La rangeabilità e la dinamica di misura sono caratteristiche fondamentali dei sensori di pressione. In parole povere, la rangeabilità si riferisce al rapporto tra la pressione massima e la pressione minima che un sensore di pressione è in grado di misurare con precisione. La dinamica di misura, spesso sinonimo di rangeabilità, indica specificatamente la capacità massima di un dispositivo di misura rispetto alla sua capacità minima misurabile.
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Vi state chiedendo cosa significano i termini "rangeabilità" e "dinamica di misura" in un sensore di pressione? Questi termini tecnici vi sembrano confusi e vorreste capirci qualcosa di più?
In questo articolo approfondiremo il concetto di rangeabilità e dinamica di misura nei sensori di pressione. Spiegheremo cosa significano questi termini, perché sono importanti e come influenzano il funzionamento di un sensore di pressione.
Esploreremo anche concetti correlati quali le capacità di pressione massima e minima, l'importanza dell'intervallo di misura e il modo in cui possono essere applicati i concetti di rangeabilità e dinamica di misura.
La rangeabilità, comunemente chiamata dinamica di misura, è un parametro critico nei sistemi di controllo, in particolare quando si tratta di sensori di pressione di processo. Che si tratti della dinamica di misura di un sensore di pressione differenziale, di un sensore di pressione relativa o di un sensore di pressione assoluta, si tratta di una formula semplice che confronta il campo massimo misurabile di un dispositivo con il suo campo minimo misurabile.
Questo rapporto è spesso espresso da un numero come 3:1, 5:1 o persino 100:1, che indica che il sensore è in grado di misurare con precisione le pressioni in questo intervallo. Ad esempio, in un sensore con una dinamica di misura di 5:1, se la pressione massima (il limite superiore) che può misurare è di 100 unità, può misurare con precisione fino a 20 unità, che è il suo limite inferiore.
Il campo di misura è l'intervallo di pressione massimo in cui il sensore di pressione può funzionare. Si estende dalla pressione minima (limite inferiore dell'intervallo di misura)alla pressione massima (limite superiore dell'intervallo di misura) che la cella del sensore di pressione è in grado di misurare, ad esempio da 0 a 100 bar.
Il limite superiore del campo di misura (URL) si riferisce alla pressione massima che il sensore è stato progettato per misurare, nel rispetto del limite superiore della cella.
Il limite inferiore del campo di misura (LRL) si riferisce alla pressione più bassa che il sensore è stato progettato per misurare, rispettando il limite inferiore del campo di misura della cella.
Il valore superiore del campo di misura (URV) è la pressione massima alla quale il sensore di pressione è calibrato o regolato. Corrisponde al punto più alto della scala di uscita, come il punto 20 mA in un segnale di uscita da 4 a 20 mA.
Il valore inferiore dell'intervallo di misurazione (LRV) è la pressione minima alla quale il sensore di pressione è calibrato o regolato. Corrisponde al punto più basso della scala di uscita, come il punto 4 mA in un segnale di uscita da 4 a 20 mA.
Il campo di misura calibrato o regolato è il campo operativo che è pari al valore superiore del campo di misura (URV) - il valore inferiore al campo di misura (URL). È equivalente al segnale di uscita analogico da 4 a 20 mA.
La dinamica di misura o la rangeabilità (TD) di un sensore di pressione viene calcolata dividendo la pressione massima che il dispositivo è in grado di misurare (il limite superiore del campo di misura URL) per il campo di misura minimo che è in grado di misurare con precisione (campo di misura minimo). La valutazione dell'estensione di misura e delle prestazioni dei sensori di pressione è regolata dai metodi di prova dellanorma IEC 60770-1.
In termini matematici:
Dinamica di misura (TD) = limite superiore del campo di misura (URL) / campo di misura minimo (URV-LRV)
Ad esempio, supponiamo che un determinato sensore di pressione abbia un limite superiore dell'intervallo di misurazione di 100 bar e un intervallo di misurazione minimo di 10 bar.
Utilizzando la formula, la dinamica di misura sarebbe 100 bar/10 bar = 10:1.
La dinamica di misura, un aspetto essenziale di qualsiasi dispositivo di misurazione della pressione, come quelli dotati di un segnale di uscita da 4 a 20 mA, descrive l'estensione della differenza tra il campo di misura più alto e il campo di misura più basso possibile. La dinamica di misura consente di definire un intervallo regolabile all'interno dell'intervallo di misura. Questo rapporto è fondamentale per definire la larghezza di banda funzionale degli strumenti di rilevamento e svolge un ruolo essenziale nella loro flessibilità e precisione operativa.
La riponibilità di un determinato sensore di pressione dipende da diversi fattori.
Uno dei più importanti è la pressione massima che il sensore può tollerare senza subire danni o senza che le sue prestazioni diminuiscano, altrimenti denominata limite superiore dell'intervallo di misura(URL). Si tratta della pressione massima alla quale il dispositivo può funzionare in tutta sicurezza.
Un altro fattore influente è la pressione minima, limite inferiore dell'intervallo di misurazione (URL), che è il livello di pressione più basso che il dispositivo è in grado di misurare con precisione.
Questi due fattori dipendono dalle caratteristiche della cella di misura del sensore e non possono essere modificati.
L'ultimo fattore è il campo di misura del sensore di pressione, che influisce notevolmente sulla rangeabilità e sulla dinamica di misura. Questo campo misurabile è definito come l'intervallo compreso tra il valore superiore del campo di misura (URV) calibrato o regolato e il valore inferiore del campo di misura calibrato o regolato.
La comprensione della rangeabilità e della dinamica di misura è fondamentale in numerose applicazioni in cui è necessario monitorare e controllare la pressione. Ciò è particolarmente importante nei sistemi di regolazione dei fluidi e dei gas, dove la precisione della misura e il mantenimento dei livelli di pressione sono fondamentali per il successo dell'operazione.
Troverete tutto ciò che dovete sapere sulla riproducibilità e la dinamica di misura di un sensore di pressione, compreso il modo in cui queste caratteristiche influiscono sulla precisione e sull'efficienza di un sistema di misura della pressione.
La scelta di un sensore di pressione con la giusta dinamica di misura può avere un impatto significativo sulla precisione delle letture e, di conseguenza, sulle prestazioni complessive del sistema. Ad esempio, se la vostra applicazione richiede un intervallo di pressione misurabile e controllabile compreso tra 50 e 100 unità, un sensore con una dinamica di misura di 5:1 e una pressione nominale massima di 500 unità non sarebbe adatto. La sua pressione minima misurabile sarebbe di 100 unità, che non coprirebbe la parte inferiore dell'intervallo richiesto.
Tuttavia, se la stessa applicazione utilizza un sensore con una dinamica di misura di 10:1 e una pressione nominale massima di 500 unità, la pressione minima misurabile sarebbe di 50 unità, che coprirebbe perfettamente l'intervallo richiesto. Ciò comporterebbe letture più precise e una migliore regolazione del processo.
Anche la dinamica di misura e la rangeabilità svolgono un ruolo importante nella calibrazione.
La calibrazione è il processo di regolazione dell'uscita analogica di un sensore di pressione affinché corrisponda esattamente alla pressione misurata. A tal fine, lo strumento viene confrontato con uno standard di riferimento generando una pressione di fluidi noti.
Questa operazione consiste nel calibrare il valore massimo (pressione massima SPAN) e il valore minimo (pressione minima ZERO) del trasmettitore per garantirne la precisione.
La dinamica di misura indica l'intervallo in cui il sensore di pressione può essere calibrato o regolato. Un sensore di pressione con una dinamica di misura maggiore può essere calibrato con maggiore precisione su un intervallo di pressioni più ampio. Ciò significa che un trasmettitore con una dinamica di misura maggiore offre un intervallo di calibrazione e regolazione più ampio, garantendo una maggiore flessibilità in diverse applicazioni.
Una caratteristica essenziale dei sensori di pressione intelligenti (SMART) è la loro capacità di essere riadattati (re-range) senza necessità di calibrazione. A differenza degli strumenti analogici, per i quali la modifica della scala può essere effettuata solo tramite una nuova calibrazione, il campo di misura o l'estensione della scala dei sensori digitali può essere regolato dopo la produzione in fabbrica o in loco, dopo l'installazione iniziale.
Negli strumenti digitali, la calibrazione e la messa in scala sono generalmente impostazioni separate (ovvero è possibile modificare la scala di un trasmettitore di pressione intelligente senza dover eseguire una ricalibrazione completa).
Pertanto, se i requisiti del vostro processo cambiano, potete regolare il campo di misura e lo zero del trasmettitore di pressione per soddisfare i nuovi requisiti senza dover sostituire lo strumento di misura.
La taratura di uno strumento consiste nel regolare i valori minimo e massimo della scala di misurazione in modo che reagisca con la sensibilità desiderata alle variazioni della pressione in ingresso.
Ad esempio, se un sensore di pressione ha un rapporto di riduzione di 10:1 ed è stato inizialmente calibrato in fabbrica per un intervallo di pressione massimo di 10 bar (0 bar = uscita 4 mA; 10 bar = uscita 20 mA), è possibile regolarlo nuovamente in loco da 0 a 1 bar (0 bar = 4 mA; 1 bar = 20 mA) per misurare con precisione pressioni più basse.
Al contrario, se un sensore ha una dinamica di misura di 10:1 ed è stato inizialmente calibrato per un intervallo di pressione minimo di 1 bar (0 bar = uscita 4 mA; 1 bar = uscita 20 mA), è possibile riadattarlo fino a 10 bar (0 bar = 4 mA; 10 bar = 20 mA) in base alle nuove esigenze.
Questa possibilità di riadattamento (re-range) o di ridimensionamento, direttamente collegata alla dinamica di misurazione, può migliorare notevolmente la longevità e l'adattabilità del dispositivo alle caratteristiche del processo. Ciò lo rende una risorsa preziosa in qualsiasi sistema di monitoraggio o controllo della pressione.
Sebbene un'elevata dinamica di misura possa sembrare auspicabile per la sua flessibilità, è importante tenere conto dei suoi limiti.
Una dinamica di misura molto elevata può garantire un ampio intervallo di funzionamento, ma la precisione delle misure può diminuire e deteriorarsi all'estremità inferiore dell'intervallo di misura.
In questo caso, un sensore di pressione con una rangeabilità più modesta, più adatta alle condizioni operative reali, può fornire risultati più precisi.
È fondamentale comprendere la rangeabilità e la dinamica di misura di un sensore di pressione per effettuare una regolazione corretta e ottenere una misura precisa e una regolazione efficace dei vostri processi che coinvolgono gas o liquidi. Questi parametri non solo influiscono sulla precisione del dispositivo, ma anche sulla sicurezza, l'efficienza, la flessibilità e le prestazioni complessive del vostro sistema.
Sfruttate le conoscenze acquisite sulla rangeabilità e sulla dinamica di misura e utilizzatele per ottimizzare le prestazioni dei vostri sensori di pressione. Ricordate che la scelta di un sensore di pressione con la rangeabilità e la dinamica di misura adeguate alla vostra applicazione specifica è un passo fondamentale per ottenere una regolazione e una misura precise della pressione. Ora siete in grado di prendere una decisione informata. Continuate ad esplorare!
Sebbene un'elevata dinamica di misura offra una certa flessibilità nella misurazione della pressione, la precisione può diminuire alle estremità molto basse e molto alte dell'intervallo. È essenziale scegliere un sensore con una dinamica di misura che corrisponda ai requisiti specifici del proprio sistema in termini di pressione. Rivolgersi a un produttore di sensori di pressione come Fuji Electric per determinare il sensore più adatto alla propria applicazione.
Sì, molti trasmettitori di pressione offrono una funzione di ricalibrazione che consente di regolare il loro intervallo di misurazione calibrato dopo la configurazione iniziale. Tuttavia, l'entità della regolazione dipende dalla dinamica di misurazione del dispositivo.
No, la dinamica di misura varia da un sensore di pressione all'altro. Si tratta di un parametro importante da tenere in considerazione nella scelta di un trasmettitore per la vostra applicazione specifica. I sensori di pressione FCX di Fuji Electric offrono dinamiche di misura fino a 100:1, il che li rende particolarmente flessibili nell'uso.
Sebbene la dinamica di misura sia un parametro importante, la sua rilevanza varia a seconda dell'applicazione. Nei sistemi in cui i livelli di pressione variano in modo significativo o in cui piccole fluttuazioni possono avere un impatto significativo sulle prestazioni, una dinamica di misura elevata è generalmente vantaggiosa. Nei sistemi in cui i livelli di pressione sono stabili, può essere sufficiente una dinamica di misura più bassa.
Un trasmettitore con elevata rangeabilità è in grado di gestire una gamma di pressioni più ampia, riducendo così la necessità di utilizzare più trasmettitori. Tuttavia, la decisione dipende da diversi fattori, tra cui i requisiti specifici del sistema in termini di pressione e la precisione richiesta a diversi livelli di pressione.
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Sylvain GRAVEROT
Esperto in sensori e trasmettitori di pressione
