Dado que hay muchos tipos diferentes de aplicaciones para sensores de presión, hay muchos tipos de sensores disponibles con una amplia variedad de características, ya sea para entornos hostiles o corrosivos, equipos médicos o dispositivos móviles. Seleccionar un sensor de presión significa elegir entre una amplia gama de tecnologías, paquetes, niveles de rendimiento y características para satisfacer múltiples demandas de medición de presión precisa, tales como:
Presión de gas dentro de un tanque, como un depósito de compresor industrial
Medición del nivel o volumen de líquido contenido mediante la detección de la presión en el fondo de un recipiente
Medición de las diferencias de presión entre dos puntos de un sistema, como medio para monitorizar o cuantificar el flujo de líquidos o gases
Presión barométrica: cambio en la presión atmosférica con las condiciones climáticas o con la altitud. Útil en estaciones meteorológicas, monitoreo ambiental o para ayudar a la navegación a calcular el ajuste de cuentas junto con GPS o triangulación celular
¿Qué es la presión?
Presión = Fuerza/Área
En las unidades SI (MKS), una fuerza de un Newton, aplicada a un área de un metro cuadrado, ejerce una presión de un Newton por metro cuadrado, o un Pascal.
Cualquier tipo de sensor de presión contiene un mecanismo o estructura que reacciona proporcionalmente a una fuerza aplicada. El área sobre la que se aplica la fuerza es constante, para una estructura de sensor dada.
Hay tres tipos diferentes de presiones que se pueden medir: calibre, absoluto y diferencial.
La presión de calibre es la presión medida en relación con la presión atmosférica ambiental. Puede ser positivo para presiones más altas que las atmosféricas o negativo para presiones más bajas. Un sensor de presión manométrica tendrá dos puertos, lo que permitirá que los medios estén a la presión de referencia y a la presión. Una aplicación típica para un sensor de presión manométrica es medir los niveles de agua y aceite líquido La presión del gas en un tanque ventilado utilizando la diferencia en la presión hidrostática y la presión atmosférica ambiental. La mayoría de los transmisores de presión en el mercado miden la presión del manómetro, porque la mayoría de las aplicaciones industriales pueden usar presión manométrica.
Los sensores de presión absoluta darán el resultado en relación con cero (un vacío perfecto). Los sensores tendrán un puerto para que los medios entren y ejerzan presión sobre el elemento sensor, produciendo un cambio positivo en la salida, de magnitud proporcional a la presión aplicada.
Esto es útil en aplicaciones que miden la presión atmosférica, quizás para determinar la altitud. Los sensores de presión absoluta también se utilizan en aplicaciones de medición de presión que se utilizarán en diferentes altitudes, ya que la presión atmosférica varía con la altitud, la presión manométrica no daría una lectura precisa. Este tipo de sensor se utiliza en los sistemas de control de la presión de los neumáticos para optimizar el rendimiento de los neumáticos.
Los sensores de presión diferencial miden la diferencia de presión entre dos puntos, similar a cómo funciona un sensor de calibre. Pero en este caso la presión de referencia es uno de los puntos en el sistema, según lo determinado por el diseñador del sistema. El cambio en la producción diferencial es positivo o negativo, según cuál sea mayor. La magnitud del cambio es proporcional a la diferencia de presión entre los dos dominios.
Como ejemplo, a veces se utilizan sensores diferenciales para detectar la diferencia de presión a ambos lados de un objeto. Los sensores de presión diferencial se utilizan a menudo para monitorear el flujo de aire en aplicaciones de HVAC, como sala limpia, tubería de vanitación, monitoreo de presión de aire interior, monitoreo de filtro de aire.
Vale la pena señalar que "sensor de presión" es un término genérico para describir un dispositivo de detección de presión que puede ser un sensor, un transductor o un transmisor, dependiendo del diseño de los circuitos eléctricos asociados.
El elemento sensor responsable de detectar y cuantificar los efectos de la presión aplicada produce una salida que no se puede usar directamente en un circuito electrónico, como un sistema basado en un microcontrolador. La respuesta física debe traducirse en una señal eléctrica, y luego se requiere el acondicionamiento de la señal para crear una señal adecuada y utilizable.
Los sensores de presión producen un voltaje de salida que varía con la presión que experimenta, generalmente refiriéndose al elemento sensor que detecta físicamente la presión. Hay disponibles sensores de presión de montaje en placa empaquetados que requerirán que el diseñador considere la calibración, la compensación de temperatura y la amplificación por separado.
De manera confusa, la frase "sensor de presión" también se usa a veces para describir transductores y transmisores en general. Nuestros ingenieros consideran el sensor más como un núcleo de CHIP, y usamos más núcleos de silicio (silicio de Difusión) en lugar de núcleos de cerámica llenos de aceite, que tienen un mejor rango de medición y precisión.
Los transductores de presión, como los sensores de presión, producen un voltaje de salida que varía con la presión. Un transductor en este contexto es un elemento de detección combinado con circuitos de acondicionamiento de señal, quizás para compensar las fluctuaciones de temperatura, y muy probablemente un amplificador para permitir la transmisión de señales más lejos de la fuente. Tenga en cuenta que para la mayoría de las aplicaciones existe la ventaja de especificar transductores de presión que se compensan con la temperatura en lugar de intentar implementar una compensación de temperatura personalizada en un elemento de detección de presión. Ya que las pruebas requeridas pueden ser complicadas y difíciles.
Los transmisores de presión son similares a los transductores, pero generan una señal de corriente a través de una carga de baja impedancia en lugar de una señal de voltaje. Normalmente, la salida será una salida industrial estándar de 4-20mA. Pero ahora el mercado no está muy preocupado por la confusión de los nombres de los tres, y hay salidas de corriente, voltaje y resistencia. Tenga en cuenta que en aplicaciones portátiles, los transmisores pueden desgastar las baterías si se usan constantemente en el extremo superior de su rango de presión.
Un sensor de presión electrónico se basa en una reacción física a la presión aplicada y luego mide electrónicamente el cambio proporcional resultante. Los fenómenos comúnmente utilizados incluyen cambios en la capacitancia o cambios en la resistencia óhmica de un medidor de tensión o elemento piezoeléctrico, que son proporcionales a la magnitud de la deflexión cuando se aplica presión.
Los criterios importantes, como el rango de medición, la idoneidad ambiental, el tamaño físico y los requisitos de potencia, y el tipo de medición de presión requerida rectora tendrán una influencia significativa en los ingenieros que buscan una solución específica para la aplicación.
Un sensor de presión capacitivo contiene un condensador con una placa rígida y una membrana flexible como electrodos. Siendo el área de estos electrodos fija, la capacitancia es proporcional a la distancia entre los electrodos. La presión a medir se aplica al lado de la membrana flexible, y la desviación resultante provoca un cambio en la capacitancia que se puede medir utilizando un circuito eléctrico.
Un transductor de presión capacitivo se basa en el cambio de capacitancia producido por la desviación de la membrana, que altera la geometría del condensador
En un sensor de presión de tipo medidor de tensión, los medidores de deformación de lámina o silicio están dispuestos como un puente de Wheatstone. El medidor de tensión está unido a algún tipo de diafragma, que se desvía cuando se aplica presión. A continuación, la señal resultante se mide, amplifica y acondiciona mediante el circuito del puente Wheatstone para proporcionar una salida de voltaje de transductor o corriente de transmisor adecuada representativa de la presión aplicada, como se muestra en el diagrama.
Un Diagrama de circuito de un sensor de tipo puente
Los elementos de detección piezorresistentes también se pueden disponer en una formación de puente similar. El diagrama a continuación ilustra cómo los elementos de detección de un sensor de presión de tipo puente están unidos a un diafragma flexible, de modo que la resistencia cambia de acuerdo con la magnitud de la desviación del diafragma. La linealidad general del sensor depende de la estabilidad del diafragma, sobre el rango de medición indicado, así como de la linealidad de los medidores de deformación o elementos piezorresistentes.
Los elementos del sensor de presión piezorresistentes miden los cambios de resistencia según la magnitud de la reflexión del diafragma
Es fácil imaginar un sensor de presión piezorresistivo o capacitivo como un dispositivo grande, y MEMS es el tipo mini. Desafortunadamente, LEFOO actualmente no tiene planes de desarrollar productos MEMS.
Comprender los tipos de sensores de uso común, sus principios operativos y los modos de uso (absolutos, de calibre o diferenciales) puede ayudar a los ingenieros a tomar decisiones de selección iniciales al identificar el sensor más adecuado para elegir para una aplicación determinada.
Los materiales utilizados y el tipo de construcción pueden tener una influencia importante sobre aspectos como el rango de medición, factores limitantes como la presión máxima de supervivencia a la que se puede exponer un sensor, su tiempo de estabilización después de la soldadura y estabilidad a largo plazo en la aplicación deseada.
Una comprensión de las propiedades de salida eléctrica, Y los circuitos necesarios para interactuar correctamente con el sistema electrónico host, generalmente un microcontrolador, o un sistema de control basado en microprocesador, pueden ayudar a evaluar cómo la elección del sensor de presión influirá en los posibles desafíos de integración electrónica....
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