khi hệ thống đã ổn định thực hiện việc điều chỉnh điểm “0”. Đối với các thiết bị không có chức năng chỉnh “0” thì bỏ qua bước này, ghi lại giá trị áp suất vào biên bản hiệu chuẩn.
-    Việc hiệu chuẩn tiến hành bằng cách điều chỉnh áp suất lần lượt theo giá trị từng điểm đo đã định trước và ghi lại giá trị áp suất tương ứng. Khi áp suất đạt đến điểm đo lớn nhất, khoá tất cả các van của hệ thống tạo áp để UUT chịu tải 2 phút đối với áp kế chỉ thị số (5 phút đối với áp kế chỉ thị tương tự). Sau khi chịu tải, điều chỉnh áp suất theo giá trị từng điểm đo ở trên và ghi lại giá trị áp suất tương ứng. Thời gian thay đổi áp suất và thời gian chờ đọc kết quả phải lớn hơn 30 giây.
-    Tắt chức năng tự tạo áp suất trên UUT (nếu có) trong suốt thời gian chờ ổn định để đọc số liệu.
-    Khi điều chỉnh áp suất chú ý không được điều chỉnh quá giá trị áp suất ở từng điểm đo đã quy định.
-    Kết quả hiệu chuẩn phải ghi vào biên bản hiệu chuẩn.
-    Xử lý kết quả hiệu chuẩn theo phương pháp và trình tự.
-    Trường hợp sử dụng chuẩn là áp kế chuẩn kiểu píttông để hiệu chuẩn các UUT có độ chính xác ≤ 0,02 % thì phải áp dụng phương trình cơ bản của áp kế píttông tính giá trị áp suất tạo bởi chuẩn. Sử dụng biên bản hiệu chuẩn (dựa vào nguyên lý cấu tạo của áp kế píttông chuẩn để xác định các thành phần ảnh hưởng tới giá trị áp suất tạo bởi chuẩn). 

3.4 Ước lượng độ không đảm bảo đo

xử lý chung

- Áp kế chuẩn kiểu chỉ thị số và tương tự sau khi hiệu chuẩn nếu đạt các yêu cầu quy định và tổng của các độ lệch chuẩn áp suất với ĐKĐBĐ mở rộng tại mỗi điểm đo tương ứng không vượt quá sai số sai số cho phép của UUT thì được cấp chứng chỉ hiệu chuẩn (tem hiệu chuẩn, giấy chứng nhận hiệu chuẩn,...) theo quy định.  
- Áp kế chuẩn kiểu chỉ thị số và tương tự sau khi hiệu chuẩn nếu không đạt một trong các yêu cầu trên thì không cấp chứng chỉ hiệu chuẩn mới và xóa dấu hiệu chuẩn cũ (nếu có). 
- Chu kỳ hiệu chuẩn của áp kế chuẩn kiểu chỉ thị số và tương tự là 12 tháng.