Os nossos especialistas apresentam-lhe as origens da medição da pressão, o funcionamento e o princípio de um transmissor de pressão e mostram-lhe os diferentes tipos de sensores de pressão industriais.
- Origem e unidade de medida da pressão
- O que é um sensor de pressão?
- Como é que os sensores de pressão funcionam?
- Como funciona um transmissor de pressão?
- De que é feito um sensor de pressão?
- Qual é o sinal de saída de um sensor de pressão?
- Como escolher um sensor de pressão industrial?
- Quais são os diferentes tipos de transmissores de pressão?
- Como é que se calibra um sensor de pressão?
- Como se instala um sistema de medição de pressão para a indústria?
- Como é que se testa um sensor de pressão?
- Como é que configuro um transmissor de pressão?
- Quais são as aplicações dos sensores de pressão?
Origem e unidade de medição da pressão
A unidade de medida Pascal deve o seu nome ao célebre filósofo, físico e matemático francês Blaise Pascal.
Nascido em Clermont-Ferrand, onde está sediada a unidade de produção da Fuji Electric France SAS, um fabricante francês de sensores de pressão industrial, Pascal realizou uma experiência crucial ao transportar um barómetro para o cume do Puy de Dôme para provar quea pressão atmosférica diminui com a altitude acima do nível do mar. No entanto, o cientista italiano Evangelista Torricelli foi o pioneiro na demonstração da pressão exercida pelo peso do volume de ar sobre a terra e, consequentemente, concebeu o primeiro barómetro à base de mercúrio.
Conhecer as unidades de pressão e a sua conversão é importante para fazer a escolha correcta das balanças para as suas medições industriais.
A pressão p é expressa em unidades de força F por unidade de área A: p = F / A
Pascal (Pa): é a unidade de base do Sistema Internacional (SI) para a pressão. Um Pascal corresponde a 1 Newton por metro quadrado (1 Pa = 1 N/m²).
Bar: é uma unidade de pressão normalmente utilizada em aplicações industriais. Um Bar corresponde a uma pressão de 100.000 Pa.
Atmosfera padrão (atm): utilizada para exprimir a pressão barométrica ou atmosférica. Uma atmosfera corresponde a uma pressão de 101,325 Pa.
O que é um sensor de pressão?
Os sensores de pressão são também conhecidos como transmissores de pressão, sondas de pressão, manómetros ou transdutores de pressão. Não existe uma diferença significativa entre estes diferentes nomes. No entanto, é feita uma distinção entre sensores de pressão analógicos e transmissores de processo inteligentes.
Se nos referirmos à definição de transdutor de pressão, trata-se, como o nome indica, de um dispositivo de medição da pressão cujo princípio consiste em converter a força aplicada pela pressão de um fluido sobre uma determinada superfície (deformação) num sinal elétrico.
Os fabricantes utilizam um transmissor de pressão para :
- Medição da pressão
- Medição de um fluxo
- Medição de um nível com pressão hidrostática
- Medição da densidade.
Como é que os sensores de pressão funcionam?
A pressão do fluido a ser medido é aplicada a um componente de medição interno através de um encaixe e, em seguida, a uma interface mecânica - uma membrana de medição feita de aço inoxidável ou outro material nobre. O elemento de medição eletrónico converte a pressão num sinal bruto.
Como funciona um transmissor de pressão?
Existem diferentes tecnologias, métodos, técnicas e princípios de medição:
Le sensor de pressão piezoresistivo mede a força aplicada a uma membrana metálica.
A tensão exercida sobre uma película fina provoca a sua deformação, transmitindo a variação de pressão através de um fluido incompressível (óleo ou água). Isto deforma um elemento piezoresistivo de silício (ponte de Wheatstone). Este componente é uma resistência eléctrica variável que converte a deformação num valor óhmico.- O sensor de pressão capacitivo mede a força aplicada a uma membrana metálica de aço inoxidável ou cerâmica.
A pressão exercida deforma a película metálica, que transmite a variação de pressão através de um fluido incompressível intermédio (óleo ou água). Isto deforma um elemento capacitivo de silício. Este elemento é um condensador variável que converte a deformação num valor capacitivo.
- O transmissor de frequência de ressonância
- O transdutor de extensómetro ou de medidor de tensão
O sinal do elemento de medição é então filtrado, amplificado, compensado em termos de temperatura e formatado num sinal analógico. O sinal analógico de saída é transmitido através de um conetor elétrico.
- O manómetro
Os manómetros de tubo em U apresentam leituras de pressão locais.
De que é feito um sensor de pressão?
A construção de um transmissor de pressão inclui um conetor mecânico, uma membrana metálica ou cerâmica, um elemento de deteção capacitivo ou piezoresistivo, um óleo de enchimento integrado em células de medição de pressão, um módulo eletrónico para condicionar e amplificar o sinal e um conetor elétrico.
Este dispositivo é embalado numa caixa de plástico ou de metal (caixa de alumínio, caixa de aço inoxidável ou caixa de aço inoxidável).
Pode ser adicionado um indicador digital como opção.
Qual é o sinal de saída de um sensor de pressão industrial?
O sinal de um sensor de pressão pode ser analógico ou digital. O sinal analógico é normalmente do tipo corrente 4-20mA, tensão 0-10V ou tensão 1-5V. O sinal de saída é enviado para a unidade de controlo para influenciar o processo de fabrico.
O sinal de 4-20 mA é normalmente utilizado por estes dispositivos devido a várias vantagens.
Em primeiro lugar, é resistente à perda de sinal devido à linha de transmissão, o que garante uma medição exacta. Além disso, permite alargar a distância entre o sensor e o sistema em causa. Além disso, a ausência de corrente significa que as falhas na linha podem ser detectadas, facilitando a resolução de problemas. O sinal 4-20 mA é também menos sensível às interferências electromagnéticas, o que garante a sua fiabilidade. Finalmente, pode ser utilizado num circuito para alimentar vários equipamentos, como o ecrã, o controlador e o registador.
Um sinal digital pode estar disponível com diferentes protocolos de comunicação - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. Estes protocolos transmitem o valor medido e também permitem que os dispositivos de medição de pressão sejam configurados. Isto é conhecido como um transmissor eletrónico inteligente ou SMART.
Os instrumentos podem ser equipados com manómetros digitais.
Como escolher um sensor de pressão industrial?
O transmissor de pressão industrial deve ser escolhido de acordo com o fluido a medir, a gama de pressão e as condições de funcionamento da aplicação e do processo.
Para medir a pressão, é necessário fazer alguma pesquisa para responder às perguntas sobre como escolher o sensor de pressão correto e determinar :
- O fluido a ser medido tais como: ar, gás, hidrogénioUm líquido, vapor, água ou outro líquido e as suas características (densidade, viscosidade, corrosividade, etc.).
- Condições de funcionamento do processo: pressão a medir, pressão estática, temperatura do processo, risco de corrosão, etc.
- O tipo de medição: medição da pressão, medição do caudal através de um dispositivo redutor de pressão e da pressão diferencial delta-p, medição do nível através da pressão hidrostática, medição da densidade, etc.
- O tipo de pressão a medir :
- Pressão relativa
- Pressão atmosférica
- Pressão absoluta
- Pressão diferencial
- Pressão barométrica
- A gama de pressão ou gama de medição
- Dinâmica ou rangeabilidade
- A precisão da medição da pressão
- Tempo de resposta
- A interface mecânica ou o encaixe de ligação ao processo: ligação de parafuso, ligação de flange, etc.
- Sinal de saída analógico e/ou digital, com ou sem fios
- O ambiente climático e os condicionalismos associados:
- O ambiente industrial, os condicionalismos associados e a regulamentação em vigor:
Quais são os diferentes tipos de transmissores de pressão?
Os sensores de pressão relativa medem a pressão do processo em relação à pressão atmosférica. A pressão atmosférica é medida utilizando uma cavidade de referência no interior do transmissor. Esta pressão diminui à medida que a altitude aumenta.
Os sensores de pressão diferencial utilizam duas câmaras separadas ligadas por uma membrana flexível. A pressão é medida em cada lado do diafragma. A pressão diferencial (dp) é a diferença de pressão entre estas duas pressões - uma pressão de referência no lado de baixa pressão (BP ou LP) e uma pressão no lado de alta pressão (HP). Estes dispositivos de medição da pressão diferencial são utilizados para medir o caudal de fluidos em tubagens e para monitorizar o entupimento de filtros.
Os sensores de pressão absoluta comparam a pressão relativa com o vácuo absoluto. A pressão absoluta é sempre positiva.
A vantagem deste dispositivo é que está livre de variações na pressão atmosférica, graças a uma câmara de referência de vácuo, sendo por isso mais exato.
A pressão absoluta pode ser expressa a partir da pressão relativa adicionando 1,013 bar, ou seja, p. absoluta (bar abs.) = p. relativa (bar) + 1,013.
Um transmissor de pressão de membrana separa o fluido do processo que está a ser medido da célula de pressão. A membrana e as peças de contacto são feitas de um material resistente ao fluido a ser medido e são soldadas à base da célula de pressão.
A ligação entre a membrana separadora e a célula de pressão é efectuada através de um tubo capilar ou de uma manga de ligação. Este espaço deve ser desgaseificado sob vácuo, depois preenchido com um óleo de enchimento e selado. A pressão medida exerce uma força sobre a superfície exterior da membrana. À medida que a membrana se flecte para dentro, tenta comprimir o fluido de enchimento no interior do instrumento.
Este líquido de enchimento foi concebido para resistir à compressão, pelo que a força é canalizada diretamente para a célula de medição da pressão. Todo o funcionamento de um transdutor de pressão com selo diafragma é baseado no princípio de Blaise Pascal.
Os sensores de pressão de membrana são fabricados a partir de uma variedade de materiais, incluindo aço inoxidável, titânio, Inconel, Hastelloy, Monel, Tântalo e Níquel. Os materiais utilizados dependem do tipo de aplicação e da temperatura para a qual o sensor de pressão industrial foi concebido.
Os sensores de pressão com separadores são utilizados para medir a pressão de fluidos a altas temperaturas.
- Transmissores de pressão multivariáveis
Os sensores de pressão multivariáveis combinam a medição da pressão diferencial, a medição da pressão absoluta e a medição da temperatura no mesmo sensor.
Estes produtos são utilizados em particular para a medição do caudal mássico.
Os sensores de nível hidrostático são dispositivos de medição utilizados para determinar o nível de enchimento de um líquido em tanques ou cubas. O princípio de medição baseia-se na pressão hidrostática, que é o peso exercido por um líquido em função da altura da coluna de enchimento.
Sensores de pressão submersíveis
Estas sondas de pressão hidrostática podem ser imersas num líquido para medir o nível num tanque ou reservatório. Estão geralmente equipadas com uma membrana de aço inoxidável.
Como é que se calibra um sensor de pressão?
Os transmissores de pressão industriais têm de ser calibrados periodicamente para garantir uma metrologia exacta ao longo do seu ciclo de vida e para assegurar que cumprem os mais elevados padrões de qualidade. evitar factores que influenciam a precisão. O período de calibração é definido pelos fabricantes de sensores de pressão. O zero e a escala completa devem ser calibrados.
Na fábrica, para verificar a linearidade do sinal de saída, a exatidão é verificada em vários pontos da gama de pressão.
A calibração envolve a aplicação de uma pressão de referência definida à interface mecânica do transdutor, a verificação do sinal de saída e a aplicação de uma compensação. O sensor pode ser calibrado utilizando um parafuso de ajuste externo, um indicador digital local, uma interface de programação ou software de programação.
Para efetuar as várias manipulações, pode ser necessário ter uma válvula de isolamento ou um coletor montado no transmissor de pressão para o isolar do processo.
Para as suas calibrações anuais, pode recorrer a uma empresa especializada na calibração de sensores de pressão.
A calibração regular assegura a exatidão da medição da pressão para garantir resultados consistentes.
Como é que instalo um manómetro?
Os transdutores de pressão podem ser montados por meio de uma ligação mecânica ao dispositivo de medição ou à tubagem onde a pressão deve ser medida.
Devem ser tomadas precauções especiais em função das condições de pressão e temperatura do processo.
O sinal deste dispositivo pode ser ligado a um sistema de visualização (ecrã digital industrialEste pode ser ligado a um PLC (sistema automático de medição da pressão) para controlar um dispositivo de controlo e regular a pressão num processo.
Se necessitar de ajuda, recomendamos que recorra a uma empresa profissional para instalar e colocar em funcionamento o seu instrumento de medição.
Como é que se testa um sensor de pressão?
Um sensor de pressão pode ser testado aplicando uma pressão conhecida definida à interface mecânica do sensor de pressão e verificando o sinal de saída analógico medido ou o valor apresentado no indicador.
Se o seu instrumento estiver defeituoso, pode pedir a um especialista ou a um dos fabricantes de sensores industriais que o repare por si.
Como é que configuro um transmissor de pressão?
Os dispositivos digitais inteligentes com protocolo HART podem ser configurados :
Quais são as aplicações dos sensores de pressão?
Compreensão porquê medir a pressão nas indústrias de processo é importante para garantir a segurança, otimizar o controlo dos processos, melhorar a eficiência energética e manter a qualidade dos produtos acabados.
Os transmissores de pressão são utilizados em muitas aplicações industriais.
Este dispositivo pode detetar pressões até vários milhares de milibares. Por conseguinte, é essencial numa vasta gama de indústrias. A pressão do ar, a pressão da água, a pressão do vapor e a pressão do gás podem ser medidas.
Por exemplo, as aplicações incluem a medição da pressão diferencial e do orifício do fluxo de líquido numa tubagem, do fluxo de gás ou do fluxo de vapor, a monitorização de filtros, a medição do nível com um sensor de membrana de descarga de um fluido num tanque, a medição da densidade do fluido ou a medição da pressão relativa.
Dependendo da sua indústria, é necessário escolher o instrumento de medição correto para a sua aplicação e as restrições do seu ambiente industrial.
Como é que escolho o manómetro certo?
Para garantir que os seus processos e sistemas funcionam como previsto e produzem os resultados esperados, é necessário evitar erros de medição da pressãoos especialistas da Fuji Electric, fabricante francês de sensores de pressão industrialEles guiá-lo-ão e oferecer-lhe-ão uma medição de pressão concebida para a sua aplicação mais exigente.
A medição da pressão não pode ser improvisada!
A medição da pressão requer os serviços de profissionais do sector da instrumentação.
Os transdutores de pressão Fuji Electric são reconhecidos pela sua alta tecnologia, precisão de medição da pressão, ampla gama de medição, estabilidade a longo prazo, qualidade de construção, fiabilidade, durabilidade, apoio técnico, política de devolução fácil e serviço de entrega rápida aos clientes.
ref : FKE
