Trong nhiều nhà máy, khí nén được gọi là “nguồn năng lượng thứ tư” sau điện, nước và hơi, nhưng lại là nguồn ít được đo đếm nhất. Máy nén chạy cả ngày, hóa đơn tiền điện tăng đều, còn câu hỏi “xưởng nào dùng bao nhiêu khí, rò rỉ mất bao nhiêu” thì gần như không ai trả lời được bằng số liệu. Bài viết này hướng dẫn cách dùng lưu lượng kế khối lượng khí kiểu nhiệt MEMS để đo và kiểm toán khí nén: phát hiện rò rỉ, phân bổ chi phí cho từng dây chuyền và chọn model phù hợp trong dòng sản phẩm AP EURO.
Vì sao cần đo lưu lượng khí nén?
Điện năng tiêu thụ cho máy nén khí thường chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng chi phí điện của nhà máy cơ khí, nhựa, bao bì, dệt may, thực phẩm. Trong khi đó, một hệ thống khí nén không được giám sát hay gặp các vấn đề:
- Rò rỉ âm thầm tại khớp nối nhanh, ống mềm, van điện từ, xi lanh cũ. Mỗi lỗ rò nhỏ không đáng kể, nhưng cộng dồn trên toàn xưởng có thể tạo thành một phần tải nền lớn mà máy nén phải gánh liên tục, kể cả khi ngừng sản xuất.
- Không phân bổ được chi phí: tiền điện máy nén bị gộp chung vào chi phí chung, các xưởng không có động lực tiết kiệm.
- Đầu tư sai: thấy áp suất tụt thì mua thêm máy nén, trong khi nguyên nhân thực là rò rỉ hoặc một thiết bị dùng khí bất thường.
- Không có số liệu nền để đánh giá hiệu quả sau cải tiến (thay béc thổi, sửa rò, giảm áp đặt).
Đo lưu lượng tại các nhánh chính và các máy tiêu thụ lớn là bước đầu tiên để biến khí nén thành một đại lượng quản lý được, giống như đồng hồ điện, đồng hồ nước.
Nguyên lý lưu lượng kế khối lượng khí kiểu nhiệt MEMS
Lưu lượng kế kiểu nhiệt hoạt động theo nguyên lý truyền nhiệt: bên trong thiết bị có phần tử gia nhiệt và cảm biến nhiệt độ. Dòng khí đi qua mang theo một lượng nhiệt; thiết bị đo lượng nhiệt bị mang đi để tính ra lưu lượng khối lượng. Có hai cách thực hiện phổ biến:
- Phương pháp chênh nhiệt độ không đổi: phần tử gia nhiệt được giữ ở một độ chênh nhiệt cố định so với dòng khí; lưu lượng được tính từ sự thay đổi công suất gia nhiệt.
- Phương pháp công suất không đổi: phần tử gia nhiệt làm việc ở công suất cố định; lưu lượng được tính từ sự thay đổi nhiệt độ.
Với chip cảm biến MEMS (vi cơ điện tử), phần tử đo rất nhỏ, đáp ứng nhanh, độ nhạy cao. Điểm quan trọng nhất đối với khí nén: thiết bị cho ra lưu lượng khối lượng (quy đổi về điều kiện chuẩn) mà không cần bù nhiệt độ – áp suất riêng. Đây là ưu thế lớn so với các loại đo thể tích (turbine, vortex, rotameter) vốn phải đo thêm áp suất và nhiệt độ mới quy đổi được về Nm³. Các số liệu của dòng AP EURO được công bố với không khí khô ở 20 °C, 101,325 kPa.
Các bước kiểm toán khí nén với lưu lượng kế MEMS
1. Lập sơ đồ mạng khí nén
Vẽ sơ đồ từ phòng máy nén, máy sấy, bình chứa, ống chính đến các nhánh xưởng và máy tiêu thụ lớn. Đánh dấu kích thước ống, áp suất làm việc và vị trí có thể lắp đồng hồ (có đoạn ống thẳng, có van chặn để tháo lắp).
2. Đo tải nền ngoài giờ sản xuất
Khi toàn bộ máy móc đã dừng nhưng hệ thống vẫn duy trì áp, lưu lượng còn lại chủ yếu là rò rỉ và các thiết bị bỏ quên (béc thổi, van xả không đóng). Ghi lưu lượng tức thời và lưu lượng tổng trong vài giờ ban đêm hoặc ngày nghỉ. Đây là con số thuyết phục nhất để ban giám đốc duyệt chương trình sửa rò rỉ.
3. Đo theo nhánh và theo máy
Lắp lưu lượng kế cố định trên từng nhánh xưởng, đọc lưu lượng tổng theo ca, theo ngày. Với máy dùng nhiều khí (máy thổi chai, máy đóng gói, máy CNC có thổi phoi, buồng sơn), đo riêng để so sánh giữa các máy cùng loại: máy nào tiêu thụ cao bất thường thường đang có rò rỉ nội bộ hoặc cài đặt sai.
4. Phân bổ chi phí
Từ điện năng máy nén (kWh) và tổng lưu lượng khí (Nm³) trong cùng kỳ, tính suất tiêu hao kWh/Nm³. Nhân với lượng khí từng xưởng đã dùng để ra chi phí khí nén theo bộ phận. Ngõ ra RS485 Modbus-RTU của các model AP EURO giúp đưa dữ liệu thẳng vào PLC, SCADA hoặc hệ thống quản lý năng lượng, không cần ghi chép tay.
Sau khi sửa rò, giảm áp đặt hoặc thay béc thổi, so sánh lại tải nền và lưu lượng theo ca với số liệu ban đầu để định lượng hiệu quả.
Chọn model AP EURO cho đo khí nén
Các model dưới đây đều đo được không khí (khí nén), nitơ, oxy, CO₂, argon và nhiều khí khác; tỷ lệ dải đo 1:100. Khác biệt chính nằm ở dải lưu lượng, độ chính xác, nguồn cấp và ngõ ra.
AMS2106 – dùng pin, phù hợp khảo sát tạm thời
Lưu lượng kế MEMS dùng pin AMS2106 chạy bằng 3 pin AA hoặc nguồn ngoài 9–24 VDC, màn hình LCD xoay 360°, đo cả lưu lượng khối lượng và nhiệt độ. Dải đo theo mã từ 0–50 mL/min đến 0–300 L/min, độ chính xác ±3,0% F.S, áp suất làm việc ≤1,0 MPa, kết nối NPT, truyền thông RS485 Modbus-RTU. Rất tiện để đi khảo sát các máy nhỏ, điểm không có nguồn điện.
MG600 – dòng kinh tế cho đo tiêu chuẩn
Lưu lượng kế MEMS kinh tế MG600 có độ chính xác ±2,0% F.S, các dải chọn mã 0,5–50 đến 5–500 L/min, ren ngoài G3/8 hoặc G1/2, áp suất ≤1,0 MPa (tùy chọn 1,6 MPa), nguồn DC15–24 V, ngõ ra 4–20 mA hoặc RS485 (chọn một). Phù hợp lắp cố định cho từng máy với chi phí đầu tư thấp.
MG605 / MG605B / MG605U – nhỏ gọn, tích hợp vào máy
Dòng lưu lượng kế MEMS nhỏ gọn MG605 có thời gian đáp ứng ≤10 ms, ngõ ra 1–5 V, 4–20 mA, PNP/NPN và RS485, độ chính xác ±2,0% F.S. MG605 cho dải nhỏ (0–0,1 đến 0–200 L/min, ren trong G1/4), MG605B cho dải lớn (0–300 đến 0–2000 L/min, ren trong G1/2), MG605U chịu áp tới 3,0 MPa (0–5 đến 0–1000 L/min). Ngõ ra công tắc PNP/NPN rất hữu ích để báo động khi một máy tiêu thụ vượt ngưỡng.
MG610 / MG610S – độ chính xác cao hơn cho đo nhánh
Lưu lượng kế MEMS MG610 có độ chính xác ±1,5% F.S, cổng ren DN8–DN25 (G hoặc BSPT), dải chọn mã từ 0,5–50 đến 20–2000 L/min, ngõ ra 4–20 mA + RS485 mặc định, màn hình xoay 0°/90°/180°/270°, áp suất ≤1,0 MPa (tùy chọn 3 MPa). Bản MG610S có bộ hiển thị tách rời, thuận tiện khi điểm lắp khó quan sát.
| Model | Dải đo (theo mã) | Độ chính xác | Nguồn | Ngõ ra | Gợi ý dùng cho khí nén |
|---|---|---|---|---|---|
| AMS2106 | 0–50 mL/min … 0–300 L/min | ±3,0% F.S | 3 pin AA hoặc 9–24 VDC | RS485 | Khảo sát lưu động, điểm không có điện |
| MG600 | 0,5–50 … 5–500 L/min | ±2,0% F.S | DC15–24 V | 4–20 mA hoặc RS485 | Đo cố định từng máy, chi phí thấp |
| MG605 | 0–0,1 … 0–200 L/min | ±2,0% F.S | 9–24 VDC | 1–5 V, 4–20 mA, PNP/NPN, RS485 | Tích hợp vào máy, cụm thổi nhỏ |
| MG605B | 0–300 … 0–2000 L/min | ±2,0% F.S | 9–24 VDC | 1–5 V, 4–20 mA, PNP/NPN, RS485 | Máy tiêu thụ lớn, thân gọn |
| MG605U | 0–5 … 0–1000 L/min | ±2,0% F.S | 9–24 VDC | 1–5 V, 4–20 mA, PNP/NPN, RS485 | Đường khí áp cao tới 3,0 MPa |
| MG610 / MG610S | 0,5–50 … 20–2000 L/min | ±1,5% F.S | DC15–24 V | 4–20 mA + RS485 | Đo nhánh xưởng, phân bổ chi phí |
Lưu ý quy đổi: 2000 L/min tương đương 120 m³/h. Các model trên phù hợp cho nhánh xưởng và từng máy; ống chính sau máy nén công suất lớn thường có lưu lượng vượt dải này, cần giải pháp đo khác – hãy gửi thông số để AP EURO tư vấn.
Lưu ý lắp đặt và vận hành
- Khí phải sạch và khô. Cảm biến MEMS được thiết kế cho khí sạch. Nên lắp sau máy sấy và bộ lọc; tránh vị trí có nước ngưng, dầu hoặc bụi rỉ sét từ ống cũ. Khí ẩm, có dầu làm bẩn chip cảm biến và gây sai số.
- Đoạn ống thẳng. Bố trí đoạn ống thẳng phía trước và phía sau theo sơ đồ trong hướng dẫn sử dụng; tránh lắp ngay sau co, tê, van điều khiển hoặc chỗ thay đổi đường kính ống.
- Van đặt phía sau. Nên lắp van điều khiển, van chặn đệm ở phía sau lưu lượng kế khi có thể, để dòng vào cảm biến ổn định.
- Đúng chiều dòng chảy theo mũi tên trên thân; siết ren có băng tan hoặc keo vừa đủ, không để mảnh băng tan lọt vào đường khí.
- Áp suất làm việc không vượt giới hạn của model (đa số ≤1,0 MPa tiêu chuẩn). Hệ thống khí nén 7–8 bar nằm trong giới hạn này.
- Cấp bảo vệ IP40 (MG605, MG610) phù hợp lắp trong nhà; nơi ẩm ướt, phun nước cần có hộp che chắn.
- Đấu dây và cài đặt: kiểm tra địa chỉ Modbus, tốc độ baud; cài đơn vị (Nm³/h, NL/min…), ngưỡng cắt tín hiệu nhỏ để loại dao động điểm 0, và hệ số giảm chấn phù hợp nếu lưu lượng dao động mạnh.
- Kiểm tra điểm 0 định kỳ khi đường ống không có dòng; nếu hiển thị khác 0, thực hiện chỉnh điểm 0 theo menu thiết bị.
Lỗi hay gặp: chọn dải quá lớn (sai số tính theo % F.S nên đo ở phần thấp của thang sẽ kém chính xác – nên để lưu lượng thường xuyên nằm khoảng 30–80% thang) và so sánh trực tiếp lưu lượng chuẩn với lưu lượng FAD trên catalogue máy nén mà chưa quy đổi.
Câu hỏi thường gặp
Lưu lượng kế MEMS có cần bù nhiệt độ, áp suất khi đo khí nén không?
Không. Nguyên lý nhiệt cho trực tiếp lưu lượng khối lượng quy về điều kiện chuẩn, không cần lắp thêm cảm biến áp suất, nhiệt độ để bù như các loại đo thể tích.
Một đồng hồ có đo được cả nitơ và khí nén không?
Các model trên đo được nhiều loại khí như không khí, nitơ, oxy, CO₂, argon. Tuy nhiên mỗi loại khí có tính chất nhiệt khác nhau, cần cài đúng loại khí hoặc hệ số chuyển đổi. Xem thêm bài https://apeuro.net/luu-luong-ke-mems-cho-khi-n2-o2-co2-argon/.
Tôi chỉ muốn khảo sát rò rỉ trong vài tuần, nên chọn model nào?
AMS2106 chạy pin, gọn nhẹ, phù hợp khảo sát lưu động tại các máy nhỏ. Với nhánh lớn hơn 300 L/min, có thể lắp tạm MG605B hoặc MG610 kèm nguồn 24 VDC.
Có đưa dữ liệu về hệ thống SCADA được không?
Có. Các model đều có RS485 Modbus-RTU; MG600, MG605, MG610 có thêm ngõ ra 4–20 mA để đưa vào PLC.
Kết luận
Đo lưu lượng khí nén không phức tạp và chi phí thiết bị thường nhỏ so với tiền điện máy nén có thể tiết kiệm được khi phát hiện rò rỉ và phân bổ chi phí rõ ràng. Lưu lượng kế khối lượng khí kiểu nhiệt MEMS với ưu điểm không cần bù nhiệt độ – áp suất, ngõ ra Modbus sẵn có là lựa chọn hợp lý cho các nhánh xưởng và từng máy. Nếu bạn đang cân nhắc giữa công nghệ nhiệt và chênh áp dòng tầng, tham khảo bài https://apeuro.net/luu-luong-ke-chenh-ap-dong-chay-tang-va-mems/.
Liên hệ AP EURO – Hotline/Zalo 0908 507 021 để được tư vấn chọn model và báo giá.