Công Tắc Áp Suất (Rơ Le Áp Suất): Cấu Tạo, Cách Chỉnh và Ứng Dụng Toàn Diện

Công tắc áp suất là thành phần quan trọng để kiểm soát việc kích hoạt và hủy kích hoạt bơm trong hệ thống chất lỏng khi đạt đến ngưỡng áp suất. Chúng cũng được sử dụng trong hệ thống điều khiển quy trình để duy trì áp suất khí nén hoặc cơ học ổn định.

Hiểu được cách thức hoạt động của công tắc áp suất, các loại công tắc áp suất khác nhau và các ứng dụng phổ biến của chúng sẽ hữu ích khi lựa chọn giải pháp cho một ứng dụng nhất định.

Định nghĩa và Cấu tạo chung của công tắc áp suất

Công tắc áp suất là một thiết bị cơ điện đơn giản được kích hoạt bằng áp suất để bật hoặc tắt mạch điện. Điểm áp suất kích hoạt công tắc được gọi là điểm đặt và ngưỡng áp suất vô hiệu hóa công tắc được gọi là điểm cắt. Công tắc áp suất bao gồm các thành phần chính sau:

• Một màng ngăn hoạt động như một thành phần phát hiện áp suất. Nó thường được làm bằng vật liệu mềm dẻo, nhạy cảm với áp suất.
• Lò xo điều chỉnh để thay đổi điểm cài đặt hoặc điểm cắt. Một số công tắc có lò xo riêng để điều khiển điểm cài đặt và điểm cắt.
• Cần gạt TỰ ĐỘNG/TẮT để kích hoạt công tắc hoặc tắt thủ công. Cần gạt này hữu ích để vô hiệu hóa công tắc trong quá trình lắp đặt hoặc bảo trì. Trong một số trường hợp, nó có thể là núm vặn thay vì cần gạt, nhưng nguyên lý thì giống nhau.
• Các tiếp điểm điện cho phép dòng điện từ nguồn điện bên ngoài chạy qua khi chúng chạm vào nhau.
• Các đầu nối để kết nối nguồn điện bên ngoài với các tiếp điểm.

Có hai loại công tắc áp suất: thường mở (NO) và thường đóng (NC).

Thường mở (NO):

Tiếp điểm của công tắc ở trạng thái mở khi áp suất nằm trong phạm vi cho phép và sẽ đóng lại khi áp suất vượt ngoài phạm vi này.

Thường đóng (NC):

Trạng thái của tiếp điểm thay đổi dựa trên ngưỡng áp suất cài đặt, tùy theo ứng dụng. Ngưỡng này có thể là điểm kích hoạt (set point) hoặc điểm ngắt (cut-out) tùy nhu cầu sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của công tắc áp suất

• Áp suất được tạo ra bởi nguồn áp suất thông qua kết nối quy trình.
• Áp suất này đẩy bộ truyền động (còn gọi là màng ngăn) lên cao hơn.
• Tuy nhiên, lực cản do lò xo và đai ốc điều chỉnh tạo ra ngăn không cho bộ truyền động đi lên.
• Để di chuyển cụm bộ truyền động, lực từ nguồn áp suất phải lớn hơn lực đối nghịch từ lò xo.

Đai ốc điều chỉnh kiểm soát điểm đặt của công tắc. Khi đai ốc điều chỉnh được nâng lên, nó sẽ giảm lực ở lò xo (giảm điểm đặt). Hạ đai ốc điều chỉnh xuống sẽ tăng lực ở lò xo (nâng ngưỡng).

• Khi lực của áp suất quá trình cuối cùng vượt qua lực của lò xo, bộ truyền động sẽ đẩy lên cao hơn, di chuyển thanh đẩy và thay đổi trạng thái của công tắc.

Phân loại Công tắc áp suất

Công tắc áp suất cơ học.

Công tắc áp suất cơ học là loại công tắc đơn giản, chắc chắn, hoạt động dựa trên cơ chế lò xo và piston để điều khiển áp suất kích hoạt. Trong đó, lò xo tạo ra lực phản kháng lại áp suất đầu vào, và độ căng của lò xo được điều chỉnh bằng vít cố định hoặc núm vặn. Độ căng này quyết định chính xác mức áp suất tại đó tiếp điểm điện đóng hoặc mở. Khi áp suất giảm xuống dưới ngưỡng cài đặt, công tắc tự động trở lại trạng thái ban đầu.

Nhờ nguyên lý cơ học đơn giản, công tắc áp suất loại này rất phù hợp với các nhiệm vụ kiểm soát áp suất ít phức tạp, nơi cần độ bền cao và khả năng xử lý dòng điện, điện áp lớn tốt hơn so với các công tắc áp suất điện tử. Ngoài ra, người vận hành có thể dễ dàng điều chỉnh ngưỡng áp suất mong muốn bằng cách thay đổi độ căng lò xo.

Ưu điểm

• Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ bảo trì
• Chịu được điện áp và dòng điện cao
• Hoạt động tin cậy trong các ứng dụng không đòi hỏi kiểm soát phức tạp
• Dễ dàng điều chỉnh ngưỡng áp suất bằng núm vặn hoặc vít

Nhược điểm

• Không phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao hoặc điều khiển kỹ thuật số
• Ít chức năng giám sát hoặc tín hiệu cảnh báo nâng cao
• Hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi rung động hoặc mài mòn cơ học theo thời gian

Công tắc áp suất điện tử

Công tắc áp suất điện tử chứa một bộ chuyển đổi áp suất, thường là một máy đo ứng suất và các thiết bị điện tử bổ sung chuyển đổi tín hiệu thành đầu ra có thể đọc được hoặc gửi đến hệ thống điều khiển.

Nhờ công nghệ cảm biến và điện tử, công tắc áp suất điện tử mang lại khả năng giám sát, điều khiển áp suất chính xác, ổn định và có thể cài đặt nhiều chức năng cảnh báo hoặc tích hợp với các hệ thống tự động hóa.

Ưu điểm

• Độ chính xác đo lường cao
• Độ ổn định lâu dài vượt trội
• Ít hao mòn vì không có cơ cấu cơ khí chuyển động nhiều
• Dễ vận hành, dễ cài đặt ngưỡng áp suất qua nút bấm hoặc giao diện số
• Có thể thực hiện hàng nghìn chu kỳ chuyển mạch, tuổi thọ cao
• Dễ tích hợp với hệ thống tự động, PLC, SCADA

Nhược điểm

• Giá thành cao hơn so với công tắc cơ học
• Yêu cầu nguồn điện để hoạt động
• Độ bền có thể bị ảnh hưởng nếu sử dụng trong môi trường rung động, bụi bẩn mà không được bảo vệ đúng cách

Gợi ý các loại Công tắc áp suất phổ biến trên thị trường

Vai trò và tầm quan trọng của công tắc áp suất

• Kiểm soát tự động loại bỏ việc theo dõi áp suất thủ công bằng cách tự động phản ứng với những thay đổi áp suất.
• Tính năng an toàn: Tắt hệ thống ở mức áp suất có hại để tránh hư hỏng thiết bị.
• Cải thiện hiệu quả năng lượng bằng cách duy trì mức áp suất lý tưởng và giảm thiểu thời gian chạy hệ thống không cần thiết.
• Độ tin cậy của hệ thống: Giảm thời gian chết máy bằng cách tự động phản hồi với các thay đổi về áp suất, giúp loại bỏ nhu cầu điều chỉnh của con người.
• Tính linh hoạt: Có thể điều chỉnh áp suất để đáp ứng nhu cầu sử dụng riêng.
• Cung cấp dữ liệu áp suất theo thời gian thực để theo dõi hệ thống và khắc phục sự cố.
• Tiết kiệm chi phí: Ngăn ngừa hư hỏng do áp suất quá mức, giúp giảm chi phí bảo trì.

Ứng dụng của công tắc áp suất

Nhờ những vai trò quan trọng đó, công tắc áp suất có mặt ở khắp mọi nơi:

• Hệ thống bơm tăng áp gia đình và công nghiệp.
• Hệ thống điều khiển máy nén khí.
• Hệ thống Phòng Cháy Chữa Cháy (PCCC): Kích hoạt bơm chữa cháy khi áp suất đường ống giảm đột ngột.
• Hệ thống thủy lực: Điều khiển bơm dầu, cảnh báo áp suất.
• Hệ thống lạnh và điều hòa không khí (HVACR): Bảo vệ máy nén khỏi áp suất quá cao hoặc quá thấp.
• Hệ thống an toàn và cảnh báo công nghiệp: Báo động khi áp suất dầu bôi trơn, áp suất nồi hơi… vượt ngoài giới hạn an toàn.

Lưu ý quan trọng khi lựa chọn Công tắc áp suất

Lựa chọn sai công tắc áp suất có thể dẫn đến vận hành kém hiệu quả, thậm chí gây nguy hiểm. Cần lưu ý một số yêu cầu sau để lựa chọn đúng công tắc áp suất cho hệ thống của bạn.

Nhiệt độ hoạt động

Nhiệt độ của môi trường và quy trình ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu cho công tắc áp suất. Một số vật liệu có thể bị hư hỏng, phân hủy hoặc mất tính chất cơ học ở nhiệt độ cao.

Chất lỏng quy trình

Tính chất hóa học của chất lỏng trong hệ thống quyết định loại vật liệu cần dùng cho các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (các cổng, phớt, mặt chịu áp suất). Các bộ phận này phải chống chịu được ăn mòn, oxy hóa hoặc xói mòn để tránh hỏng hóc.

Loại áp suất

Công tắc áp suất có thể được sử dụng cho hệ thống áp suất dương, áp suất âm (chân không) hoặc hỗn hợp.

• Màng (diaphragm): phù hợp cho áp suất thấp và chân không.
• Piston: phù hợp cho áp suất cao.

Phạm vi áp suất

Công tắc áp suất được thiết kế với phạm vi áp suất hoạt động cụ thể, xác định ngưỡng bật/tắt. Nên cài đặt điểm đặt áp suất trong khoảng 40–60% phạm vi hoạt động để đảm bảo an toàn và độ bền.

Ngoài ra, cần xem xét các yếu tố khác như nhiệt độ làm việc, cấp bảo vệ vỏ (IP), kiểu kết nối điện và các chứng nhận cần thiết (chống cháy nổ…).

Công tắc áp suất là một thiết bị nhỏ gọn nhưng có vai trò vô cùng to lớn trong việc tự động hóa, bảo vệ và tối ưu hóa vô số hệ thống công nghiệp và dân dụng. Việc hiểu rõ về định nghĩa, cấu tạo tinh vi, nguyên lý hoạt động và các yếu tố lựa chọn then chốt sẽ giúp các nhà máy, doanh nghiệp khai thác tối đa hiệu quả, độ tin cậy và sự an toàn mà thiết bị này mang lại.

Lựa chọn đúng công tắc áp suất không chỉ là một quyết định kỹ thuật, mà còn là một khoản đầu tư thông minh vào sự ổn định và bền vững của toàn bộ hệ thống sản xuất.