Sensores Electromecánicos Para Medición de Presión

2.1.

Sensores Sensores Electr Electromec omecánic ánicos os para Medición Medición de Presió Presión n

Una desventaja desventaja común que presenta presenta los sensores sensores mecánicos mecánicos es el método utilizado para para transmitir transmitir el movimiento movimiento del del elemento de medición medición de  presión a un indicador, indicador, tal como puntero o una plumilla. Un eslabón mecánico sufre desgaste, tiene un alto grado de histéresis lo cual limita la  precisión, velocidad de repuesta y repetibilidad de la medición. os avances en la tecnolog!a electrónica han dado la respuesta a este problema sensando eléctricamente el movimiento el elemento de medición de presión. "l resultado de esto es# respuesta mucho más rápida menor desgaste e histéresis, mejor compensación compensación de temperatura, y una salida que es una se$al eléctrica proporcional al movimiento del elemento de medición de  presión. "sta se$al puede luego ser amplificada amplificada y acondicionada acondicionada para que reúna reúna los requerimientos requerimientos del sistema de de control. # %ntes %ntes de pasar a estudiar cada uno de estos sensores, sensores, se mencionarán algunas caracter!sticas de un circuito constituido por un &uente de 'heatstone. El Puente de Wheatstone:  a figura (.) muestra un diagrama básico de un circuito de un &uente de 'heatstone. os cuatro elementos del puente  pueden ser inductancias, inductancias, capacitadores o resistencias. &ero en el caso de medición de presión, generalmente son resistencias. "n cualquiera de estos casos, un peque$o cambio en la corriente a través de una de las ramas del puente produce un cambio instantáneo del voltaje a través de los e*tremos. +i las resistencias de los cuatro elementos del puente son afectadas por la temperatura en la misma forma, cualquier cambio tenderá a balancear una con otra evitando errores inducidos por variaciones en la temperatura, los cuales, e otro modo se detectar!an como un cambio en la presión.

+i la salida de un sensor de precisión se se transmite a una de las ramas del puente, puente, el desbalance desbalance resultante en el voltaje, voltaje, debido a una variación de  presión, puede ser amplificado, amplificado, escalado y calibrado en unidades de presión. iertos semiconductores, semiconductores, tales como el +ilicón, son piezoresistivos -cambios en la resistencia debido a esfuerzo. /e este modo, las resistencias de un circuito de &uente de 'heatstone pueden ser implantadas, o 0difundidas1 en un circuito muy peque$o -hip. +i esto se conecta apropiadamente a un sensor de presión tipo diafragma, o se utilizan el mismo como diafragma, y se cablea a un circuito de amplificación, proporciona una se$al analógica repetitiva proporcional proporcional a la presión aplicada al diafragma. 2. 1. 1. 1. 1.

El Stra in in Ga Gage (G (Galgas)

os transductores transductores de presión presión tipo tipo +train +train gage proporcionan un medio medio conveniente conveniente y con confiable fiable para para medir medir presión presión de gases y l!quidos. +on especialmente adecuados adecuados para ser utilizados en sistemas viscosos y corrosivos. Un +train gage gage -galga e*tensométrica e*tensométrica es un mecanismo mecanismo que utiliza el cambio cambio de la la resistencia eléctrica de un alambre o elemento semiconductor  semiconductor  de resistencia, sometido a esfuerzo para medir presión. "l +train gage cambio un movimiento mecánico en una se$al eléctrica cuando la resistencia varia por compresión o tensión. "l cambio en la resistencia es una medida de la presión que produce la distorsión mecánica. a figura (.2 ilustra el  principio de operación operación de un strain gage. gage. "*isten varios varios tipos de strain strain gages# cementados -bonded, -bonded, sin cementar cementar -unbonded, -unbonded, capa fina y tipo tipo semiconductor. semiconductor. "n la figura (.3 se muestran muestran varios tipos de strain gage. a sensibilidad de un dispositivo semiconductor es cien -455 veces mayor que la de una strain gage de alambre de resistencia. 6ndependientemente 6ndependientemente del tipo tipo de strain gage utilizado, utilizado, casi siempre se emplea en en circuito eléctrico eléctrico con un un puente de 'heatstone. 'heatstone. a variación en la resistencia cambia el voltaje de salida del puente. "sta se$al frecuentemente requiere compensación por cambios en la temperatura del proceso. "l método más frecuente de realizar esta compensación es el de utilizar una resistencia de compensación en el puente de 'heatstone ig 2.!. "i#erentes tipos de strain gage.

a figura (.45 (.45 muestra el corte de un transductor7transmisor transductor7transmisor basado basado en un microprocesador microprocesador.. a se$al de presión del proceso se aplica sobre un un diafragma, el cual la transfiere, a través de un l!quido de sello -fluido, al lado de alta presión del sensor. % través de un venteo se aplica la presión atmosférica al lado de baja presión del sensor. "l sensor -silicón chip mide la diferencia entre la presión del proceso y la presión atmosférica. omo se muestra e la figura (.45, el sensor mide tres variables# la presión del proceso, presión estática y temperatura ambiente. ambiente. "l microprocesador microprocesador utiliza estas tres se$ales de entrada para calcular la presión del proceso compensada por cualquier efecto de variación de presión atmosférica o temperatura. a compensación compensación se realiza utilizando utilizando ciertos ciertos factores factores almacenados almacenados en la memoria memoria &89: del microprocesador microprocesador.. "l microprocesador microprocesador también también chequea la linealidad de la se$al de salida, y la escala de acuerdo a los valores de rango seleccionado. a se$al digital de salida es convertida en una se$al de ; por lo tanto el medidor %lphatron no puede operar de manera efectiva a las presiones más bajas que opera el sensor de cátodo caliente. &or otro lado, el %lphatron tiene un rango lineal que va desde

2.2.

−3

10

 Dorr hasta la presión atmosférica.

3nterruptores de Presión (Pressure S5itches)

os interruptores de presión se utilizan para energizar o desenergizar circuitos eléctricos en sistemas de alarmas, para realizar funciones de control, o ajustes de presión predeterminados. "stán sujetos a las mismas consideraciones de dise$o que la de los instrumentos para medición o transmisión de presión. "l mecanismo eléctrico de 6nterrupción generalmente es un microsAitch o un sAitch de mercurio. "l elemento primario de medición generalmente es un diafragma. %lgunos factores que hay que considerar para seleccionar un interruptor de presión son# tiempo de vida, presión de prueba, función del interruptor, carga má*ima -electrical rating y clasificación del área donde va a estar instalado. 2..

4plicaciones de Sellos en la Medición de Presión

+on dise$ados para proteger instrumentos de medición de presión. onsisten en un mecanismo que generalmente es un delgado diafragma como medio de separación entre el fluido del proceso y el elemento sensor. "l volumen entre el diagrama y el s ensor de presión se llena completamente con un l!quido que es estable a la temperatura. a defle*ión en el diafragma causada por un cambio en la presión del proceso se transmite directamente a través del l!quido hacia el elemento sensor, o remotamente a través de un capilar  os sellos se utilizan en las siguientes aplicaciones# uando el fluido del proceso cuya presión se mide puede destruir el elemento sensor. uando los materiales que pueden soportar los efectos de temperatura y7o corrosión de ciertos fluidos no se encuentran disponibles, o son muy costosos. &or requerimientos sanitarios. uando el fluido del proceso se puede congelar, o puede taponar la entrada al sensor. 2.*.

$ransmisores de Presión

a utilización de sistemas de transmisión remota para enviar mediciones de presión o de diferencial de presión, sobre distancias relativamente largas, tiene muchas ventajas, dentro de las cuales se puede mencionar, seguridad, econom!a y conveniencia. 2. *. 1.

$ran sm is ió n 6 eu má ti ca

os sensores de presión mecánicos producen un movimiento proporcional a la presión, el cual puede ser utilizado para mover el dial de un indicador, la plumilla de un registro o interruptores eléctricos sencillos. "ste mismo sistema está constituido por cuatro componentes básicos# -4 +uministro constante de aire de alimentación de (5 psig. -( Un transmisor que modula el aire de alimentación en función a los cambios en la variable medida en este caso la presión. -? Una l!nea de cone*ión de diámetro peque$o para transmitir los cambios en la presión del aire modulado y -; Un instrumento receptor que indica o registra presión basado en la presión del aire modulado. "ste receptor también puede ser un controlador. 2. *. 2.

$ran smi sió n El ec tró ni ca

a figura (.(4 muestra un tipo de transmisor electrónico. "ste tipo de transmisor está basado en un transductor capacitivo. a presión del proceso se transmite a través de diafragmas separadores y un fluido de sellos -aceite de silicona a un diafragma sensor en el centro de la celda. "l diafragma sensor se deflecta en respuesta a la diferencial de presión a través de él. " l desplazamiento del diafragma es proporcional a la diferencial de presión. a  posición del diafragma sensor es detectada por placas de un capacitor a ambos lados del diafragma sensor. a diferencia en capacitancia entre el diafragma sensor y las pacas del capacitor se convierte electrónicamente en una se$al de ; H (5 m%/ o 45 H B5 m%/. 2. *. .

$ran smi sor es 3n te lig en te s

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6nstrumentación 6ndustrial Iasta hace poco los transductores y transmisores de presión hab!an sido de tipo analógico convirtiendo movimientos mecánicos y cambios en  propiedades eléctricas en se$ales estándar de ? H 4B psig o ; H (5 m%/. Un nuevo tipo de transmisores, basados en microprocesadores, ofrecen una mayor capacidad y confiabilidad que sus antecesores. "l microprocesador incorporado en el transmisor mejora la precisión y las capacidades de comunicación. a precisión total es mejorada eliminando las fuentes principales de error en un transductor> como lo son aquellas debido a los cambios de temperatura y presión estática. on el poder del microprocesador es posible ahora medir los efectos de la temperatura y la presión estática sobre cada sensor individualmente. "sto caracterizada a cada sensor utilizando formulas complejas. "l resultado es que se obtiene un precisión apro*imada de 4 H ? J comparada con ( H B J para transmisores analógicos. "ste tipo de transmisores ofrece además un modo de comunicación digital. 9tra de las ventajas de este tipo de transmisores es la  posibilidad de poder verificar a distancia la calibración del transmisor, ajustar el cero, cambiar la calibración, utilizando un dispositivo conectado a los dos cables de transmisión de la se$al.

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