SENSOR DE ALTA PRESIÓN

Como recordatorio, la presión representa una fuerza aplicada a una superficie. Además, un sensor o transmisor de presión es un dispositivo capaz de transformar la presión en una señal eléctrica. Por lo tanto, el sensor de presión generalmente consta de una membrana y, a menudo, de componentes electrónicos de acondicionamiento (cuando se amplifica la señal). La membrana que está equipada con calibres se deformará bajo tensión. La señal ligada a esta deformación pasa por la electrónica integrada para ser filtrada y amplificada allí. Los sensores son nuestros ojos en muchos campos, y el sensor de presión permite ver y controlar muchos fenómenos en muchas industrias. Ejemplo de aplicaciones:

Medida de presión de entrada en carros térmicos

Control y automatización de procesos industriales (industria farmacéutica, alimentaria) Abastecimiento de agua.

La presión se define como la fuerza aplicada por un líquido o un gas sobre una superficie y suele medirse en unidades de fuerza por unidad de superficie; las unidades habituales son el pascal (Pa), el bar (bar), el N / mm2 o la psi (libras por pulgada cuadrada).

Definición de sensor: Un sensor es un dispositivo que mide una magnitud física y la traduce en una señal; la magnitud en cuestión es, por ejemplo, la temperatura, la longitud, la fuerza o, por supuesto, la presión. La señal transmitida es generalmente una señal eléctrica, pero también puede ser óptica.

Un sensor de presión es, por tanto, un instrumento que comprende tanto un elemento sensible a la presión para determinar la presión real aplicada al sensor como determinados componentes para convertir esta información en una señal de salida.

¿CÓMO FUNCIONAN LOS SENSORES DE PRESIÓN?

Los sensores de presión pueden utilizar varias tecnologías para proporcionar resultados precisos. He aquí una lista de las tecnologías más comunes:

Los transductores de presión basados en galgas extensométricas (también conocidos como galgas extensométricas) utilizan un elemento sensible a la presión al que se adhieren galgas extensométricas metálicas o se aplican por pulverización galgas de película fina. Este elemento de medición puede ser un diafragma o, en el caso de las galgas extensométricas metálicas, también pueden utilizarse cuerpos de medición de tipo cilíndrico. Las principales ventajas de este diseño monolítico son una mayor rigidez y la capacidad de medir las presiones más elevadas, de hasta 15.000 bar. La conexión eléctrica se realiza normalmente mediante un puente de Wheatstone, lo que proporciona una buena amplificación de la señal y unos resultados de medición precisos y coherentes.  Consulte nuestra gama de transductores de presión de galgas extensométricas.

Los transductores de presión capacitivos utilizan una cavidad de presión y un diafragma para producir un condensador variable. El diafragma se deforma cuando se aplica presión y la capacitancia disminuye en consecuencia. Este cambio en la capacitancia puede medirse eléctricamente y ajustarse en función de la presión aplicada. Estos sensores están limitados a presiones bajas, de unos 40 bares.

Los transductores de presión pies resistivos están formados por un diafragma -en su mayoría de silicio- con galgas extensométricas integradas para detectar la deformación debida a la presión aplicada. Estas galgas extensométricas suelen configurarse en un circuito de puente de Wheatstone para reducir la sensibilidad y aumentar la eficacia. Debido al material utilizado, la limitación de presión es de unos 1.000 bares.

A diferencia de las tecnologías anteriores, todas las cuales utilizan la deflexión de un cuerpo de medición, los transductores de presión resonantes utilizan cambios de frecuencia resonante en un mecanismo de detección para medir la deformación causada por la presión aplicada. Dependiendo del diseño de estos transductores, el elemento resonante puede estar expuesto al sustrato, donde la frecuencia resonante depende entonces de la densidad del sustrato. A veces, estos sensores también son sensibles a los choques y las vibraciones.

Existen otros sensores de presión que tampoco utilizan cuerpos de medición. Estos sensores pueden ser térmicos o de ionización, y utilizan los cambios de conductividad térmica debidos a los cambios de densidad en el flujo de partículas cargadas para medir la presión aplicada.

TIPOS DE MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

Los sensores de presión pueden clasificarse en función de sus propiedades, como el rango de presión que miden, los rangos de temperatura de funcionamiento o el tipo de presión que miden.

• Los sensores de presión pueden ser de presión absoluta, manométrica, manométrica sellada o diferencial.
• Los transductores de presión absoluta miden la presión en relación con una cámara de referencia (casi vacía).
• Los transductores de presión manométrica -o transductores de presión relativa- se utilizan para medir la presión en relación con la presión atmosférica actual.
• Los transductores de presión manométrica sellados son como los transductores de presión manométrica, pero miden la presión relativa a una presión fija en lugar de la presión atmosférica actual.
• Los transductores de presión diferencial determinan la diferencia entre dos presiones y pueden utilizarse para medir caídas de presión, niveles de fluido y caudales.

La ventaja obvia de un transductor de presión absoluta es que siempre mide contra la misma presión de referencia (vacío) y no se ve afectado por los cambios en la presión atmosférica. También se ve menos afectado por los cambios de temperatura.

¿CÓMO ELEGIR UN SENSOR DE PRESIÓN?

DIFERENCIA ENTRE SENSOR DE PRESIÓN Y TRANSMISOR

Como se mencionó anteriormente, un sensor se compone de galgas extensométricas. Bajo el estrés mecánico de la presión, generan una señal bruta en mV/V, una señal de bajo nivel que no se amplifica y sin compensación de temperatura. En esta configuración, hablaremos de un sensor de presión. Sin embargo, es común amplificar la señal y compensarla en temperatura. En esta configuración, hablaremos de un transmisor de presión. Tenga en cuenta que no todos los transmisores de presión tienen compensación de temperatura. Pero su señal de salida está condicionada para presentarlas en forma de señales estándar como 4 – 20 mA, 0 – 10V etc. Por lo tanto, el transmisor de presión tiene una señal de alto nivel preacondicionada que es menos sensible al ruido y transportable a distancias más largas.

PARÁMETROS A CONSIDERAR AL ELEGIR UN SENSOR O TRANSMISOR

Existen tres tecnologías principales para la medición de presión:

• Pies resistiva (silicio)
• Capa gruesa (cerámica)
• Capa delgada
• Cada una tiene sus ventajas y desventajas, consulte el artículo dedicado (Aplicación -> Medición de presión).

Tipo de fluido a medir

La naturaleza del fluido cuya presión se va a medir es un factor importante. Por ejemplo, en la industria alimentaria, la naturaleza de los productos fomenta el uso de membranas enrasadas. Esto permite evitar los riesgos de depósitos y obstrucciones que podrían conducir al mal funcionamiento del sensor o transmisor de presión de este último.

Dinámica de fluidos

Dependiendo de las necesidades de las aplicaciones, se debe elegir entre un sensor o un transmisor capaz de ver fenómenos rápidos y uno que no lo es. De hecho, en una aplicación en la que se deseen ver variaciones rápidas, el sensor de presión dinámica será esencial. Si se utiliza un transmisor de presión, se debe comprobar el ancho de banda.

El tipo de presión

No todos los sensores o transmisores de presión miden de la misma manera a pesar de un principio de medición idéntico. De hecho, se mide una diferencia entre los dos lados opuestos de la membrana elástica. El lado que no es de proceso es la presión de referencia. Estas son las presiones de referencia de los diferentes tipos de sensores de presión:

Presión absoluta: su presión de referencia es el vacío

Presión relativa: su presión de referencia es la presión atmosférica

Presión relativa sellada: su presión de referencia es la presión atmosférica (sin variación)

La presión diferencial: su referencia la presión es otra presión (medida de la diferencia de presión entre un punto A y un punto B)

Entorno de trabajo de los sensores

El entorno de trabajo del sensor de presión o transmisor determinará la elección del nivel de protección IP. Pero también su rango de temperatura de funcionamiento. Si se requiere compensación de temperatura y una señal de salida amplificada, se requiere el transmisor de presión. No descuide la robustez del sensor en caso de vibración.

Rango de medición y precisión

Los sensores de presión, según la tecnología, pueden medir desde unos pocos pascales hasta miles de bares. Por lo tanto, es necesario definir el rango de presión adaptado a su aplicación. También se debe considerar la «precisión», que incluye el error de linealidad, la histéresis y la no repetibilidad. También se deben tener en cuenta otros factores para determinar la precisión: cero y error de pendiente, deriva debido a la temperatura, etc.

El diseño mecánico del sensor.

Existen sensores y transmisores de presión de diferentes diseños, con múltiples sistemas de conexión a proceso. Entre estos sistemas se pueden citar la fijación por brida, por atornillado o incluso acoplamientos rápidos para transmisores de baja presión. Esta elección a veces está limitada por el tipo de fluido presente en el proceso.

Las propiedades eléctricas del sensor.

Una señal de mV/V se denomina señal de bajo nivel porque tiene amplificación. Esta señal puede ser adecuada para uso en laboratorio. En un entorno industrial, esta señal está expuesta al ruido de la máquina. Por lo tanto, están disponibles salidas analógicas amplificadas: 4-20mA, 0-10V. O digital: RS485, CANopen , IO-Link, etc. Ahora es posible prescindir del cable gracias a los sistemas inalámbricos, con posibilidad de hacer conectado el sensor, para la supervisión remota.

TIPOS DE PRESIÓN

En comparación con la temperatura, la presión es una de las variables de estado físico más importantes. La presión se define como una fuerza (F N) que actúa uniformemente sobre un área definida (A). Los diferentes tipos de presión solo se diferencian por la presión de referencia.

Ya sea presión absoluta, presión manométrica o presión diferencial. Con WIKA encontrará el instrumento de medición adecuado para cada tipo de presión:

Presión atmosférica

La presión atmosférica es probablemente la más importante para la vida en la tierra, p amb (amb = ambiens = ambiente). Es creado por el peso de la atmósfera que rodea la tierra hasta una altura de aprox. 500 km. Hasta esta altura, a la que la presión absoluta p abs = cero, su amplitud decrece continuamente. Además, la presión atmosférica está sujeta a fluctuaciones dependientes del clima, lo cual es bien conocido por el informe meteorológico diario. A nivel del mar, p amb promedia 1.013,25 hectopascales (hpa), lo que corresponde a 1.013,25 milibares (mbar). Con «ciclones» y «anticiclones», esta presión varía en aproximadamente un 5%.

¿Qué es la presión absoluta?

El sensor de presión absoluta tiene una medición que se realiza en relación con la presión de vacío. Da un valor a partir de una referencia de vacío que se sella al nivel del sensor. La sonda de presión absoluta se utiliza principalmente en meteorología para identificar la presión atmosférica. Se utiliza en la industria alimentaria para garantizar un cierto nivel de vacío en el interior de los envases.

Los sensores de presión absoluta tienen una conexión de presión única que proporciona aire para probar con la oportunidad de ingresar al sistema.

La ventaja de la sonda de presión absoluta radica en que las variaciones de la presión del aire no modifican la presión medida.

Al elegir un sensor de presión, es necesario que el usuario tenga en cuenta sus necesidades, así como sus diferencias.

La presión de referencia más clara es la presión cero (vacío), que existe en el espacio de aire libre del universo. Una presión que está relacionada con esta presión de referencia se llama presión absoluta. Para diferenciarla de otros tipos de presión, se la señala con el índice «abs», que deriva del latín «absolutos», que significa separado, independiente.

Presión diferencial

Como su nombre indica, el sensor de presión diferencial tiene la función de medir una diferencia negativa o positiva entre dos presiones, por medio de 2 conexiones de presión. La sonda de presión diferencial también se puede utilizar para medir caídas de presión, así como niveles de fluidos y caudales.

Este tipo de sensor se utiliza principalmente en medicina para medir intercambios en ingeniería climática y respiratoria. La presión diferencial se mide y controla en cualquier lugar donde la diferencia de presión pueda ser significativa. Sus áreas de uso son salas de laboratorio, quirófanos, así como salas blancas.

La diferencia entre dos presiones, p 1 yp 2, se conoce como presión diferencial, Δp = p 1 – p 2. En los casos en que la diferencia entre dos presiones represente en sí misma la cantidad medida, se hace referencia a la presión diferencial p2.

Sobrepresión (presión relativa)

La presión más frecuentemente medida en el campo tecnológico es la presión atmosférica diferencial, P e (e = excedens = overshoot). Es la diferencia entre una presión absoluta, p abs, y la correspondiente presión atmosférica (absoluta) (p e = p abs – p amb ) y se conoce, en definitiva, como sobrepresión o presión manométrica.

La sobrepresión positiva se indica cuando la presión absoluta es mayor que la presión atmosférica. De lo contrario, se denomina sobrepresión negativa.

Los índices de los símbolos de fórmula «abs», «amb» y «e» definen claramente el punto de referencia de cada presión. Se adjuntan solo a la letra de la fórmula p, y no a los símbolos de la unidad.

El sensor de presión relativa

La presión relativa se revela como una presión que va más allá de la atmosférica. Este es el tipo de presión más utilizado, debido a que los sensores, en su mayor parte, están sujetos a la presión atmosférica y por lo tanto miden relativa.

En el sensor de presión relativa, la presión atmosférica ambiente es la que representa la referencia. Los sensores de presión relativa pueden mostrar presiones positivas cuando se encuentra que la presión medida es más alta que la presión atmosférica. De lo contrario, pueden mostrar presiones negativas. Este es el tipo de sensor que se requiere para controlar la presión que se encuentra en los neumáticos.

Al igual que los sensores de presión absoluta, las sondas de presión relativa tienen una única conexión de presión. En cuanto a la presión ambiente, entra por la parte trasera de la membrana de la sonda, por un tubo o por una rendija.