Uma vez que existem muitos tipos diferentes de aplicações para sensores de pressão, existem muitos tipos de sensores disponíveis com uma ampla variedade de características, seja para ambientes agressivos ou corrosivos, equipamentos médicos ou dispositivos móveis. Selecionar um sensor de pressão significa escolher entre uma vasta gama de tecnologias, pacotes, níveis de desempenho e recursos para atender a várias demandas de medição de pressão precisa, como:
Pressão de gás dentro de um tanque, como um reservatório de compressor industrial
Nível de medição ou volume de líquido contido detectando a pressão no fundo de um recipiente
Medir diferenças de pressão entre dois pontos de um sistema, como meio de monitorar ou quantificar o fluxo de líquidos ou gases
Pressão barométrica: mudança na pressão atmosférica com as condições climáticas ou com altitude. Útil em estações meteorológicas, monitoramento ambiental ou para auxiliar na navegação de cálculo morto ao lado de GPS ou triangulação celular
O que é pressão?
Pressão = Força/Área
Em unidades SI (MKS), uma força de um Newton, aplicada a uma área de um metro quadrado, exerce uma pressão de um Newton por metro quadrado, ou um Pascal.
Qualquer tipo de sensor de pressão contém um mecanismo ou estrutura que reage proporcionalmente a uma força aplicada. A área sobre a qual a força é aplicada é constante, para uma determinada estrutura de sensor.
Existem três tipos diferentes de pressões que podem ser medidas: medidor, absoluto e diferencial.
A pressão do medidor é a pressão medida em relação à pressão atmosférica ambiente. Pode ser positivo para pressões mais altas do que a atmosférica ou negativo para pressões mais baixas. Um sensor de pressão manométrica terá duas portas, permitindo a mídia na pressão de referência e na pressão. Uma aplicação típica para um sensor de pressão manométrica é medir a pressão do gás dos níveis de óleo de água em um tanque ventilado usando a diferença na pressão hidrostática e na pressão atmosférica ambiente. A maioria dos transmissores de pressão no mercado mede a pressão manométrica, porque a maioria das aplicações industriais pode usar pressão manométrica.
Sensores de pressão absoluta darão o resultado em relação a zero (um vácuo perfeito). Os sensores terão uma porta para a mídia entrar e exercer pressão sobre o elemento sensor, produzindo uma mudança positiva na saída, de magnitude proporcional à pressão aplicada.
Isso é útil em aplicações que medem a pressão atmosférica, talvez para determinar a altitude. Sensores de pressão absoluta também são usados em aplicações de medição de pressão que serão usadas em diferentes altitudes, uma vez que a pressão atmosférica varia com a altitude, a pressão manométrica não forneceria uma leitura precisa. Este tipo de sensor é usado em sistemas de monitoramento da pressão dos pneus para otimizar o desempenho dos pneus.
Os sensores de pressão diferencial medem a diferença de pressão entre dois pontos, semelhante ao funcionamento de um sensor de medidor. Mas, neste caso, a pressão de referência é um dos pontos no sistema, conforme determinado pelo designer do sistema. A mudança na produção diferencial é positiva ou negativa, dependendo de qual é maior. A magnitude da mudança é proporcional à diferença de pressão entre os dois domínios.
Como exemplo, sensores diferenciais às vezes são usados para detectar a diferença de pressão em ambos os lados de um objeto. Os sensores de pressão diferencial são frequentemente usados para monitorar o fluxo de ar em aplicações HVAC, como sala limpa, tubo de vaitação, monitoramento da pressão do ar interno, monitoramento do filtro de ar.
Vale a pena notar que “sensor de pressão” é um termo genérico para descrever um dispositivo sensor de pressão que pode ser um sensor, um transdutor ou um transmissor, dependendo do projeto de circuitos elétricos associados.
O elemento de detecção responsável por detectar e quantificar os efeitos da pressão aplicada produz uma saída que não pode ser usada diretamente em um circuito eletrônico-como um sistema baseado em microcontrolador. A resposta física precisa ser traduzida em um sinal elétrico e, em seguida, o condicionamento de sinal é necessário para criar um sinal adequado e utilizável.
Os sensores de pressão produzem uma tensão de saída que varia com a pressão que experimenta, geralmente se referindo ao elemento sensor que está detectando fisicamente a pressão. Sensores de pressão de montagem em placa embalados estão disponíveis, o que exigirá que o projetista considere a calibração, compensação de temperatura e amplificação separadamente.
De forma confusa, a frase “sensor de pressão” às vezes também é usada para descrever transdutores e transmissores em geral. Nossos engenheiros consideram o sensor mais como um núcleo de chip, e usamos mais núcleos de silício com óleo (silício de difusão) em vez de núcleos de cerâmica, que têm melhor faixa de medição e precisão.
Transdutores de pressão, como sensores de pressão, produzem uma tensão de saída que varia com a pressão. Um transdutor neste contexto é um elemento de detecção combinado com o circuito de condicionamento de sinal, talvez para compensar as flutuações de temperatura, e muito provavelmente um amplificador para permitir a transmissão de sinais mais longe da fonte. Observe que, para a maioria das aplicações, há uma vantagem em especificar transdutores de pressão que são compensados por temperatura, em vez de tentar implementar compensação de temperatura personalizada em um elemento sensor de pressão, como o teste necessário pode ser complicado e difícil.
Os transmissores de pressão são semelhantes aos transdutores, mas geram um sinal de corrente através de uma carga de baixa impedância em vez de um sinal de tensão. Normalmente, a saída será uma saída industrial padrão 4-20mA. Mas agora o mercado não está muito preocupado com a confusão dos nomes dos três, e há saídas de corrente, tensão e resistência. Esteja ciente de que em aplicações portáteis, os transmissores podem desgastar as baterias se forem usadas de forma consistente na extremidade superior de sua faixa de pressão.
Um sensor de pressão eletrônico depende de uma reação física à pressão aplicada e, em seguida, medindo a mudança proporcional resultante eletronicamente. Os fenômenos comumente usados incluem mudanças na capacitância, ou mudanças na resistência ôhmica de um medidor de tensão ou elemento piezoelétrico, que são proporcionais à magnitude da deflexão quando a pressão é aplicada.
Critérios importantes como faixa de medição, adequação ambiental, tamanho físico e requisitos de energia e o tipo de medição de pressão necessária terão uma influência orientadora significativa sobre os engenheiros que procuram uma solução específica para a aplicação.
Um sensor de pressão capacitiva contém um capacitor com uma placa rígida e uma membrana flexível como eletrodos. A área desses eletrodos sendo fixada, a capacitância é proporcional à distância entre os eletrodos. A pressão a ser medida é aplicada ao lado da membrana flexível, e a deflexão resultante causa uma mudança na capacitância que pode ser medida usando um circuito elétrico.
Um transdutor de pressão capacitivo depende da mudança de capacitância produzida pela deflexão da membrana, que altera a geometria do capacitor
Em um sensor de pressão do tipo medidor de tensão, medidores de tensão de folha ou silício são dispostos como uma ponte de Wheatstone. O medidor de tensão é conectado a algum tipo de diafragma, que desvia quando a pressão é aplicada. O sinal resultante é então medido, amplificado e condicionado pelo circuito da ponte de Wheatstone para fornecer uma saída de transdutor-tensão ou transmissor-corrente adequada representativa da pressão aplicada, conforme mostrado no diagrama.
Um diagrama de circuito de um sensor do tipo ponte
Elementos de detecção piezorresistivos também podem ser dispostos em uma formação de ponte semelhante. O diagrama abaixo ilustra como os elementos de detecção de um sensor de pressão do tipo ponte são conectados a um diafragma flexível, de modo que a resistência muda de acordo com a magnitude da deflexão do diafragma. A linearidade geral do sensor depende da estabilidade do diafragma, acima da faixa de medição declarada, bem como da linearidade dos medidores de tensão ou elementos piezorresistivos.
Os elementos do sensor de pressão piezoresistiva medem as mudanças de resistência de acordo com a magnitude da reflexão do diafragma
É fácil imaginar um sensor de pressão piezoresistivo ou capacitivo como um dispositivo grande, e MEMS é o mini tipo. Infelizmente, a LEFOO atualmente não tem planos de desenvolver produtos MEMS.
Compreender os tipos de sensores de uso comum, seus princípios operacionais e modos de uso (absoluto, medidor ou diferencial) pode ajudar os engenheiros a tomar decisões iniciais de seleção ao identificar o sensor mais adequado para escolher para uma determinada aplicação.
Os materiais utilizados e o tipo de construção podem ter uma influência importante sobre aspectos como a faixa de medição, limitando fatores como a pressão máxima de sobrevivência à qual um sensor pode ser exposto, seu tempo de estabilização após a soldagem e estabilidade a longo prazo na aplicação pretendida.
Uma compreensão das propriedades da saída elétrica, e o circuito necessário para interagir adequadamente com o sistema eletrônico host-normalmente um sistema de controle baseado em microcontrolador ou microprocessador-pode ajudar a avaliar como a escolha do sensor de pressão influenciará os prováveis desafios de integração eletrônica...
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