Một mẻ sấy chân không kéo dài gấp đôi bình thường, một máy đóng gói hàn mí không kín, một buồng phủ màng mãi không xuống được áp suất để mở bơm khuếch tán – trong rất nhiều trường hợp, nguyên nhân không nằm ở bơm mà ở chỗ người vận hành không biết chính xác áp suất trong buồng là bao nhiêu. Đồng hồ chân không cơ (kim) chỉ đọc được vùng chân không thô và gần như “mù” khi áp suất xuống dưới vài trăm Pa. Bài viết này giải thích nguyên lý đo chân không Pirani, cách chọn và lắp đặt đồng hồ chân không Pirani kết hợp AGP3000 cho các ứng dụng sấy, đông khô, phủ màng, đóng gói và lò chân không.
1. Chân không được đo bằng gì?
Chân không nên được biểu diễn bằng áp suất tuyệt đối, vì cách ghi “-0,1 MPa” phụ thuộc áp suất khí quyển lúc đo và không phân biệt được 100 Pa với 10 Pa. Quy đổi thường gặp: 1 mbar = 100 Pa; 1 Torr ≈ 133,3 Pa. AGP3000 chuyển đổi được giữa Pa, Torr và mbar để đối chiếu trực tiếp với tài liệu máy.
2. Nguyên lý Pirani và vì sao cần “kết hợp”
2.1. Đo chân không bằng dẫn nhiệt của khí
Cảm biến Pirani có một phần tử được đốt nóng. Phân tử khí va vào phần tử này và mang nhiệt đi; áp suất càng thấp thì càng ít phân tử khí, nhiệt mất đi càng ít. Bằng cách đo công suất cần để giữ phần tử ở nhiệt độ ổn định (hoặc đo sự thay đổi điện trở), thiết bị suy ra áp suất. AGP3000 dùng chip cảm biến chân không Pirani MEMS – phần tử nung siêu nhỏ chế tạo bằng công nghệ vi cơ, có ưu điểm đáp ứng nhanh và ổn định.
2.2. Giới hạn của Pirani ở vùng áp suất cao
Khi áp suất tăng lên gần khí quyển, lượng nhiệt mang đi gần như không còn phụ thuộc nhiều vào áp suất nữa, nên cảm biến Pirani đơn thuần kém nhạy ở vùng hàng chục kPa trở lên. Đó là lý do AGP3000 tích hợp thêm module cảm biến áp suất không khí bên cạnh chip Pirani: Pirani phụ trách vùng chân không thấp – trung bình, còn module áp suất phụ trách vùng gần khí quyển. Kết quả là một đồng hồ đo liên tục áp suất tuyệt đối từ 0,05 Pa đến 120 kPa (với N₂ và không khí).
2.3. Độ chính xác theo từng vùng đo
Theo catalog, sai số của AGP3000 (với N₂) thay đổi theo vùng áp suất – đây là đặc điểm chung của đồng hồ chân không, không phải nhược điểm riêng:
| Vùng áp suất | Sai số (N₂) | Ý nghĩa thực tế |
|---|---|---|
| 5×10⁻² ~ 1×10¹ Pa | ±50% giá trị đọc | Vùng chân không sâu nhất của Pirani – dùng để nhận biết bậc độ lớn, xác nhận đã “xuống sâu” |
| 1×10¹ ~ 1,5×10⁴ Pa | ±15% giá trị đọc | Vùng làm việc của sấy chân không, đông khô, đóng gói, hút chân không hệ lạnh |
| 1,5×10⁴ ~ 1,2×10⁵ Pa | ±0,5% giá trị đọc | Vùng gần khí quyển, đo bằng module áp suất – chính xác cao |
Độ lặp lại trong vùng 1×10¹ ~ 1,2×10⁵ Pa là ±2% giá trị đọc. Với điều khiển quá trình, độ lặp lại thường quan trọng hơn sai số tuyệt đối vì điểm đặt có thể chốt theo mẻ chuẩn.
3. Thông số chính của AGP3000
| Thông số | Giá trị (theo catalog) |
|---|---|
| Dải đo (N₂ và không khí) | 0,05 Pa – 120 kPa, áp suất tuyệt đối |
| Thời gian đáp ứng | ≤ 50 ms |
| Hiển thị | Màn hình màu TFT-LCD, bàn phím; đơn vị Pa, Torr, mbar |
| Tín hiệu ra | RS485 (Modbus-RTU), analog 0–10 VDC tuyến tính (trở kháng vào > 500 kΩ) |
| Giao diện | RJ45, DB9 (dây DB9 tùy chọn) |
| Cổng áp suất | KF16, có đầu chuyển tùy chọn |
| Nguồn cấp / công suất | 12–28 VDC / < 12 W |
| Nhiệt độ làm việc | 0–40℃ |
| Thời gian khởi động | 60 s |
| Áp suất quá tải | 130 kPa |
| Vật liệu vỏ | ABS |
| Mã trong dòng | AGP3000, AGP3100H00, AGP3100H10, AGP3200H00, AGP3200H10 |
Cấu hình cụ thể của từng mã (kiểu ngõ ra, phụ kiện) cần xác nhận khi đặt hàng.
4. Ứng dụng thực tế
4.1. Sấy chân không (thực phẩm, dược liệu, hóa chất)
Sấy chân không hạ điểm sôi của nước để làm khô sản phẩm ở nhiệt độ thấp, giữ màu và hoạt chất. Áp suất không xuống như mẻ chuẩn thường là dấu hiệu rò rỉ gioăng, bẫy lạnh quá tải hoặc dầu bơm nhiễm nước; ghi đường cong áp suất giúp so sánh các mẻ.
4.2. Đông khô (freeze drying)
Trong đông khô, sản phẩm được cấp đông rồi thăng hoa nước đá dưới chân không. Áp suất buồng là một thông số quy trình quan trọng, thường được kiểm soát trong vùng hàng chục Pa – đúng vùng làm việc của Pirani. Một đặc điểm hữu ích: vì Pirani nhạy với loại khí (xem mục 5), khi hơi nước còn thăng hoa mạnh, số đọc Pirani sẽ khác với số đọc của cảm biến không phụ thuộc loại khí; khi hai giá trị tiến gần nhau, đó là dấu hiệu giai đoạn sấy sơ cấp sắp kết thúc. Cách làm này cần cảm biến tham chiếu riêng và cần thẩm định theo quy trình của từng nhà máy.
4.3. Phủ màng chân không
Dây chuyền phủ PVD, mạ chân không trang trí, phủ quang học đều dùng hệ bơm nhiều cấp: bơm sơ cấp hút từ khí quyển xuống vùng vài Pa, sau đó mới chuyển sang bơm cao chân không. AGP3000 phù hợp để giám sát vùng chân không sơ cấp và đường ống tiền hút (foreline), cho tín hiệu 0–10 V hoặc Modbus để PLC quyết định thời điểm mở van chuyển bơm. Vùng cao chân không sâu hơn 0,05 Pa nằm ngoài dải đo và cần loại đồng hồ khác.
4.4. Đóng gói chân không và lò chân không
Máy đóng gói chân không cần biết buồng đã đạt mức cài đặt trước khi hàn mí; lò nhiệt luyện chân không cần xác nhận áp suất trước khi gia nhiệt để tránh oxy hóa. Catalog còn liệt kê bán dẫn, quang điện, pin, HVAC – lạnh, dược phẩm – y tế.
4.5. Giám sát bơm chân không
Gắn đồng hồ tại cửa hút bơm cho biết bơm còn đạt áp suất giới hạn như lúc mới hay không – áp suất giới hạn kém đi là dấu hiệu dầu bơm bẩn, cánh gạt mòn hoặc van một chiều hỏng.
5. Ảnh hưởng của loại khí – điều hay bị bỏ qua
Vì Pirani đo bằng khả năng dẫn nhiệt của khí, số đọc phụ thuộc vào thành phần khí trong buồng. Thông số sai số của AGP3000 được công bố cho N₂, dải đo cho N₂ và không khí. Khi trong buồng chủ yếu là khí khác – argon trong phủ màng, heli khi dò rỉ, hydro, CO₂ hay hơi nước khi sấy – giá trị hiển thị ở vùng Pirani có thể lệch đáng kể so với áp suất thực, có khí cho số đọc cao hơn, có khí cho số đọc thấp hơn. Cách xử lý:
- Nếu quy trình dùng một loại khí cố định, áp dụng hệ số hiệu chỉnh cho khí đó (cần thống nhất với AP EURO khi đặt hàng).
- Nếu thành phần khí thay đổi trong mẻ (như sấy, đông khô), coi giá trị Pirani là giá trị “tương đương N₂” và chốt điểm đặt theo mẻ chuẩn thay vì theo con số tuyệt đối.
- Ở vùng gần khí quyển, phần đo bằng module áp suất ít phụ thuộc loại khí hơn.
6. Lưu ý lắp đặt và vận hành
- Vị trí lắp: gắn đồng hồ ở nơi đại diện cho áp suất buồng, tránh đặt sát cửa hút bơm nếu mục tiêu là đo áp suất sản phẩm, vì tại cửa hút áp suất thấp hơn trong buồng.
- Hướng lắp: ưu tiên cổng đo hướng xuống hoặc nằm ngang để bụi, dầu, hơi ngưng không đọng vào cảm biến; với quy trình nhiều bụi, hơi dầu hoặc hơi dung môi, nên dùng bẫy hoặc lưới lọc.
- Nhiệt độ: nhiệt độ làm việc của AGP3000 là 0–40℃. Không gắn trực tiếp lên thành lò nóng; dùng ống nối KF đủ dài để cách nhiệt.
- Kết nối KF16: dùng vòng định tâm và gioăng sạch, siết kẹp vừa tay; một gioăng bẩn có thể tạo rò rỉ làm sai lệch toàn bộ phép đo.
- Không để quá áp: áp suất quá tải là 130 kPa – không lắp trên đường xả có áp hoặc đường nạp khí áp cao.
- Khởi động: chờ khoảng 60 s sau khi cấp nguồn để thiết bị ổn định trước khi lấy số liệu.
- Tín hiệu: ngõ ra 0–10 V nên đi cáp chống nhiễu, khoảng cách ngắn; khi cần truyền xa hoặc nhiều đồng hồ, dùng RS485 Modbus-RTU về PLC hoặc máy ghi dữ liệu.
- Kiểm tra định kỳ với đồng hồ chuẩn ở vài điểm làm việc chính; cảm biến nhiễm dầu thường sai lệch rõ ở vùng chân không sâu.
7. Câu hỏi thường gặp
AGP3000 đo được chân không sâu tới mức nào?
Dải đo theo catalog là 0,05 Pa – 120 kPa (áp suất tuyệt đối, N₂ và không khí). Ở vùng dưới 10 Pa sai số là ±50% giá trị đọc, nên vùng này phù hợp để giám sát xu hướng hơn là đo chính xác.
Có thể đưa tín hiệu AGP3000 về PLC hoặc máy ghi không?
Có. Thiết bị có ngõ ra analog 0–10 V tuyến tính và RS485 Modbus-RTU. Bạn có thể ghi đường cong áp suất từng mẻ bằng máy ghi dữ liệu không giấy AP-RN3000 (nhận tín hiệu điện áp, có cổng RS485 Modbus) – xem thêm https://apeuro.net/may-ghi-du-lieu-khong-giay-va-dong-ho-hien-thi-pid/.
Đo trong buồng có khí argon thì có chính xác không?
Ở vùng Pirani, số đọc phụ thuộc loại khí; sai số công bố áp dụng cho N₂. Với argon hay khí khác cần áp dụng hệ số hiệu chỉnh hoặc chốt điểm đặt theo mẻ chuẩn.
AGP3000 có thay được cảm biến áp suất thông thường không?
Không nên. AGP3000 chuyên cho vùng chân không và gần khí quyển, quá tải 130 kPa. Với áp suất dương trong đường ống, hãy dùng cảm biến áp suất công nghiệp như dòng AP-P300 (dải -100 kPa~0 … 10 kPa~60 MPa) – tham khảo https://apeuro.net/chon-cam-bien-ap-suat-chenh-ap-cho-nha-may/.
Kết luận
Đo chân không đúng giúp rút ngắn thời gian mẻ, phát hiện rò rỉ sớm và giữ chất lượng ổn định. Với dải 0,05 Pa – 120 kPa, ngõ ra 0–10 V và Modbus-RTU, cổng KF16, AGP3000 là lựa chọn gọn gàng cho sấy, đông khô, phủ màng, đóng gói – miễn là hiểu rõ ảnh hưởng của loại khí và lắp đặt đúng cách.
Liên hệ AP EURO – Hotline/Zalo 0908 507 021 để được tư vấn chọn model và báo giá.