Tipos de transmissores de pressão

Apresentação simples do transmissor de pressão

Como um sensor de pressão cuja saída é um sinal padrão, um transmissor de pressão é um instrumento que recebe uma variável de pressão e a converte em um sinal de saída padrão proporcional. Ele pode converter os parâmetros físicos de pressão de gases, líquidos, etc., detectados pela célula de carga, em sinais elétricos padrão (como 4-20 mA, etc.) para fornecer informações a instrumentos secundários, como alarmes, registradores, reguladores, etc., para medição, indicação e regulação de processos.

Classificação dos transmissores de pressão

Normalmente, os transmissores de pressão de que falamos são divididos de acordo com o princípio:
Transmissores de pressão capacitivos, resistivos, indutivos, semicondutores e piezoelétricos para medições de alta frequência. Dentre eles, os transmissores de pressão resistivos são os mais utilizados. O transmissor 3051S da Rosemount é um exemplo de produto de alta qualidade no segmento de transmissores de pressão capacitivos.

Os transmissores de pressão podem ser divididos em metálicos, cerâmicos, de silício difuso, de silício monocristalino, de safira, de filme pulverizado, etc., de acordo com os componentes sensíveis à pressão.

• O transmissor de pressão metálico tem baixa precisão, mas sofre pouca influência da temperatura, sendo adequado para áreas com ampla variação de temperatura e baixos requisitos de precisão.
• Sensores de pressão de cerâmica possuem melhor precisão, mas são mais afetados pela temperatura. A cerâmica também apresenta a vantagem da resistência a impactos e à corrosão, podendo ser utilizada em aplicações de resposta a incidentes.
• A precisão da transmissão de pressão do silício difuso é muito alta, porém a deriva térmica também é grande, sendo geralmente necessária a compensação de temperatura antes de seu uso. Além disso, mesmo após a compensação de temperatura, a pressão acima de 125 °C não pode ser medida. Contudo, à temperatura ambiente, o coeficiente de sensibilidade do silício difuso é 5 vezes maior que o da cerâmica, sendo por isso geralmente utilizado em aplicações de medição de alta precisão.
• O transmissor de pressão de silício monocristalino é o sensor mais preciso na prática industrial. Trata-se de uma versão aprimorada do silício difundido. Naturalmente, o preço também aumentou. Atualmente, a Yokogawa, do Japão, é a principal empresa no setor de transmissores de pressão de silício monocristalino.
• O transmissor de pressão de safira não é sensível a variações de temperatura e apresenta bom desempenho mesmo em altas temperaturas; a safira possui resistência à radiação extremamente alta; não apresenta deriva PN; funciona normalmente mesmo nas piores condições de trabalho, sendo confiável, com alto desempenho, boa precisão, erro mínimo de temperatura e excelente custo-benefício.
• O transmissor de pressão de filme fino depositado por pulverização catódica não contém adesivo e apresenta maior estabilidade e confiabilidade a longo prazo do que o sensor de extensômetro adesivo; é menos afetado pela temperatura: quando a temperatura varia 100 °C, a deriva do zero é de apenas 0,5%. Seu desempenho em relação à temperatura é muito superior ao do sensor de pressão de silício por difusão; além disso, pode entrar em contato direto com meios corrosivos comuns.

Princípios de funcionamento dos diferentes tipos de transmissores de pressão

• Princípio do transmissor de pressão capacitivo.

Quando a pressão atua diretamente na superfície do diafragma de medição, este sofre uma pequena deformação. O circuito de alta precisão do diafragma transforma essa pequena deformação em um sinal de tensão altamente linear, proporcional à pressão e à tensão de excitação. Em seguida, um chip dedicado converte esse sinal de tensão em um sinal de corrente padrão da indústria de 4-20 mA ou em um sinal de tensão de 1-5 V.

• Princípio do transmissor de pressão de silício difuso

A pressão do meio medido atua diretamente no diafragma do sensor (geralmente um diafragma de aço inoxidável 316L), fazendo com que o diafragma sofra um microdeslocamento proporcional à pressão do meio, alterando o valor da resistência do sensor. Essa alteração é detectada por um circuito de Wheatstone, que a converte e emite um sinal de medição padrão correspondente à pressão.

• Princípio do transmissor de pressão de silício monocristalino

Sensores de pressão piezoresistivos são construídos utilizando o efeito piezoresistivo do silício monocristalino. Uma pastilha de silício monocristalino é usada como elemento elástico. Quando a pressão muda, o silício monocristalino sofre deformação, de modo que a resistência à deformação transmitida diretamente sobre ele produz uma variação proporcional à pressão medida, e então o sinal de tensão de saída correspondente é obtido pelo circuito em ponte.

• Princípio do transmissor de pressão cerâmico

A pressão atua diretamente na superfície frontal do diafragma cerâmico, causando uma ligeira deformação. O resistor de película espessa é impresso na parte posterior do diafragma cerâmico e conectado a uma ponte de Wheatstone (ponte fechada) devido ao efeito piezoresistivo do varistor. A ponte gera um sinal de tensão altamente linear, proporcional à pressão e à tensão de excitação. Geralmente utilizado para medição de pressão em compressores de ar, esse tipo de componente utiliza cerâmica.

• Princípio do transmissor de pressão por extensômetro

Os transmissores de pressão baseados em extensômetros mais comuns são os extensômetros de resistência metálica e os extensômetros semicondutores. O extensômetro de resistência metálica é um dispositivo sensível que converte a variação de deformação na peça testada em um sinal elétrico. Existem dois tipos: extensômetros de fio e extensômetros de folha metálica. Normalmente, o extensômetro é firmemente colado à matriz de deformação mecânica por meio de um adesivo especial. Quando a matriz é submetida a uma variação de tensão, o extensômetro de resistência também se deforma, alterando seu valor de resistência e, consequentemente, a tensão aplicada ao resistor. Transmissores de pressão baseados em extensômetros são relativamente raros no mercado.

• Transmissor de pressão de safira

O transmissor de pressão de safira utiliza o princípio de funcionamento da resistência à deformação, adota componentes sensíveis de silício-safira de alta precisão e converte o sinal de pressão em um sinal elétrico padrão por meio de um circuito amplificador dedicado.

• Transmissor de pressão de filme de pulverização catódica

O elemento sensível à pressão depositado por pulverização catódica é fabricado por meio de tecnologia microeletrônica, formando uma ponte de Wheatstone firme e estável na superfície do diafragma elástico de aço inoxidável. Quando a pressão do fluido medido atua sobre o diafragma elástico de aço inoxidável, a ponte de Wheatstone do outro lado produz um sinal elétrico de saída proporcional à pressão. Devido à sua boa resistência a impactos, os filmes depositados por pulverização catódica são frequentemente utilizados em aplicações com impactos de pressão frequentes, como em equipamentos hidráulicos.

Precauções na seleção de transmissores de pressão

• Seleção do valor da faixa de pressão do transmissor:

Primeiramente, determine o valor máximo da pressão medida no sistema. De modo geral, é necessário selecionar um transmissor com uma faixa de pressão cerca de 1,5 vezes maior que o valor máximo, ou então utilizar a faixa de pressão normal do transmissor. Uma faixa de 1/3 a 2/3 da pressão normal também é um método comum.

• Que tipo de meio de pressão:

Líquidos viscosos e lamas podem obstruir as portas de pressão. Solventes ou substâncias corrosivas podem danificar os componentes do transmissor que estão em contato direto com esses fluidos?
O material do transmissor de pressão comum que entra em contato com o fluido é o aço inoxidável 316. Se o fluido não for corrosivo para o aço inoxidável 316, então basicamente todos os transmissores de pressão são adequados para medir a pressão do fluido;
Se o fluido for corrosivo para o aço inoxidável 316, deve-se utilizar um selo químico e realizar a medição indireta. O uso de um tubo capilar preenchido com óleo de silicone para guiar a pressão pode prevenir a corrosão do transmissor de pressão e prolongar sua vida útil.

• Qual o nível de precisão necessário para o transmissor?

A precisão é determinada por: não linearidade, histerese, não repetibilidade, temperatura, escala de deslocamento zero e temperatura. Quanto maior a precisão, maior o preço. Geralmente, a precisão do transmissor de pressão de silício difuso é de 0,5 ou 0,25, enquanto o transmissor de pressão capacitivo ou de silício monocristalino tem uma precisão de 0,1 ou até mesmo 0,075.

• Processo de conexão do transmissor:

Geralmente, os transmissores de pressão são instalados em tubulações ou tanques. Uma pequena parte deles é instalada e utilizada em conjunto com medidores de vazão. Existem três formas comuns de instalação de transmissores de pressão: roscada, flangeada e com abraçadeira. Portanto, antes de selecionar o transmissor de pressão, é necessário considerar a conexão do processo. Se for roscada, é preciso determinar a especificação da rosca. Para flangeadas, é necessário considerar as especificações do diâmetro nominal da flange.

Introdução à indústria de transmissores de pressão

Cerca de 40 países em todo o mundo estão envolvidos na pesquisa e produção de sensores, sendo os Estados Unidos, o Japão e a Alemanha as regiões com maior produção. Juntos, esses três países representam mais de 50% do mercado mundial de sensores.

Atualmente, o mercado de transmissores de pressão no meu país é um mercado maduro com alta concentração. No entanto, a posição dominante é ocupada por empresas estrangeiras, representadas por empresas como Emerson, Yokogawa e Siemens. Os produtos de marca renomada detêm cerca de 70% da participação de mercado e possuem uma vantagem absoluta em projetos de engenharia de grande e médio porte.

Isso se deve às sequelas da adoção precoce, pelo meu país, da estratégia de "mercado para tecnologia", que afetou gravemente as empresas estatais chinesas, levando-as à falência. Ao mesmo tempo, porém, alguns fabricantes, representados por empresas privadas chinesas, surgiram discretamente e se fortaleceram. O futuro do mercado de transmissores de pressão na China está repleto de novas incógnitas.