Zero và span là gì? Hiểu đúng để hiệu chuẩn cảm biến công nghiệp

Đăng ngày 06/04/2026 · Cập nhật 26/10/2026

Zero và span là hai khái niệm xuất hiện trên mọi cảm biến có tín hiệu ra tương tự, từ transmitter áp suất, nhiệt độ đến máy phân tích khí. Hiểu đúng hai khái niệm này giúp anh em đọc được bảng hiệu chuẩn, cài đúng dải đo, và biết một cảm biến đang lệch kiểu gì trước khi đụng tay vào chỉnh. Bài này tập trung vào phần khái niệm và cách phân tích. Thao tác chỉnh cụ thể cho từng loại cảm biến có ở bài hiệu chỉnh zero và span cảm biến.

Định nghĩa

• Zero (điểm không, LRV – Lower Range Value): giá trị đại lượng đo ứng với đầu ra thấp nhất, ví dụ 4 mA.
• Span (khoảng đo): hiệu giữa giá trị trên và giá trị dưới của dải, span = URV − LRV.
• Range (dải đo): cặp giá trị LRV đến URV.
• Giới hạn cảm biến (LRL, URL – Lower/Upper Range Limit): dải mà phần cứng cảm biến đo được. Dải cài đặt phải nằm trong giới hạn này.

Ví dụ transmitter có giới hạn cảm biến 0 đến 40 bar, được cài dải 0 đến 10 bar. Khi đó zero = 0 bar (4 mA), URV = 10 bar (20 mA), span = 10 bar. Tỉ số URL / span = 4, gọi là turndown 4:1.

Zero lệch, span lệch và phi tuyến trông khác nhau thế nào

Vẽ đồ thị đầu ra theo giá trị chuẩn tại 5 điểm (0, 25, 50, 75, 100%) là cách nhanh nhất để biết cảm biến lệch kiểu gì.

Ý nghĩa thực tế: lỗi zero và span chỉnh được. Phi tuyến và trễ lớn thì chỉnh không hết, đó là dấu hiệu nên thay cảm biến. Phân biệt được điều này giúp tránh mất cả buổi vặn biến trở cho một cảm biến đã hỏng.

Zero nâng và zero hạ: chuyện của đo mức bằng chênh áp

Không phải lúc nào zero cũng bằng 0. Với transmitter đo mức lắp thấp hơn đáy bồn, cột chất lỏng trong ống dẫn áp tạo ra áp suất ngay cả khi bồn rỗng.

Ví dụ bồn hở chứa nước, cần đo 0 đến 3 m, transmitter lắp thấp hơn điểm lấy áp 0,5 m. Mỗi mét nước tạo khoảng 98,07 mbar. Khi bồn rỗng, transmitter vẫn chịu 0,5 m nước, tức khoảng 49 mbar. Khi đầy, chịu 3,5 m, khoảng 343 mbar. Dải cài đặt là 49 đến 343 mbar, span 294 mbar. Trường hợp LRV dương như thế này gọi là zero suppression (zero bị nén).

Ngược lại, với bồn kín dùng ống ướt (wet leg) ở phía thấp áp, áp suất chênh khi bồn rỗng là số âm, LRV âm, gọi là zero elevation (zero nâng). Đặt dải 0 đến 3 m “theo cảm tính” trong các trường hợp này sẽ cho số đọc sai ngay từ đầu dù transmitter hoàn toàn tốt.

Turndown ảnh hưởng độ chính xác ra sao

Nhiều transmitter công bố độ chính xác theo % span, nhưng chỉ đúng khi turndown nhỏ hơn một ngưỡng nhất định. Vượt ngưỡng đó, hãng đưa công thức sai số tăng theo tỉ số URL / span. Hiểu đơn giản: dùng cảm biến 0 đến 40 bar để đo dải 0 đến 0,5 bar thì sai số tính ra bar gần như không đổi, nhưng tính theo % span thì tăng rất mạnh. Khi chọn thiết bị, chọn giới hạn cảm biến sát với dải làm việc, chừa biên cho quá áp, thay vì chọn dải thật lớn “cho chắc”.

Zero và span ở các loại thiết bị khác

• Transmitter nhiệt độ RTD, thermocouple: zero và span chính là nhiệt độ ứng với 4 mA và 20 mA. Hiệu chuẩn bằng bộ phát tín hiệu (simulator) cho riêng bộ chuyển đổi, và bằng lò chuẩn cho cả vòng đo. Xem bài hiệu chuẩn RTD và thermocouple.
• Máy đo pH: khái niệm tương ứng là offset (điểm không, chỉnh bằng dung dịch đệm pH 7) và slope (độ dốc, chỉnh bằng đệm pH 4 hoặc 10).
• Đầu dò khí: chỉnh zero bằng không khí sạch hoặc khí zero, chỉnh span bằng khí chuẩn nồng độ biết trước. Bình khí chuẩn phải còn hạn.
• Cân điện tử, loadcell: zero khi không tải, span bằng quả cân chuẩn gần mức tải làm việc.

Tín hiệu 4-20 mA và zero sống

Tín hiệu 4-20 mA đặt zero ở 4 mA chứ không phải 0 mA để phân biệt “giá trị bằng 0” với “đứt dây”. Dòng dưới khoảng 3,8 mA hoặc trên khoảng 20,5 mA thường được coi là bất thường, và nhiều thiết bị theo khuyến nghị NAMUR NE 43 xuất dòng báo lỗi dưới 3,6 mA hoặc trên 21 mA. Khi cài cảnh báo trên PLC, nên dùng các ngưỡng này. Chi tiết ở bài tín hiệu 4-20 mA và 0-10 V.

Xem thêm: FX3U-4AD Mitsubishi: Module Analog 4 Kênh – Thông Số, Đấu Dây, Cài Đặt Và Báo Giá

Hướng dẫn hiệu chỉnh zero và span thực tế theo từng loại thiết bị

Sau khi đã hiểu zero, span và các kiểu lệch ở trên, phần này đi vào thao tác cụ thể: cần chuẩn bị gì, chỉnh thế nào trên từng loại transmitter, và xử lý ra sao khi không chạm được vào cảm biến.

Nguyên tắc chung trước khi chỉnh

1. Đo as-found trước. Ghi lại sai số tại ít nhất 3 đến 5 điểm. Không có số liệu này thì không biết cảm biến trôi bao nhiêu sau một chu kỳ, và không có cơ sở quyết định chu kỳ hiệu chuẩn.
2. Chuẩn phải tốt hơn thiết bị cần chỉnh khoảng 4 lần. Chỉnh transmitter theo một đồng hồ cơ kém chính xác hơn nó là làm cho nó sai đi.
3. Báo vận hành và chuyển vòng điều khiển sang tay nếu chỉnh tại chỗ. Tín hiệu sẽ nhảy trong lúc thao tác.
4. Zero trước, span sau. Lặp lại nếu hai điều chỉnh ảnh hưởng nhau.
5. Đo as-left và lưu hồ sơ.

Cách chỉnh theo từng loại thiết bị

Transmitter analog có biến trở

Mở nắp phía hộp điện tử, tìm hai biến trở đánh dấu Z và S. Đặt giá trị chuẩn bằng LRV, xoay Z cho đến khi dòng ra đúng 4,00 mA. Đặt giá trị chuẩn bằng URV, xoay S cho đến 20,00 mA. Quay lại kiểm tra điểm LRV, thường sẽ lệch một chút do span kéo theo zero. Lặp 2 đến 3 lần. Sau cùng kiểm tra điểm 50%: nếu vẫn lệch đáng kể là lỗi phi tuyến, không chỉnh bằng biến trở được.

Transmitter có nút bấm zero/span tại chỗ

Nhiều transmitter thông minh có nút zero và span trên thân hoặc dưới nhãn. Thao tác chung: cấp áp đúng LRV, giữ nút zero vài giây; cấp áp đúng URV, giữ nút span. Lưu ý quan trọng: trên nhiều dòng, thao tác này là đặt lại dải đo theo áp suất đang cấp vào chứ không phải sensor trim. Nếu áp cấp vào không chính xác, dải đo mới cũng sai theo. Đọc tài liệu của đúng model trước khi bấm, và một số nhà máy khóa chức năng này để tránh người không có nhiệm vụ thao tác.

Transmitter HART

Dùng HART communicator hoặc phần mềm (qua modem HART, cần điện trở 250 Ω trong vòng):

• Zero trim: chỉnh lệch zero tại vị trí lắp, dùng khi transmitter đã ở hiện trường và đang chịu áp 0 (cân bằng manifold với transmitter chênh áp).
• Sensor trim (lower / upper): chỉnh cảm biến theo hai điểm chuẩn. Đây là hiệu chỉnh đầy đủ, nên làm trên giàn với chuẩn tốt.
• Analog output trim: chỉnh để dòng ra thực tế khớp với giá trị 4 mA và 20 mA mà transmitter tính được, cần máy đo mA chính xác.

Bộ chuyển đổi tín hiệu, cách ly tín hiệu

Các bộ chuyển đổi tín hiệu (ví dụ dòng của Seneca) thường cài dải vào/ra bằng DIP switch hoặc phần mềm. Chỉnh bằng cách cấp tín hiệu chuẩn từ bộ phát tín hiệu vào đầu vào và đo đầu ra. Nhớ rằng chỉnh bộ chuyển đổi chỉ hiệu chuẩn phần điện tử, không hiệu chuẩn cảm biến phía trước.

Cảm biến mức radar, siêu âm

Không có zero/span theo nghĩa áp suất. Tương đương là cài khoảng cách bồn rỗng (empty) và bồn đầy (full) tính từ điểm tham chiếu của cảm biến. Sai ở đây thường do nhập sai điểm tham chiếu (mặt bích hay đầu anten) hoặc chưa làm map nhiễu cho bồn có kết cấu bên trong.

Khi không chạm được vào cảm biến: quy đổi trong PLC

Đầu vào analog của PLC đọc ra một số nguyên (raw count). Công thức quy đổi tuyến tính:

Giá trị = (raw − raw_min) / (raw_max − raw_min) × (EU_max − EU_min) + EU_min

Ví dụ module đọc 4-20 mA ra 0 đến 4000, cảm biến 0 đến 10 bar. Raw = 2000 thì giá trị = 2000 / 4000 × 10 = 5 bar. Thay đổi EU_min, EU_max trong PLC là cách đổi zero và span phía hệ thống điều khiển. Tuy vậy, đừng dùng cách này để “che” một cảm biến đang trôi: con số trên SCADA đúng nhưng hồ sơ hiệu chuẩn sai, và lần thay cảm biến sau sẽ lệch ngược lại. Tín hiệu 4-20 mA và các ngưỡng báo đứt dây xem ở bài tín hiệu 4-20 mA và 0-10 V.

Các lỗi hay gặp khi chỉnh

Câu hỏi thường gặp

Đổi dải đo (rerange) có phải là hiệu chuẩn không?

Không. Rerange chỉ đổi cách quy đổi giá trị đo ra 4-20 mA. Nếu cảm biến đang sai, rerange không sửa được. Hiệu chuẩn phải có chuẩn đối chứng. Xem thêm calibration và adjustment.

Chỉnh zero trước hay span trước?

Zero trước, span sau, lặp lại vài lần nếu hai điều chỉnh ảnh hưởng nhau. Với cảm biến áp suất tuyệt đối, không chỉnh zero bằng cách mở ra khí quyển vì khi đó áp suất thực khoảng 1 bar.

Sai số bao nhiêu là chấp nhận được?

Theo yêu cầu của điểm đo, không theo cảm giác. Cách xác định giới hạn sai số và độ không đảm bảo đo có ở bài sai số cảm biến là gì.

Đọc thêm: Calibration và adjustment khác nhau thế nào?

Chỉnh xong bao lâu phải chỉnh lại?

Theo lịch sử trôi của chính điểm đo đó. Bắt đầu với 12 tháng, rút ngắn nếu as-found thường vượt giới hạn, kéo dài nếu nhiều kỳ liền vẫn đạt. Phân biệt rõ việc hiệu chuẩn và hiệu chỉnh ở bài calibration và adjustment.

Có cần tháo cảm biến về xưởng không?

Zero trim và kiểm tra nhanh làm tại chỗ được. Hiệu chuẩn đầy đủ nhiều điểm nên làm trên giàn để kiểm soát rò rỉ, nhiệt độ và cột áp tốt hơn.