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Transmissor de pressão industrial com caixa branca e visor digital na parte frontal azul

Transmissor de pressão industrial com visor digital e caixa branca com frente azul

Sensor de pressão : Medição de pressão

O transdutor de pressão é essencial para medir a pressão em vários sectores industriais. O transmissor de pressão detecta a pressão e converte-a num sinal elétrico....

O transmissor de pressão é essencial para medir a pressão em vários sectores da indústria. O transmissor de pressão detecta a pressão e converte-a num sinal elétrico para uma monitorização e regulação precisas da pressão nos processos industriais.

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Guia de compra de sensores de pressão

Os sensores de pressão são indispensáveis numa vasta gama de aplicações industriais e tecnológicas.

Desde a origem ea unidade de medida da pressão até às vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de sensores, irá descobrir o que é um sensor de pressão, o princípio do seu funcionamento e como um sensor de pressão opera.

Também detalharemos a composição de um sensor de pressão, os tipos de sinais de saída e os critérios essenciais para escolher um sensor de pressão industrial. Ao explorar as diferentes categorias de sensores de pressão – sensor de pressão diferencial, sensor de pressão absoluta ou sensor de pressão relativa – iremos orientá-lo sobre como calibrá-los, instalá-los e testá-los de forma eficaz.

Por fim, analisamos a configuração do transmissor de pressão e as aplicações práticas deste instrumento de campo essencial, ponderando as suas vantagens e desvantagens.

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Transmissores de pressão para medição de pressão, caudal, nível e densidade

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Origem da medição da pressão

Retrato grave de Blaise Pascal, cientista do século XVII associado aos primeiros estudos sobre a pressão

A unidade de medida Pascal tem origem no renomado filósofo, físico e matemático francês Blaise Pascal.

Nascido em Clermont-Ferrand, onde está sediada a unidade de produção da Fuji Electric France SAS, fabricante francês de sensores de pressão industriais, Pascal realizou uma experiência fundamental ao transportar um barómetro para o cume do Puy de Dôme, a fim de provar quea pressão atmosférica diminuía com a altitude acima do nível do mar .

No entanto, o cientista italiano Evangelista Torricelli foi pioneiro na demonstração da pressão exercida pelo peso do volume de ar sobre a Terra e concebeu o primeiro barómetro à base de mercúrio.

Unidade de medição da pressão

Manómetro analógico graduado em kPa e psi montado numa instalação industrial

A pressãopressão p é expressa em unidades de força F por unidades de área A: p = F / A

Conhecer as unidades de pressão e a sua conversão é importante para fazer as escolhas certas nas escalas do seu sensor de pressão industrial.

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: 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?

Três sensores de pressão industriais com caixa metálica e tampa azul

O sensor de pressão também é chamado de transmissor de pressão, sonda de pressão, medidor de pressão ou transdutor de pressão. Não há diferença significativa entre esses diferentes nomes. No entanto, distinguimosos sensores de pressão analógicos e os transmissores de processo inteligentes.

Se nos referirmos à definição de um sensor de pressão, trata-se de um dispositivo de deteção de pressão cujo princípio consiste em converter a força aplicada pela pressão de um fluido numa determinada superfície (deformação) num sinal elétrico.

As empresas industriais utilizam um transmissor de pressão para :

Medição da pressão com um sensor de pressão relativa ou absoluta.
Medição de um caudal utilizando um despressurizador e um sensor de pressão diferencial
Medição de um nível com um sensor de pressão hidrostática
Medição da densidade com um transmissor de pressão diferencial

Como é que os sensores de pressão funcionam?

Esquema de célula flutuante para sensor de pressão com elemento capacitivo de silício

A pressão do fluido é aplicada a um componente de medição interno através de uma ligação e, em seguida, a uma interface mecânica - membrana de medição feita de aço inoxidável, cerâmica ou outro material nobre.

O elemento de medição eletrónico converte a pressão num sinal de saída bruto.

Como funciona um transmissor de pressão?

Esquema de elemento microcapacitivo de sensor de pressão com membranas de silício

Existem diferentes tecnologias, métodos, técnicas e princípios de medição para os modelos de sensores de pressão, cada um adaptado a aplicações específicas nos domínios da automatização de processos e das instalações industriais.

O sensor de pressão piezo-resistivo mede a força aplicada sobre 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). Este deforma um elemento piezo-resistivo de silício (circuito em ponte de Wheatstone). Este componente, que utiliza semicondutores, é uma resistência elétrica variável que converte a deformação em valor óhmico. Os MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) também são utilizados em alguns destes sensores, proporcionando miniaturização e maior sensibilidade.
O sensor de pressão capacitivo mede a força aplicada a uma membrana metálica de aço inoxidável ou cerâmica. A pressão aplicada 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 ressonância de frequência utiliza termos específicos como BFSL (Best Fit Straight Line) para definir a linearidade da medição. Este sensor de pressão converte a alteração da pressão numa alteração da frequência de oscilação, oferecendo uma elevada resolução e uma variedade de soluções para diferentes aplicações.
O sensor de pressão do extensómetro ou do medidor de tensão funciona de forma semelhante, sendo o sinal de saída do sensor filtrado, amplificado, compensado em termos de temperatura e formatado num sinal analógico. A saída analógica é transmitida através de um conetor elétrico, reduzindo os erros e melhorando a precisão.
Os manómetros,por outro lado, têm uma indicação local da medição da pressão. Os manómetrosde tubo em U, por exemplo, são frequentemente utilizados para medições simples e diretas.

Construção do sensor de pressão

Close-up de um transmissor de pressão com visor digital e caixa industrial branca e azul

A construção de um transmissor de pressão inclui vários elementos essenciais:

um conetor mecânico para a instalação,
uma membrana metálica ou cerâmica,
um sensor capacitivo ou um detetor piezoresistivo,
um fluido de enchimento, frequentemente óleo, integrado nas células de medição da pressão para transmitir as variações de pressão,
módulo eletrónico para condicionar e amplificar o sinal do detetor,
um conetor elétrico para facilitar a ligação a outros sistemas de automação,
uma caixa de plástico ou de metal (alumínio, aço inoxidável),
um indicador digital (opcional) para visualizar a informação sobre a pressão em tempo real.

Vista transversal interna de um sensor de pressão com célula de medição e sensor microcapacitivo de silício — Corte interno de um sensor de pressão mostrando a célula de medição e o sensor microcapacitivo de silício.

Qual é o sinal de saída de um sensor de pressão industrial?

Bloco de terminais interno de um sensor de pressão com ligações aparafusadas

O sinal de um sensor de pressão pode ser analógico ou digital. O sinal analógico do sensor de pressão é normalmente uma saída de corrente de 4-20mA, uma saída de tensão de 0-10V ou uma saída de tensão de 1-5V. O sinal de saída é enviado para a unidade de controlo para atuar na unidade de controlo.

O sinal de saída analógico de 4-20mA é normalmente utilizado por estes dispositivos devido às várias vantagens que oferece.

Em primeiro lugar, o sensor de pressão 4-20 mA é resistente à perda de sinal devido à linha de transmissão, o que garante uma medição precisa.

Terminal portátil de comunicação digital com cabos e interfaces para sensor de pressão

Também aumenta a distância entre o sensor de pressão 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 transmissor de pressão 4-20mA de 2 ou 4 fios é também menos sensível às interferências electromagnéticas, o que garante a sua fiabilidade.

Por último, pode ser utilizado num circuito de 4-20 mA para alimentar vários equipamentos, como o visor, o controlador e o registador.

A comunicação digital pode estar disponível com diferentes protocolos de comunicação - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. Estes protocolos de comunicação transmitem o valor medido e também permitem a configuração dos dispositivos de medição de pressão. Estes são conhecidos como transmissores electrónicos SMART. Alguns sensores electrónicos de pressão também oferecem interfaces IO Link, uma gama de precisões e gamas de medição específicas e aprovações internacionais.

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.

Ícones que ilustram a elevada precisão, o ciclo de medição rápido e a estabilidade a longo prazo de um sensor de pressão — Ilustração dos critérios de escolha de um sensor de pressão: precisão, rapidez e estabilidade.

Esquema 4D Gyration ilustrando pressão estática diferencial e restrições de temperatura

As propriedades do fluido a ser medido, tais como:sensor de pressão de ar, sensor de pressão de gás,sensor de pressão de hidrogénio, sensor de pressão de vapor, sensor de pressão de águaou outro líquido, bem como as suas características (densidade, viscosidade, corrosividade, etc.).
Condições de serviço do processo: pressão a medir, pressão estática, temperatura do processo, risco de corrosão
Tipo de medição: medição de pressão,medição de caudal por órgão depressore pressão diferencial delta-p,medição de nível por pressão hidrostática, medição de densidade
O tipo de pressão a medir :
- Pressão relativa
- Pressão atmosférica
- Pressão absoluta
- Pressão diferencial
- Pressão barométrica

Esquema ilustrando o impacto das propriedades do fluido na escolha do sensor de pressão e proteção

A gama de pressão ou gama de medição
Dinâmica ou rangeabilidade
Aprecisão da medição da pressão
Tempo de resposta
A interface de montagem mecânica ou o encaixe de ligação ao processo: ligação de parafuso, ligação de flange, etc.
Sinal de saída analógico e/ou comunicação digital com ou sem fios
O ambiente climático e os condicionalismos associados:A temperatura ambiente
- Humidade relativa ambiente
- Teor de pó
- Teor de gás corrosivo
- O nível de impermeabilização e o índice de proteção IP associado
- Presença de água do mar ou salinidade(sensores industriais para construção naval)
- Alta pressão estática(sensores industriais para aplicações offshore)

Transmissor de pressão instalado num tanque industrial com tubagens e conexões

O ambiente industrial, os condicionalismos associados e a regulamentação em vigor:
- Utilização em atmosferas explosivas e zonas associadas (segurança intrínseca)
- O pó
- Explosividade
- Ondas electromagnéticas (EMF)
- Vibrações
- Radiação(sensor de pressão para a indústria nuclear)
- Aplicações transaccionais de medição de gás(sensor com certificação MID)

Logotipos Ex e SIL3 indicando o nível de integridade de segurança para sensores de pressão

Segurança funcional e nível de integridade de segurança (SIL);norma CEI 61508 e norma CEI 61511, que exigem transmissores de pressão com funções de segurança avançadas SIL2/SIL3.
A escolha de uma sonda de pressão com o nível de segurança adequadoea escolha do sensor mais seguro em zonas explosivassão essenciais para a segurança e longevidade do seu processo.

A pressão de rupturadeve ser considerada ao dimensionar os sensores de pressão. A pressão de ruptura corresponde ao limite de solicitação mecânica da caixa e, quando esta ultrapassa esse limite, a caixa é destruída, o que pode causar uma fuga de fluido. Manter a pressão dentro da faixa especificada garante medições confiáveis, de acordo com as indicações da ficha técnica.
Acessórios para sensores de pressãoassociados, tais como um manifold ou um prensa-estopa.

Pressão diferencial, absoluta ou relativa: os diferentes tipos de sensores de pressão?

Sensor de pressão relativa com caixa industrial branca e tampas azuis

O sensor de pressão relativa

Otransmissor de pressão relativapermite medir a pressão relativa do processo em relação àpressão atmosférica. A pressão atmosférica é medida utilizando uma cavidade de referência no interior do transmissor. Esta pressão diminui à medida que se sobe em altitude.

Sensor de pressão diferencial com caixa industrial branca e tampas duplas azuis

O sensor de pressão diferencial ou deltaP

Osensor de pressão diferencialutiliza duas câmaras separadas ligadas por uma membrana flexível. A pressão é medida em cada lado da membrana. A pressão diferencial (dp) é a diferença entre estas duas pressões: uma pressão de referência do lado da baixa pressão (BP ou LP) e uma pressão do lado da alta pressão (HP). Este aparelho de medição da pressão diferencial é utilizado para medir o caudal dos fluidos nas tubagens, monitorizar o entupimento dos filtros ou calcular as perdas de carga.

Sensor de pressão absoluta com caixa industrial branca e tampas azuis

O sensor de pressão absoluta

Osensor de pressão absolutacompara a pressão relativa em relação ao vácuo absoluto. A pressão absoluta é sempre positiva. O funcionamento deste aparelho tem a vantagem de se libertar das variações da pressão atmosférica graças a uma câmara de referência ao vácuo, obtendo assim uma maior precisão.

A pressão absoluta é expressa a partir da pressão relativa adicionando 1,013 bar, ou seja, p. absoluta (bar abs.) = p. relativa (bar) + 1,013.

Esquema comparando pressão absoluta, pressão relativa e vácuo em relação à pressão atmosférica — Diagrama explicando a diferença entre pressão absoluta, pressão relativa e vácuo em relação à atmosfera.

Sensor de pressão com membranas com separadores com flange e capilares metálicos

O sensor de pressão de membrana

Um transmissor de pressão com separador 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 sensor de pressão de diafragma é baseado no princípio de Blaise Pascal.

O sensor de pressão de membrana é fabricado a partir de uma variedade de materiais, incluindo aço inoxidável, titânio, Inconel, Hastelloy, Monel, Tântalo, cerâmica e Níquel. Os materiais utilizados dependem do tipo de aplicação e da temperatura para a qual o sensor de pressão industrial foi concebido.

O sensor de pressão com separadores é utilizado para medir pressões de fluidos numa gama de temperaturas elevadas.

Detalhe do diafragma em aço inoxidável com membrana ondulada e conexão capilar — Detalhe de um sensor de pressão de diafragma com membrana em aço inoxidável e conexão capilar.

Sensor de pressão hidrostática com sonda submersível e flange de fixação

O sensor de pressão hidrostática

O sensor de nível hidrostático é um dispositivo de medição utilizado 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.

O sensor de pressão multivariável

O transmissor de pressão multivariável combina medição de pressão diferencial, medição de pressão absoluta e medição de temperatura no mesmo sensor. Estes produtos são utilizados em particular para a medição do caudal mássico.

O sensor de pressão imersa

Este sensor de pressão submersível ou hidrostático pode ser imerso num líquido para medir o nível num tanque ou reservatório. O sensor de pressão submerso tem geralmente uma membrana de aço inoxidável.

Como é que se calibra um sensor de pressão?

Calibração de um sensor de pressão com banco de ensaio e ligações pneumáticas

Os transmissores de pressão industriais requerem calibração periódica para garantir uma metrologia industrial precisa ao longo do seu ciclo de vida e evitar fatores que influenciam a precisão dos seus sensores.

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 sensor, a verificação do sinal de saída de 4-20 mA e, em seguida, a aplicação de uma compensação. O sensor pode ser calibrado utilizando um parafuso de ajuste externo ou uma interface de programação ou software de programação. Os modelos de transdutores de pressão com ecrã e botões de pressão podem ser calibrados localmente.

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.

Aocalibrar regularmenteo sensor de pressão, pode assegurar a exatidão da medição da pressão para garantir resultados consistentes.

Como é que instalo um manómetro?

Transmissor de pressão instalado na tubagem com visor digital na parte frontal azul

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 de instalação, dependendo das condições de pressão e temperatura do processo.

Dois transmissores de pressão instalados numa coluna industrial com linhas de impulso

O sinal de saída de 4-20 mA deste dispositivo pode ser ligado a um sistema de visualização (um ecrã digital industrial, um registador, um controlador ou um sistema de supervisão) ou a um PLC (sistema de automação para medição da pressão) para controlar um dispositivo de controlo e regular a pressão de um processo.

Para sua segurança, verifique o diagrama elétrico do sensor de pressão antes de ligar o instrumento de campo.

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?

Teste de um sensor de pressão com ligações elétricas e banco de ensaio

Um sensor de pressão 4-20 mA pode ser testado aplicando uma pressão conhecida definida na interface mecânica da sonda de pressão e verificando o sinal da saída analógica medido. Se tiver um sensor de pressão com visor, verifique 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.

Se não for possível reparar, pode substituir a referência do sensor de pressão antigo por um modelo novo e mais moderno.

Como é que configuro um sensor de pressão?

Configuração de um transmissor de pressão através do indicador digital na parte frontal

Os transmissores digitais inteligentes com protocolo HART podem ser configurados :

utilizando um indicador digital local programável para definir os parâmetros (para sensores de pressão com ecrã)
remotamente com um Pocket HART ou software de configuração com modem HART

Configuração remota de um sensor de pressão através de um comunicador portátil HART — Configuração de um sensor de pressão remoto através de um comunicador portátil compatível com HART.

Quais são as aplicações dos sensores de pressão?

Sensores de pressão instalados em rede de tubagem em ambiente industrial

Compreender por que 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.

O transmissor de pressão é utilizado em muitas aplicações no sector industrial.

Este sensor de pressão digital pode detetar pressões que vão desde alguns milibares até várias centenas de bares. É, por isso, essencial numa vasta gama de indústrias para a automatização de linhas de produção e maquinaria.

Podem ser medidas pressões relativas ou absolutas de ar comprimido, pressões de água, pressões de vapor e pressões de gás.

Por exemplo, as aplicações incluem a medição da pressão diferencial do fluxo de líquido, fluxo de gás ou fluxo de vapor num tubo, monitorização de filtros, medição do nível de um líquido num tanque com um transdutor de pressão de membrana de descarga, medição da densidade de um fluido.

Dependendo da sua indústria, é necessário escolher o instrumento de medição correto para a sua aplicação e as restrições do seu ambiente industrial.

Quais são as vantagens e desvantagens de um sensor de pressão?

Vantagens dos sensores de pressão

Precisão e fiabilidade: os sensores de pressão fornecem medições extremamente precisas, essenciais para as aplicações industriais. Aumentam a produtividade e reduzem os custos, fornecendo informações exactas sobre a pressão de gases, vapores ou líquidos.
Resistência a condições extremas: Mesmo em condições de altas temperaturas ou ambientes corrosivos, como os encontrados na indústria química ou de petróleo e gás, o seu funcionamento é garantido com excepcional fiabilidade e precisão.
Durabilidade e robustez: alojados em caixas de aço inoxidável ou alumínio, os sensores de pressão são resistentes a choques, vibrações e ambientes hostis. São construídos para durar.
Flexibilidade de utilização: Disponíveis numa variedade de designs e tecnologias, estes sensores cobrem uma ampla gama de faixas de medição de pressão para todos os fluidos, incluindo aplicações em vácuo e depressão. A sua flexibilidade torna-os adequados para muitas indústrias.
Fácil instalação: Com uma grande variedade de conexões e conectores disponíveis, os sensores de pressão podem ser integrados de forma rápida e fácil em sistemas de automação, minimizando erros de instalação.
Resistência a sobrecargas e sobrepressões: Graças à sua elevada resistência à sobrecarga, os sensores de pressão podem suportar picos de pressão extremos, tais como os produzidos por válvulas que se fecham rapidamente ou golpes de ar comprimido.

Precisão e fiabilidade
Resistência a condições extremas
Durabilidade e resistência
Flexibilidade de utilização
Fácil de instalar
Resistência a sobrecargas e sobrepressões

Desvantagens dos sensores de pressão

Custo inicial: O custo de aquisição de sensores de pressão de alta precisão pode ser elevado, o que pode representar um investimento significativo para algumas empresas industriais. O preço de um sensor de pressão reflete frequentemente a sua qualidade e durabilidade. Evite marcas de sensores de pressão exóticas e opte por um fabricante de sensores de pressão francês.
Sensibilidade às interferências: Os sensores que utilizam semicondutores podem ser sensíveis às interferências electromagnéticas, o que pode afetar a sua precisão. Escolha um fabricante cujos transdutores de pressão estejam em conformidade com as normas EMC.
Complexidade da instalação: Embora muitos sensores sejam concebidos para uma instalação fácil, algumas aplicações complexas podem exigir competências técnicas específicas para garantir um funcionamento ideal. Recorra a um fabricante de sensores de pressão de confiança.
Manutenção em condições específicas: Em certas instalações, especialmente onde as condições ambientais são extremas, pode ser necessária uma manutenção regular do seu sensor de pressão para garantir o desempenho. Escolha um fabricante de sensores de pressão com um serviço de manutenção próximo.

Custo inicial
Sensibilidade a interferências
Complexidade da instalação
Manutenção sob condições específicas

Medir a pressão não é algo que se improvise!

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A medição da pressão requer a intervenção de profissionais especializados na área da instrumentação.

Os especialistas da Fuji Electric, um fabricante francês de sensores de pressão industrial, irão orientá-lo e oferecer-lhe sensores de pressão concebidos para a sua aplicação mais exigente, para garantir que obtém os resultados esperados e evitar erros ao medir a pressão nos seus processos. Assim, pode desfrutar das vantagens da deteção de pressão sem os inconvenientes.

Os transdutores de pressão Fuji Electric são conhecidos 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.

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