Đồng hồ đo áp suất vi sai là gì?

Đồng hồ đo áp suất vi sai là thiết bị dùng để đo sự chênh lệch áp suất giữa hai vị trí trong cùng một hệ thống. Tại Việt Nam, thiết bị còn được gọi là đồng hồ chênh áp, đồng hồ áp suất vi sai, đồng hồ vi sai áp suất hoặc đồng hồ đo chênh lệch áp suất.

Khác với đồng hồ áp suất thông thường chỉ đo áp suất tại một điểm, đồng hồ vi sai tiếp nhận áp suất từ hai điểm thông qua hai cổng riêng biệt. Thiết bị sau đó xác định hiệu số giữa hai giá trị này và hiển thị kết quả bằng kim cơ học hoặc màn hình điện tử.

Trong phòng sạch, đồng hồ thường được dùng để theo dõi chênh áp giữa phòng sản xuất và hành lang, giữa hai phòng có cấp độ sạch khác nhau hoặc giữa khu vực sạch và khu vực phụ trợ. Trong hệ thống lọc khí, thiết bị đo tổn thất áp suất trước và sau lọc để đánh giá mức độ tích bụi.

Đồng hồ đo áp suất vi sai được sử dụng phổ biến trên AHU, HEPA Box, Pass Box, Air Shower, FFU, LAF, Dispensing Booth, Sampling Booth và nhiều thiết bị HVAC khác.

dong-ho-chenh-ap-gio-6

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo áp suất vi sai

Đồng hồ có hai cổng kết nối, thường được ký hiệu là High và Low, hoặc dấu “+” và dấu “−”.

Cổng High được nối với vị trí có áp suất cao hơn. Cổng Low được nối với vị trí có áp suất thấp hơn. Giá trị hiển thị được xác định theo công thức:

Chênh áp = Áp suất tại cổng High − Áp suất tại cổng Low

Ví dụ, khi đo giữa một phòng sạch áp suất dương và hành lang, cổng High thường được nối với phòng sạch, còn cổng Low được nối với hành lang. Nếu áp suất trong phòng cao hơn hành lang, đồng hồ hiển thị giá trị dương.

Khi đo qua lọc HEPA, cổng High được nối với phía trước lọc, nơi áp suất cao hơn. Cổng Low được nối với phía sau lọc. Khi bụi tích tụ trên vật liệu lọc, trở lực tăng lên và chênh áp thường tăng nếu lưu lượng khí được duy trì tương đương.

Điểm quan trọng là giá trị chênh áp không nên được đánh giá tách rời khỏi điều kiện vận hành. Khi tốc độ quạt thay đổi, damper đóng mở hoặc lưu lượng khí biến động, giá trị trên đồng hồ cũng có thể thay đổi dù tình trạng lọc không thay đổi đáng kể.

Đồng hồ dạng kim và đồng hồ điện tử hoạt động khác nhau thế nào?

Đồng hồ đo áp suất vi sai dạng kim thường sử dụng màng đàn hồi, capsule hoặc cơ cấu từ tính. Khi chênh áp xuất hiện, phần tử cảm nhận bị biến dạng hoặc dịch chuyển. Chuyển động này được truyền đến kim chỉ thị trên mặt đồng hồ.

Phần lớn đồng hồ dạng kim không cần nguồn điện. Thiết bị phù hợp với những vị trí chỉ cần đọc giá trị trực tiếp tại chỗ và không yêu cầu lưu dữ liệu hoặc cảnh báo tự động.

Đồng hồ điện tử sử dụng cảm biến chênh áp để biến đổi áp suất thành tín hiệu điện. Mạch xử lý bên trong thực hiện khuếch đại, bù nhiệt và chuyển đổi tín hiệu thành giá trị số.

Tùy model, thiết bị điện tử có thể tích hợp relay cảnh báo, tín hiệu 4–20 mA, 0–10 V, RS485 hoặc Modbus. Loại này phù hợp khi cần truyền dữ liệu về PLC, HMI, BMS hoặc hệ thống giám sát môi trường.

Một thiết bị điện tử có màn hình và tín hiệu đầu ra có thể vừa đóng vai trò đồng hồ hiển thị, vừa hoạt động như cảm biến hoặc bộ truyền chênh áp.

Thang đo của đồng hồ áp suất vi sai là gì?

Thang đo là khoảng giá trị nhỏ nhất và lớn nhất mà đồng hồ có thể hiển thị hoặc đo được. Ví dụ, một đồng hồ có thang 0–60 Pa có thể hiển thị chênh áp từ 0 đến 60 Pa.

Ngoài thang đo một chiều dương, thị trường còn có các thang đo hai chiều như −30 đến +30 Pa hoặc −60 đến +60 Pa. Loại này phù hợp với khu vực có thể vận hành ở cả trạng thái áp suất âm và áp suất dương.

Các thang đo thường gặp trong phòng sạch và HVAC gồm 0–30 Pa, 0–60 Pa, 0–125 Pa, 0–250 Pa, 0–500 Pa, 0–750 Pa, 0–1.000 Pa và 0–2.500 Pa.

Đơn vị đo có thể là Pa, kPa, mmH₂O, mbar hoặc in.w.c. Trong các dự án phòng sạch tại Việt Nam, Pa thường là đơn vị dễ sử dụng và thuận tiện cho hồ sơ nghiệm thu.

Vì sao cần chọn đúng thang đo?

Chọn đúng thang đo ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng đọc, độ phân giải và độ an toàn của thiết bị.

Nếu thang đo quá rộng, những thay đổi nhỏ sẽ khó nhận biết. Ví dụ, sử dụng đồng hồ 0–1.000 Pa để theo dõi chênh áp phòng chỉ khoảng vài chục Pa sẽ làm kim di chuyển rất ít, khiến người vận hành khó nhận biết biến động.

Nếu thang đo quá hẹp, đồng hồ có thể vượt thang khi hệ thống dao động, quạt tăng tốc hoặc lọc bị nghẹt. Việc vượt thang thường xuyên có thể làm giảm độ chính xác hoặc gây hư hỏng cơ cấu đo.

Nguyên tắc chung là thang đo phải lớn hơn giá trị lớn nhất dự kiến nhưng không nên lớn hơn quá nhiều. Cần chừa một khoảng dự phòng hợp lý cho dao động vận hành và các tình huống bất thường.

Không nên chọn thang đo chỉ dựa trên loại thiết bị. Hai AHU có cùng kích thước nhưng sử dụng loại lọc, lưu lượng và cấu hình quạt khác nhau có thể cần thang đo khác nhau.

Chọn thang đo cho chênh áp phòng sạch

Đối với chênh áp phòng sạch, giá trị cần đo thường tương đối thấp. Vì vậy, đồng hồ nên có thang đo thấp và khoảng chia đủ nhỏ để người vận hành nhận biết thay đổi.

Thang 0–60 Pa hoặc 0–125 Pa thường được cân nhắc cho nhiều ứng dụng phòng sạch. Tuy nhiên, đây không phải giá trị áp dụng cho mọi dự án.

Việc lựa chọn cần căn cứ vào chênh áp thiết kế giữa các phòng, giới hạn cảnh báo, giới hạn hành động và mức dao động thực tế của hệ thống HVAC.

Đối với phòng áp suất âm, nên dùng thang đo âm hoặc thang âm–dương. Nếu dùng đồng hồ chỉ hiển thị dương, việc đấu cổng phải được thực hiện cẩn thận và kết quả có thể gây khó hiểu cho người vận hành.

Phòng cách ly, phòng vi sinh, khu cân chia, khu sản xuất dược phẩm hoặc khu kiểm soát sinh học có thể cần thiết bị điện tử để tạo cảnh báo khi chênh áp không đạt yêu cầu.

Chọn thang đo cho lọc thô và lọc túi

Lọc thô và lọc túi trong AHU thường có trở lực cao hơn chênh áp phòng. Thang đo cần bao phủ cả trở lực ban đầu và trở lực cuối dự kiến của bộ lọc.

Trước khi chọn đồng hồ, cần kiểm tra catalogue lọc để biết trở lực ban đầu tại lưu lượng thiết kế và giới hạn thay lọc được khuyến nghị.

Ví dụ, nếu trở lực ban đầu nằm ở vùng vài chục hoặc vài trăm Pa và trở lực cuối có thể tăng cao hơn đáng kể, thang 0–500 Pa, 0–750 Pa hoặc 0–1.000 Pa có thể phù hợp hơn so với thang 0–60 Pa.

Một sai lầm thường gặp là sử dụng cùng một thang đo cho tất cả các cấp lọc. Cách này có thể khiến một số đồng hồ quá rộng thang, trong khi một số khác dễ vượt thang.

Mỗi cấp lọc nên được đánh giá riêng theo đặc tính sản phẩm và điều kiện vận hành thực tế.

Chọn thang đo cho lọc HEPA

Lọc HEPA thường có trở lực ban đầu và giới hạn vận hành khác với lọc thô hoặc lọc túi. Thang đo phải được chọn từ dữ liệu của nhà sản xuất lọc và lưu lượng thực tế.

Đối với HEPA Box, FFU, Pass Box hoặc Air Shower, thang đo thường nằm trong vùng vài trăm Pa. Tuy nhiên, không nên mặc định lựa chọn một giá trị chung cho tất cả thiết bị.

Một lọc HEPA có diện tích vật liệu lớn, vận hành ở lưu lượng thấp có thể có trở lực thấp hơn đáng kể so với một lọc nhỏ vận hành ở tốc độ mặt cao.

Khi sử dụng đồng hồ để báo tắc lọc, cần xác định rõ trở lực lọc sạch, ngưỡng cảnh báo và giới hạn cuối. Thang đo phải đủ rộng để hiển thị toàn bộ quá trình từ trạng thái lọc mới đến trạng thái cần thay.

Chọn thang đo cho hệ thống có tốc độ quạt thay đổi

Trong hệ thống sử dụng biến tần, lưu lượng và chênh áp có thể thay đổi theo tốc độ quạt. Nếu quạt tăng tốc để bù trở lực lọc, chênh áp qua lọc có thể tăng nhanh hơn.

Đối với hệ thống này, việc chọn thang đo cần xem xét không chỉ giá trị vận hành bình thường mà còn cả giá trị tại tốc độ quạt tối đa.

Nếu giá trị chênh áp được dùng để điều khiển quạt, cảm biến điện tử có tín hiệu 4–20 mA hoặc Modbus thường phù hợp hơn đồng hồ cơ.

Hệ thống điều khiển cần có giới hạn, thời gian trễ và logic chống dao động. Không nên để quạt liên tục tăng giảm tốc độ chỉ vì tín hiệu áp suất dao động trong thời gian ngắn.

Cách xác định vị trí lắp đặt đồng hồ

Vị trí lắp đặt phải giúp người vận hành dễ quan sát nhưng không cản trở thao tác vệ sinh, bảo trì hoặc mở cửa thiết bị.

Đồng hồ chênh áp phòng thường được lắp âm trên panel hoặc vách gần cửa ra vào. Vị trí này giúp nhân viên kiểm tra trước khi vào phòng mà không cần truy cập HMI.

Đồng hồ đo lọc thường được lắp trên vỏ AHU, mặt tủ thiết bị hoặc panel kỹ thuật. Hai đường ống lấy áp được dẫn từ phía trước và sau bộ lọc về đồng hồ.

Đồng hồ không nên được lắp ở nơi rung động mạnh, chịu va đập thường xuyên, có nhiệt độ vượt giới hạn hoặc khó tiếp cận khi hiệu chuẩn.

Đối với đồng hồ điện tử, cần đồng thời xem xét vị trí cấp nguồn, dây tín hiệu, tủ đấu nối và khả năng kết nối với hệ thống điều khiển.

Cách lắp đồng hồ đo chênh áp giữa hai phòng

Khi đo chênh áp giữa hai phòng, trước tiên cần xác định phòng nào có áp suất thiết kế cao hơn.

Cổng High được nối với phòng có áp suất cao hơn. Cổng Low được nối với phòng có áp suất thấp hơn.

Điểm lấy áp nên được bố trí ở vị trí đại diện, tránh ngay miệng cấp khí, miệng hồi, khe cửa hoặc vùng có dòng khí xoáy mạnh. Nếu điểm lấy áp nằm quá gần cửa, giá trị có thể dao động lớn khi cửa đóng mở.

Ống áp suất phải được luồn kín qua panel và bịt kín tại vị trí xuyên vách. Nếu không xử lý kín, lỗ xuyên ống có thể trở thành điểm rò khí và làm ảnh hưởng đến chính chênh áp cần đo.

Sau khi lắp, cần kiểm tra giá trị khi cửa đóng, HVAC hoạt động ổn định và các điều kiện vận hành ở trạng thái bình thường.

Cách lắp đồng hồ đo qua bộ lọc

Khi đo qua bộ lọc, cổng High phải nối với điểm lấy áp trước lọc. Cổng Low nối với điểm lấy áp sau lọc.

Hai điểm lấy áp phải đại diện cho áp suất tĩnh ở hai phía bộ lọc. Không nên đặt đầu lấy áp trực tiếp đối diện dòng khí tốc độ cao vì áp suất động có thể làm sai lệch kết quả.

Ống dẫn áp cần được phân biệt rõ bằng màu, nhãn hoặc ký hiệu High–Low. Việc đấu nhầm hai cổng có thể làm đồng hồ hiển thị âm, kim chạy ngược hoặc giá trị không hợp lý.

Mỗi cấp lọc nên có một bộ điểm lấy áp riêng nếu cần xác định chính xác cấp lọc nào đang tăng trở lực.

Nếu sử dụng một đồng hồ để đo tổng trở lực của nhiều cấp lọc, kết quả chỉ cho biết tổn thất tổng và không chỉ ra bộ lọc nào đang bị nghẹt.

Yêu cầu đối với ống dẫn áp

Ống dẫn áp là bộ phận nhỏ nhưng có ảnh hưởng lớn đến kết quả đo.

Ống phải kín, không rò rỉ, không bị gập và không bị bóp méo. Các điểm nối cần chắc chắn nhưng không nên siết quá mức làm biến dạng ống.

Chiều dài hai đường ống nên được bố trí hợp lý. Trong những ứng dụng chênh áp thấp, đường ống quá dài, có nhiều đoạn gấp hoặc chứa nước ngưng có thể làm tín hiệu phản hồi chậm và không ổn định.

Ống nên được cố định để tránh rung. Cần hạn chế đi gần nguồn nhiệt hoặc khu vực có nguy cơ va chạm.

Nếu môi trường có độ ẩm cao hoặc nguy cơ ngưng tụ, cần bố trí đường ống theo hướng tránh giữ nước. Nước ngưng trong ống có thể tạo ra áp suất cột chất lỏng và làm sai kết quả.

Lắp đặt đồng hồ dạng kim cần lưu ý gì?

Đồng hồ dạng kim phải được lắp đúng phương theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Một số thiết bị được hiệu chuẩn để làm việc ở tư thế thẳng đứng và có thể xuất hiện sai số nếu lắp nghiêng.

Sau khi cố định đồng hồ nhưng trước khi nối áp suất, cần kiểm tra vị trí kim. Khi hai cổng cân bằng áp, kim phải nằm tại điểm 0.

Nếu kim lệch nhẹ, có thể sử dụng vít chỉnh zero nếu nhà sản xuất cho phép. Tuy nhiên, chỉnh điểm 0 không thay thế cho hiệu chuẩn.

Mặt đồng hồ cần được lắp ở độ cao và góc quan sát thuận tiện. Nếu người vận hành thường nhìn từ bên cạnh, có thể xuất hiện sai số thị sai.

Không nên tác động mạnh lên mặt kính hoặc cơ cấu chỉnh. Rung động cơ học kéo dài có thể làm kim dao động hoặc gây trôi điểm 0.

Lắp đặt đồng hồ điện tử cần lưu ý gì?

Ngoài hai đường ống áp suất, đồng hồ điện tử cần nguồn cấp và dây tín hiệu đúng theo sơ đồ của nhà sản xuất.

Trước khi cấp nguồn, cần kiểm tra điện áp, cực tính, loại ngõ ra và khả năng tương thích với PLC hoặc BMS.

Nếu thiết bị có tín hiệu 4–20 mA, cần xác định đây là loại hai dây, ba dây hay bốn dây. Việc đấu sai có thể làm thiết bị không hoạt động hoặc gây hỏng module đầu vào.

Đối với RS485 hoặc Modbus, cần thiết lập địa chỉ thiết bị, tốc độ truyền, parity và điện trở kết thúc mạng nếu cần.

Dây tín hiệu nên đi tách khỏi cáp động lực và biến tần để giảm nhiễu. Màn chắn cáp cần được nối đất theo nguyên tắc phù hợp với thiết kế hệ thống.

Sau khi lắp, cần kiểm tra cả giá trị tại màn hình thiết bị và giá trị nhận được trên HMI. Nếu hai giá trị không giống nhau, phải kiểm tra cấu hình dải đo, scaling và tín hiệu đầu vào.

Cách kiểm tra sau khi lắp đặt

Sau khi hoàn thành lắp đặt, không nên chỉ quan sát xem kim hoặc màn hình có hiển thị hay không.

Trước tiên cần kiểm tra điểm 0 khi hai cổng áp suất ở cùng điều kiện. Tiếp theo, kiểm tra cổng High và Low đã được đấu đúng hay chưa.

Hệ thống nên được vận hành ở trạng thái ổn định để ghi nhận giá trị ban đầu. Đối với lọc mới, giá trị này có thể được sử dụng làm mốc theo dõi mức tăng trở lực theo thời gian.

Nếu đồng hồ có cảnh báo, cần mô phỏng các mức dưới ngưỡng, tại ngưỡng và trên ngưỡng để xác nhận relay, HMI, đèn, còi và thời gian trễ.

Đối với thiết bị có tín hiệu 4–20 mA, cần thực hiện loop check từ cảm biến đến PLC. Giá trị 4 mA, 12 mA và 20 mA nên tương ứng với các điểm thấp, giữa và cao của dải đo đã cấu hình.

Những lỗi lắp đặt thường gặp

Một trong những lỗi phổ biến nhất là đấu ngược cổng High và Low. Khi đó, giá trị có thể âm hoặc kim di chuyển không đúng chiều.

Ống dẫn bị rò rỉ cũng làm đồng hồ hiển thị thấp hơn thực tế. Nếu ống bị tắc, giá trị có thể phản hồi rất chậm hoặc không thay đổi khi hệ thống vận hành.

Điểm lấy áp đặt quá gần quạt, miệng gió hoặc damper có thể khiến đồng hồ dao động mạnh. Đây không nhất thiết là lỗi của thiết bị mà có thể do vị trí lấy áp không phù hợp.

Một lỗi khác là chọn thang đo quá rộng. Đồng hồ vẫn hoạt động nhưng gần như không thể hiện rõ những thay đổi quan trọng.

Đối với đồng hồ điện tử, sai cấu hình scaling là nguyên nhân thường gặp khiến giá trị trên HMI khác với màn hình thiết bị.

Đồng hồ có cần hiệu chuẩn không?

Đồng hồ đo áp suất vi sai nên được kiểm tra và hiệu chuẩn theo mức độ quan trọng của điểm đo, yêu cầu chất lượng và quy định nội bộ của nhà máy.

Các điểm dùng để giám sát phòng sạch GMP, cảnh báo lọc HEPA, điều khiển quạt hoặc phục vụ nghiệm thu thường cần hồ sơ hiệu chuẩn rõ ràng.

Hiệu chuẩn không chỉ kiểm tra điểm 0. Thiết bị cần được so sánh với nguồn áp suất chuẩn tại nhiều điểm trên thang đo.

Đối với đồng hồ điện tử, ngoài giá trị hiển thị còn cần kiểm tra tín hiệu đầu ra, relay và giá trị trên HMI.

Chu kỳ hiệu chuẩn không có một giá trị chung cho mọi thiết bị. Nhà máy cần xác định dựa trên đánh giá rủi ro, tần suất sử dụng, lịch sử sai lệch và khuyến nghị của nhà sản xuất.

Có thể dùng một loại đồng hồ cho mọi ứng dụng không?

Về nguyên lý, nhiều đồng hồ có thể đo được cả chênh áp phòng và chênh áp lọc. Tuy nhiên, không nên sử dụng một model cho mọi ứng dụng nếu thang đo, độ phân giải hoặc chức năng không phù hợp.

Đồng hồ 0–60 Pa có thể phù hợp với chênh áp phòng nhưng dễ vượt thang khi đo lọc. Ngược lại, đồng hồ 0–1.000 Pa có thể phù hợp với lọc AHU nhưng khó đọc biến động nhỏ của áp suất phòng.

Ứng dụng cần cảnh báo hoặc lưu dữ liệu nên dùng thiết bị điện tử. Điểm chỉ cần quan sát tại chỗ có thể dùng đồng hồ dạng kim để giảm chi phí và đơn giản hóa vận hành.

Lựa chọn đúng không nằm ở việc chọn thiết bị có nhiều chức năng nhất, mà là chọn đúng dải đo, đúng độ chính xác và đúng phương thức sử dụng.

Câu hỏi thường gặp

Đồng hồ đo áp suất vi sai có giống đồng hồ chênh áp không?

Có. Đây là hai cách gọi phổ biến của cùng nhóm thiết bị đo sự chênh lệch áp suất giữa hai điểm.

Cổng High và Low được nối như thế nào?

Cổng High nối với vị trí có áp suất cao hơn, còn cổng Low nối với vị trí có áp suất thấp hơn. Khi đo lọc, High nối phía trước lọc và Low nối phía sau lọc.

Thang 0–60 Pa dùng cho lọc HEPA được không?

Chỉ phù hợp nếu trở lực thực tế của lọc nằm trong dải này. Phần lớn ứng dụng lọc HEPA cần kiểm tra kỹ trở lực ban đầu và trở lực cuối trước khi lựa chọn.

Vì sao đồng hồ hiển thị âm?

Nguyên nhân phổ biến là đấu ngược cổng High và Low. Tuy nhiên, giá trị âm cũng có thể là trạng thái bình thường nếu sử dụng đồng hồ hai chiều cho phòng áp suất âm.

Vì sao kim không về 0?

Có thể do đồng hồ lắp sai tư thế, còn áp suất trong ống, cơ cấu bị trôi hoặc cần điều chỉnh zero. Nếu chỉnh zero không giải quyết được, thiết bị cần được kiểm tra hiệu chuẩn.

Đồng hồ điện tử có chính xác hơn loại kim không?

Không phải trong mọi trường hợp. Đồng hồ điện tử thường có độ phân giải cao hơn, nhưng độ chính xác thực tế phụ thuộc vào model, dải đo và tình trạng hiệu chuẩn.

Kết luận

Đồng hồ đo áp suất vi sai hoạt động bằng cách so sánh áp suất tại hai điểm High và Low. Thiết bị có thể được sử dụng để theo dõi chênh áp phòng, trở lực lọc hoặc tổn thất áp suất trong hệ thống HVAC.

Ba yếu tố quan trọng nhất khi sử dụng thiết bị là chọn đúng thang đo, xác định đúng vị trí lấy áp và đấu đúng hai cổng High–Low.

Thang đo cần bao phủ giá trị lớn nhất dự kiến nhưng không nên rộng quá mức. Điểm lấy áp phải đại diện cho áp suất tĩnh và tránh khu vực dòng khí nhiễu. Đường ống phải kín, không gập và không đọng nước.

Đối với hệ thống chỉ cần hiển thị tại chỗ, đồng hồ dạng kim là lựa chọn đơn giản và kinh tế. Khi cần cảnh báo, truyền dữ liệu hoặc điều khiển, nên cân nhắc đồng hồ điện tử hoặc cảm biến chênh áp.

Thiết bị phòng sạch VCR cung cấp đồng hồ đo áp suất vi sai dạng kim, loại điện tử và cảm biến có tín hiệu 4–20 mA, 0–10 V hoặc Modbus cho phòng sạch, AHU, HEPA Box, Pass Box, Air Shower, FFU, LAF và Dispensing Booth. VCR hỗ trợ lựa chọn thang đo, phụ kiện, lắp đặt, hiệu chuẩn và nghiệm thu theo yêu cầu từng dự án.