Guida all'acquisto dei sensori di pressione
I sensori di pressione sono indispensabili in diverse applicazioni industriali e tecnologiche.
Dall'origine edall'unità di misura della pressione ai vantaggi e agli svantaggi dei diversi tipi di sensori, scoprirai cos'è un sensore di pressione, il principio del suo funzionamento e come opera un sensore di pressione.
Descriveremo inoltre in dettaglio la composizione di un sensore di pressione, i tipi di segnali di uscita e i criteri essenziali per la scelta di un sensore di pressione industriale. Esplorando le diverse categorie di sensori di pressione ( sensori di pressione differenziale, sensori di pressione assoluta o sensori di pressione relativa ), vi guideremo nella loro calibrazione, installazione e collaudo in modo efficace.
Infine, affronteremo la configurazione del trasmettitore di pressione e le applicazioni pratiche di questo strumento essenziale sul campo, valutandone i vantaggi e gli svantaggi.
- Unità di misura della pressione
- Che cos'è un sensore di pressione?
- Qual è il principio di funzionamento di un sensore di pressione?
- Come funziona un trasmettitore di pressione?
- Costruzione di un sensore di pressione?
- Qual è il segnale di uscita di un sensore di pressione?
- Come scegliere un sensore di pressione industriale?
- Pressione differenziale, assoluta o relativa: i diversi tipi di sensori di pressione?
- Come calibrare un sensore di pressione?
- Come installare un sensore di pressione industriale?
- Come testare un sensore di pressione?
- Come configurare un sensore di pressione?
- Quali sono le applicazioni dei sensori di pressione?
- Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei sensori di pressione?
Origine della misura della pressione
L'unità di misura Pascal prende il nome dal famoso filosofo, fisico e matematico francese. Blaise Pascal.
Nato a Clermont-Ferrand, dove si trova la sede dell'unità produttiva di Fuji Electric France SAS, produttore francese di sensori di pressione industriali, Pascal ha condotto un esperimento fondamentale trasportando un barometro sulla cima del Puy de Dôme, al fine di dimostrare che lapressione atmosferica diminuisce con l'altitudine rispetto al livello del mare.
Tuttavia, lo scienziato italiano Evangelista Torricelli fu il pioniere nell'evidenziare la pressione esercitata dal peso del volume d'aria sulla terra e progettò il primo barometro a mercurio.
Unità di misura della pressione
La preLa sezione p è espressa in unità di forza F per unità di superficie A: p = F / A
Conoscere le unità di misura della pressione e la loro conversione è importante per fare le scelte giuste riguardo alle scale della vostra sensore di pressione industriale.
- Il Pascal (Pa): è l'unità di base del Sistema Internazionale (SI) per la pressione. Un Pascal corrisponde a 1 Newton per metro quadrato (1 Pa = 1 N/m²).
- Il Bar (Bar): è un'unità di misura della pressione comunemente utilizzata nelle applicazioni industriali. Un Bar corrisponde a una pressione di 100.000 Pa.
- Atmosfera standard (atm): viene utilizzata per esprimere la pressione barometrica o atmosferica. Un'atmosfera corrisponde a una pressione di 101.325 Pa.
Che cos'è un sensore di pressione?
Il sensore di pressione è chiamato anche trasduttore di pressione, sonda di pressione, manometro o trasduttore di pressione. Non esistono differenze significative tra queste diverse denominazioni. Si distingue tuttavia sensori di pressione analogici e trasmettitori di processo intelligenti.
Se ci riferiamo alla definizione di sensore di pressione, si tratta di un dispositivo di rilevamento della pressione il cui principio consiste nel convertire la forza applicata dalla pressione di un fluido su una data superficie (deformazione) in un segnale elettrico.
Le aziende industriali utilizzano un trasmettitore di pressione per:
- Misurare la pressione con un sensore di pressione relativa o assoluta.
- Misurare una portata con un organo depressore e un sensore di pressione differenziale
- Misurare un livello tramite sensore di pressione idrostatica
- Misurare la densità con un trasmettitore di pressione differenziale
Qual è il principio di funzionamento di un sensore di pressione?
La pressione del fluido misurato viene applicata su un componente di misura interno attraverso un raccordo e poi un'interfaccia meccanica - membrana di misura in acciaio inossidabile, ceramica o altro materiale nobile.
Il sensore elettronico converte la pressione in un segnale di uscita grezzo.
Come funziona un trasmettitore di pressione?
Esistono diverse tecnologie, metodi, tecniche e principi di misurazione per i modelli di sensori di pressione, ciascuno adatto ad applicazioni specifiche nei settori dell'automazione dei processi e degli impianti industriali.
Il sensore di pressione piezoresistivo misura la forza applicata su una membrana metallica. La sollecitazione esercitata su una pellicola sottile provoca la sua deformazione, trasmettendo la variazione di pressione tramite un fluido incomprimibile (olio o acqua). Questo fluido deforma un elemento piezoresistivo al silicio (circuito a ponte di Wheatstone). Questo componente, che utilizza semiconduttori, è una resistenza elettrica variabile che converte la deformazione in valore ohmico. I MEMS (Sistemi microelettromeccanici) sono utilizzati anche in alcuni di questi sensori, offrendo miniaturizzazione e maggiore sensibilità.- Il sensore di pressione capacitivo misura la forza applicata su una membrana metallica in acciaio inossidabile o ceramica. La pressione esercitata deforma la pellicola metallica che trasmette la variazione di pressione tramite un fluido incomprimibile intermedio (olio o acqua). Questo fluido deforma un elemento capacitivo in silicio. Questo componente è un condensatore variabile che converte la deformazione in valore capacitivo.
- Il trasmettitore a risonanza di frequenza utilizza termini specifici come BFSL (Best Fit Straight Line) per definire la linearità della misurazione. Questo sensore di pressione converte la variazione di pressione in una variazione della frequenza di oscillazione, offrendo così un'elevata risoluzione e una varietà di soluzioni per diverse applicazioni.
- Il sensore di pressione con estensimetri o misuratori di tensione funziona in modo simile, dove il segnale di uscita del rilevatore viene poi filtrato, amplificato, compensato in temperatura e quindi formattato in un segnale analogico. L'uscita analogica viene trasmessa tramite un connettore elettrico, riducendo così gli errori e migliorando la precisione.
- I manometri,invece, dispongono di un display locale per la misurazione della pressione. I manometri aU, ad esempio, sono spesso utilizzati per misurazioni semplici e dirette.
Costruzione del sensore di pressione
La costruzione di un trasmettitore di pressione comprende diversi elementi essenziali:
- un raccordo meccanico per il montaggio,
- una membrana metallica o ceramica,
- un elemento sensibile capacitivo o un sensore piezoresistivo,
- un fluido di riempimento, spesso olio, integrato nelle celle di misura della pressione per trasmettere le variazioni di pressione,
- modulo elettronico di condizionamento e amplificazione del segnale del rilevatore,
- un connettore elettrico, che consente un facile collegamento ad altri sistemi di automazione,
- un involucro in plastica o metallo (alluminio, acciaio inossidabile),
- un indicatore digitale (opzionale) per la visualizzazione delle informazioni relative alla pressione in tempo reale.
Qual è il segnale di uscita di un sensore di pressione industriale?
Il segnale di una sonda di pressione può essere di tipo analogico o digitale. Il segnale analogico del sensore di pressione è solitamente di tipo corrente in uscita 4-20 mA, tensione in uscita 0-10 V o tensione in uscita 1-5 V. Il segnale in uscita viene inviato all'organo di comando per agire su di esso.
Il segnale di uscita analogico 4-20 mA è comunemente utilizzato da questi dispositivi grazie ai numerosi vantaggi che offre.
Innanzitutto, il sensore di pressione 4-20 mA è resistente alla perdita di segnale dovuta alla linea di trasmissione, garantendo una misurazione precisa.
Inoltre, consente di aumentare la distanza tra il sensore di pressione e il sistema interessato. Inoltre, l'assenza di corrente consente di rilevare i guasti di linea, facilitando la ricerca dei guasti. Il trasmettitore di pressione 4-20 mA a 2 fili o 4 fili è anche meno sensibile alle interferenze elettromagnetiche, garantendone l'affidabilità.
Infine, può essere utilizzato in un circuito 4-20 mA per alimentare diverse apparecchiature quali display, regolatore e registratore.
La comunicazione digitale può essere disponibile con diversi protocolli di comunicazione: HART, Fieldbus, Profibus e Modbus. Questi protocolli di comunicazione trasmettono il valore misurato e consentono anche di configurare i dispositivi di misurazione della pressione. Si parla in questo caso di trasmettitori elettronici intelligenti o SMART. Alcuni sensori di pressione elettronici offrono anche interfacce IO Link, una gamma di precisioni e campi di misura specifici, nonché omologazioni internazionali.
Come scegliere un sensore di pressione industriale?
Il trasmettitore di pressione industriale deve essere scelto in base al fluido da misurare, al campo di pressione e alle condizioni di servizio dell'applicazione e del processo.
Le proprietà del fluido da misurare come: sensore di pressione aria, sensore di pressione gas, sensore di pressione idrogeno, sensore di pressione vapore, sensore di pressione acqua o un altro liquido, nonché le sue caratteristiche (densità, viscosità, corrosività...)- Condizioni di servizio del processo: pressione da misurare, pressione statica, temperatura di processo, rischio di corrosione
- Tipo di misura: misura della pressione, misura della portata tramite organo depressogenoe pressione differenziale delta-p, misura del livello tramite pressione idrostatica, misura della densità
- Il tipo di pressione da misurare :
- Pressione relativa
- Pressione atmosferica
- Pressione assoluta
- Pressione differenziale
- Pressione barometrica
- La intervallo di pressione o campo di misura
- La dinamica o manovrabilità
- La precisione della misurazione della pressione
- Il tempo di risposta
- L'interfaccia meccanica di montaggio o raccordo di connessione di processo: raccordo a vite, raccordo a flangia
- Segnale di uscita analogico e/o comunicazione digitale con o senza fili
- Il clima e i relativi vincoli:
- L'ambiente industriale, i vincoli associati, la normativa vigente:
Sicurezza funzionale e livello di integrità della sicurezza (SIL) ; norma CEI 61508 e norma CEI 61511 che richiedono trasmettitori di pressione con funzioni di sicurezza avanzate SIL2/SIL3.
Il Scelta di una sonda di pressione con il giusto livello di sicurezza e la scelta del sensore più sicuro in zone a rischio di esplosione sono fondamentali per la sicurezza e la longevità del vostro processo.- La pressione di scoppio deve essere presa in considerazione nel dimensionamento dei sensori di pressione. La pressione di scoppio corrisponde al limite di sollecitazione meccanica dell'involucro e, quando supera tale soglia, l'involucro viene distrutto, causando una perdita di fluido. Mantenere la pressione nell'intervallo specificato garantisce misurazioni affidabili conformi alle indicazioni della scheda tecnica.
- Accessori correlati per sensori di pressione, quali manifold o premistoppa.
Pressione differenziale, assoluta o relativa: i diversi tipi di sensori di pressione?
Il trasmettitore di pressione relativa consente di misurare la pressione relativa del processo rispetto alla pressione atmosferica. La pressione atmosferica viene misurata utilizzando una cavità di riferimento all'interno del trasmettitore. Questa pressione diminuisce man mano che si sale di altitudine.
Il sensore di pressione differenziale utilizza due camere separate collegate da una membrana flessibile. La pressione viene misurata su ciascun lato della membrana. La pressione differenziale (dp) è la differenza di pressione tra queste due pressioni: una pressione di riferimento sul lato a bassa pressione (BP o LP) e una pressione sul lato ad alta pressione (HP). Questo dispositivo di misurazione della pressione differenziale viene utilizzato per misurare la portata dei fluidi nelle tubazioni, monitorare l'intasamento dei filtri o calcolare le perdite di carico.
Il sensore di pressione assoluta confronta la pressione relativa rispetto al vuoto assoluto. La pressione assoluta è sempre positiva. Il funzionamento di questo dispositivo ha il vantaggio di non essere influenzato dalle variazioni della pressione atmosferica grazie a una camera di riferimento a vuoto, ottenendo così una maggiore precisione.
La pressione assoluta si esprime a partire dalla pressione relativa aggiungendo 1,013 bar, ovvero p. assoluta (bar abs.) = p. relativa (bar) + 1,013.
Un trasmettitore di pressione con separatore a membrana separa il fluido di processo misurato dalla cella di pressione. La membrana e le parti a contatto sono realizzate in un materiale resistente al fluido misurato e sono saldate alla base della cella di misura della pressione.
Un tubo capillare o un manicotto di raccordo assicura il collegamento tra la membrana separatrice e la cella di pressione. Questo spazio deve essere degassato sotto vuoto, quindi riempito con un olio di riempimento e sigillato. La pressione misurata esercita una forza sulla superficie esterna della membrana. Quando la membrana si flette verso l'interno, cerca di comprimere il fluido di riempimento all'interno dello strumento.
Questo liquido di riempimento è progettato per resistere alla compressione, in modo che la forza venga convogliata direttamente alla cella di misura della pressione. L'intero funzionamento di un sensore di pressione a membrana si basa sul principio di Blaise Pascal.
Il sensore di pressione a membrana è realizzato con diversi materiali quali acciaio inossidabile, titanio, Inconel, Hastelloy, Monel, tantalio, ceramica e nichel. I materiali utilizzati dipendono dal tipo di applicazione e dalla temperatura per cui è progettato il sensore di pressione industriale.
Il sensore di pressione con separatori viene utilizzato per misurare le pressioni dei fluidi in un intervallo di temperature elevate.
- Il sensore di pressione multivariabile
Il trasmettitore di pressione multivariabile combina in un unico sensore la misurazione della pressione differenziale, della pressione assoluta e della temperatura. Questi prodotti sono utilizzati in particolare per la misurazione della portata massica.
Il sensore di livello idrostatico è un dispositivo di misurazione che consente di determinare il livello di riempimento di un liquido in serbatoi o cisterne. Il principio di misurazione si basa sulla pressione idrostatica, ovvero il peso esercitato da un liquido in funzione dell'altezza della colonna di riempimento.
- Il sensore di pressione immerso
Questo sensore di pressione sommergibile o idrostatico può essere immerso in un liquido e consente di misurare il livello di una vasca o di un serbatoio. Il sensore di pressione sommergibile è generalmente dotato di una membrana in acciaio inossidabile.
Come calibrare un sensore di pressione?
I trasduttori di pressione industriali richiedono un calibrazione periodica per garantire una metrologia industriale precisa durante tutto il loro ciclo di vita e evitare i fattori che influenzano la precisione dei sensori.
Il periodo di calibrazione è definito dai produttori dei sensori di pressione. È necessario calibrare lo zero (Zero) e il fondo scala (Span).
In fabbrica, per verificare la linearità del segnale di uscita, si controlla la precisione su diversi punti dell'intervallo di pressione.
La calibrazione consiste nell'applicare una pressione di riferimento definita sull'interfaccia meccanica del sensore, verificare il segnale di uscita 4-20 mA e quindi applicare una compensazione. Il sensore può essere calibrato utilizzando una vite di regolazione esterna, un'interfaccia di programmazione o un software di programmazione. I modelli di sensori di pressione con display e pulsanti possono essere calibrati localmente.
Per eseguire le diverse operazioni, potrebbe essere necessario disporre di un rubinetto di isolamento o di un collettore montato sul trasmettitore di pressione al fine di isolarlo dal processo.
Per le calibrazioni annuali, potete rivolgervi a un 'azienda specializzata nella taratura dei sensori di pressione.
La calibrazione regolaredel sensore di pressione consente di garantire la precisione della misurazione della pressione per risultati costanti.
Come installare un misuratore di pressione?
I sensori di pressione possono essere fissati tramite un raccordo meccanico sull'organo di misura o sulla tubazione dove deve essere misurata la pressione.
È necessario adottare precauzioni particolari durante il montaggio in base alle condizioni di pressione e temperatura del processo.
Il segnale di uscita 4-20 mA di questo dispositivo può essere collegato a un sistema di visualizzazione (un display digitale industriale, un registratore, un regolatore o un sistema di supervisione) o a un PLC (sistema di automazione per la misurazione della pressione) al fine di controllare un organo di controllo e regolare la pressione di un processo.
Per la vostra sicurezza, controllate lo schema elettrico del sensore di pressione prima di cablare lo strumento da campo.
Se avete bisogno di assistenza, si consiglia di rivolgersi a un'azienda specializzata per l'installazione e la messa in funzione del vostro strumento di misura.
Come testare un sensore di pressione?
Un sensore di pressione 4-20 mA può essere testato applicando una pressione nota definita sull'interfaccia meccanica della sonda di pressione e verificando il segnale dell'uscita analogica misurato. Se si dispone di un sensore di pressione con display, controllare il valore visualizzato sull'indicatore.
Se il vostro strumento è difettoso, potete richiedere la riparazione dello stesso a uno specialista o a uno dei produttori di sensori industriali.
Se la riparazione non è possibile, è possibile sostituire il vecchio sensore di pressione con un nuovo modello più moderno.
Come configurare un sensore di pressione?
La configurazione dei trasmettitori digitali intelligenti con protocollo HART può essere effettuata:
Quali sono le applicazioni dei sensori di pressione?
Comprendere Perché misurare la pressione nelle industrie di processo è importante per garantire la sicurezza, ottimizzare il controllo dei processi, migliorare l'efficienza energetica e mantenere la qualità dei prodotti finiti.
Il trasmettitore di pressione viene utilizzato in numerose applicazioni nel settore industriale.
Questo sensore di pressione digitale è in grado di rilevare pressioni che vanno da pochi millibar a diverse centinaia di bar. È quindi essenziale in un ampio spettro di settori industriali per l'automazione delle linee di produzione e dei macchinari.
È possibile misurare pressioni relative o assolute di aria compressa, pressioni dell'acqua, pressioni del vapore e pressioni dei gas.
Ad esempio, le applicazioni comprendono la misurazione tramite pressione differenziale della portata di liquidi, gas o vapore in una tubazione, il monitoraggio dei filtri, la misurazione del livello di un liquido in un serbatoio con un sensore di pressione a membrana a filo, la misurazione della densità di un fluido.
A seconda del settore industriale, è opportuno scegliere uno strumento di misura adeguato in base all'applicazione e alle limitazioni dell'ambiente industriale.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi
di un sensore di pressione?
Vantaggi dei sensori di pressione
- Precisione e affidabilità: i sensori di pressione offrono misurazioni estremamente precise, fondamentali per le applicazioni industriali. Aumentano la produttività e riducono i costi fornendo informazioni accurate sulla pressione di gas, vapore o liquidi.
- Resistenza alle condizioni estreme: anche in condizioni di temperature elevate o in ambienti corrosivi, come quelli presenti nell'industria chimica o petrolifera e del gas, il loro funzionamento è garantito con affidabilità e precisione eccezionali.
- Resistenza e solidità: racchiusi in involucri in acciaio inossidabile o alluminio, i sensori di pressione resistono agli urti, alle vibrazioni e agli ambienti ostili. Sono progettati per durare nel tempo.
- Flessibilità d'uso: disponibili in una varietà di modelli e tecnologie, questi sensori coprono un'ampia gamma di campi di misura della pressione per tutti i fluidi, comprese le applicazioni in vuoto e depressione. La loro flessibilità li rende adatti a numerosi settori industriali.
- Facile installazione: grazie all'ampia gamma di raccordi e connettori disponibili, i sensori di pressione possono essere integrati rapidamente e facilmente nei sistemi di automazione, riducendo al minimo gli errori di installazione.
- Resistenza a sovraccarichi e sovrapressioni: grazie alla loro elevata resistenza al sovraccarico, i sensori di pressione sono in grado di sopportare picchi di pressione estremi, come quelli prodotti dalla chiusura rapida delle valvole o dai colpi d'ariete dell'aria compressa.
Svantaggi dei sensori di pressione
- Costo iniziale: il costo di acquisto dei sensori di pressione ad alta precisione può essere elevato, il che può rappresentare un investimento significativo per alcune aziende industriali. Il prezzo di un sensore di pressione riflette spesso la sua qualità e durata. Evitate le marche di sensori di pressione esotiche e orientatevi verso un produttore francese di sensori di pressione.
- Sensibilità alle interferenze: i sensori che utilizzano semiconduttori possono essere sensibili alle interferenze elettromagnetiche, che possono comprometterne la precisione. Scegliete un produttore che offra sensori di pressione conformi alle norme EMC.
- Complessità di installazione: sebbene molti sensori siano progettati per una facile installazione, alcune applicazioni complesse possono richiedere competenze tecniche specifiche per garantire un funzionamento ottimale. Affidati a un produttore di sensori di pressione di fiducia.
- Manutenzione in condizioni specifiche: in alcuni impianti, in particolare quelli in cui le condizioni ambientali sono estreme, può essere necessaria una manutenzione regolare del sensore di pressione per garantirne le prestazioni. Scegliete un produttore di sensori di pressione che offra un servizio di manutenzione in loco.
Misurare la pressione non è improvvisabile!
La misurazione della pressione richiede rivolgersi a professionisti nel settore della strumentazione.
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Il sensore di pressione relativa
Il sensore di pressione differenziale o sensore di pressione deltaP
Il sensore di pressione assoluta
Il sensore di pressione a membrana
