Áp suất tuyệt đối, dư, chênh, chân không: đơn vị, hiệu chuẩn cảm biến tuyệt đối và an toàn áp cao

Phân biệt áp suất tuyệt đối, dư, chênh và chân không, đổi đơn vị bar, kgf/cm², psi, hiệu chuẩn cảm biến tuyệt đối bằng chuẩn áp dư và khí áp kế, năng lượng khí nén và quy tắc an toàn.

"Áp suất 2 bar" là bao nhiêu? Có thể là 2 bar so với khí quyển, tức khoảng 3 bar tuyệt đối, hoặc 2 bar tuyệt đối, tức chỉ khoảng 1 bar trên khí quyển. Nhầm giữa áp suất tuyệt đối và áp suất dư là lỗi hay gặp khi hiệu chuẩn, đặt thông số và đọc tài liệu kỹ thuật. Bài này phân biệt bốn loại áp suất, các đơn vị hay gặp và cách đổi, cách hiệu chuẩn cảm biến áp suất tuyệt đối bằng chuẩn áp dư, và các quy tắc an toàn khi làm việc với áp suất cao, kèm phép tính năng lượng tích trữ cho thấy vì sao khí nén nguy hiểm hơn chất lỏng rất nhiều.

1. Bốn loại áp suất

• Áp suất tuyệt đối: so với chân không hoàn toàn. Khí áp kế, cảm biến độ cao, quá trình chân không, bao bì hút chân không dùng loại này.
• Áp suất dư: so với khí quyển tại chỗ. Hầu hết áp kế công nghiệp đo áp dư: lốp xe, bình khí nén, đường ống.
• Áp suất chênh: hiệu giữa hai điểm, dùng đo lưu lượng qua tấm tiết lưu, mức chất lỏng trong bồn kín, độ tắc bộ lọc.
• Chân không: áp suất thấp hơn khí quyển; nên ghi bằng áp suất tuyệt đối (ví dụ 50 mbar(a)) thay vì áp dư âm để tránh hiểu nhầm.

Khí quyển chuẩn là 101 325 Pa, nhưng khí áp tại chỗ thay đổi theo độ cao (giảm khoảng 12 Pa mỗi mét gần mực nước biển) và theo thời tiết (vài hPa trong ngày, lớn hơn khi có bão). Vì vậy áp suất tuyệt đối và áp suất dư không chênh nhau một hằng số cố định.

2. Đơn vị và cách đổi

Đơn vị SI là pascal (Pa = N/m²); trong công nghiệp hay dùng bar, MPa; áp kế cũ còn ghi kgf/cm² và psi. Lưu ý:

• 1 kgf/cm² không bằng 1 bar: chênh khoảng 2 %, đủ làm một áp kế đạt thành không đạt.
• Ghi rõ áp tuyệt đối hay áp dư trong mọi tài liệu: bar(a), bar(g) hoặc bara, barg; psia, psig.
• Đơn vị cột chất lỏng (mmH₂O, mmHg) phụ thuộc khối lượng riêng và g quy ước; khi chính xác cao, dùng hệ số quy ước của tiêu chuẩn chứ không tự tính với g tại chỗ.

3. Hiệu chuẩn cảm biến áp suất tuyệt đối

Có hai cách:

• Chuẩn tuyệt đối: áp kế píttông có buồng hút chân không phía trên píttông, hoặc áp kế hiện số chuẩn loại tuyệt đối. Kết quả trực tiếp, nhưng thiết bị đắt hơn.
• Chuẩn áp dư cộng khí áp kế: áp suất tuyệt đối = áp dư của chuẩn + khí áp đo bằng khí áp kế chuẩn đặt cùng độ cao. Độ không đảm bảo của khí áp kế cộng vào mọi điểm, và khí áp phải đọc ngay tại từng điểm đo vì thay đổi theo thời gian.

Điểm 0 của cảm biến tuyệt đối là chân không, không phải áp suất phòng; muốn kiểm điểm 0 phải hút chân không đủ sâu và đo bằng chuẩn chân không. Với dải chân không, chuẩn thường là áp kế màng điện dung, hiệu chuẩn trong buồng chân không theo phương pháp so sánh.

Với áp suất chênh, ngoài việc hiệu chuẩn ở áp suất tĩnh thấp, nên kiểm thêm ảnh hưởng của áp suất tĩnh cao: đặt cùng áp suất cao vào cả hai cổng và xem điểm 0 lệch bao nhiêu.

4. Vì sao khí nén nguy hiểm hơn chất lỏng

Chất lỏng gần như không nén được, nên ở cùng áp suất nó tích rất ít năng lượng: 1 lít nước ở 100 bar chỉ khoảng 23 J. Cùng thể tích khí ở 100 bar tích khoảng 18,5 kJ, gấp gần một nghìn lần, tương đương thế năng của một tấn vật nặng nâng lên gần 2 m. Khi một khớp nối bung, chất lỏng chỉ phun ra; khí giãn nở đột ngột có thể bắn văng chi tiết như viên đạn. Đó là lý do hiệu chuẩn áp suất cao nên dùng dầu hoặc nước, còn dùng khí thì phải giữ thể tích hệ thống nhỏ.

5. Quy tắc an toàn

• Chất lỏng cho áp cao, khí chỉ khi bắt buộc và giữ thể tích nhỏ.
• Phụ kiện đúng cấp áp: ống, khớp nối, van, ống mềm đều phải có áp suất làm việc lớn hơn áp suất thử; không ghép ren khác hệ (NPT với BSP) dù vặn vào được.
• Xả áp trước khi tháo: luôn xả về 0, nhìn áp kế xác nhận, rồi mới nới khớp. Có van xả an toàn hoặc van an toàn trên hệ thống thử.
• Không dùng tay dò chỗ rò: tia dầu áp cao có thể xuyên qua da, gây tổn thương nghiêm trọng mà ban đầu trông như vết đâm nhỏ. Dùng nước xà phòng, giấy, hoặc quan sát áp kế tụt.
• Che chắn và bảo hộ: kính, tấm chắn, dây giữ ống mềm để không quất khi tuột.
• Ô xy và khí cháy: thiết bị dùng cho ô xy phải sạch dầu mỡ tuyệt đối vì dầu tiếp xúc ô xy áp cao có thể bốc cháy; khí cháy cần thông gió và tránh tia lửa.
• Không vượt dải áp kế và cảm biến; quá áp làm hỏng thiết bị và có thể làm vỡ.

6. Những lỗi hay gặp

7. Xem thêm

• Cảm biến áp suất: cấu tạo, nguyên lý áp trở, điện dung, áp điện và cách chế tạo.
• Các bài khác trong loạt: áp kế píttông, hiệu chuẩn áp kế lò xo và hiện số, hiệu chuẩn transmitter 4–20 mA, các nguồn sai số khi đo áp suất.