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 aceita uma variável de pressão e a converte proporcionalmente em um sinal de saída padrão. Ele pode converter os parâmetros físicos de pressão de gás, líquido, etc., sentidos pelo sensor da célula de carga em sinais elétricos padrão (como 4-20 mADC, etc.) para fornecer instrumentos secundários, como alarmes indicadores, registradores, reguladores, etc., para medição, indicação e regulação de processos.

A classificação dos transmissores de pressão

Normalmente os transmissores de pressão dos quais falamos são divididos de acordo com o princípio:
Transmissores de pressão capacitivos, transmissores de pressão resistivos, transmissores de pressão indutivos, transmissores de pressão semicondutores e transmissores de pressão piezoelétricos para medições de alta frequência. Entre eles, os transmissores de pressão resistivos são os mais utilizados. O transmissor de pressão capacitivo utiliza o transmissor 3051S da Rosemount como representante de produtos de ponta.

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

• O transmissor de pressão de metal tem baixa precisão, mas tem pouca influência na temperatura e é adequado para áreas com ampla faixa de temperatura e baixos requisitos de precisão.
• Sensores de pressão cerâmicos apresentam maior precisão, mas são mais afetados pela temperatura. A cerâmica também apresenta a vantagem de resistência ao impacto e à corrosão, o que pode ser usado em campo de resposta.
• A precisão da transmissão de pressão do silício difuso é muito alta, e a variação de temperatura também é grande, portanto, a compensação de temperatura geralmente é necessária antes de seu uso. Além disso, mesmo após a compensação de temperatura, a pressão acima de 125 °C não pode ser medida. No entanto, à temperatura ambiente, o coeficiente de sensibilidade do silício difuso é 5 vezes maior que o da cerâmica, por isso é geralmente utilizado na área de medições de alta precisão.
• O transmissor de pressão de silício monocristalino é o sensor mais preciso na prática industrial. É uma versão aprimorada do silício difuso. É claro que o preço também é mais alto. Atualmente, a Yokogawa do Japão é a representante no campo da pressão de silício monocristalino.
• O transmissor de pressão de safira não é sensível a mudanças de temperatura e tem boas características de trabalho mesmo sob condições de alta temperatura; a safira tem resistência à radiação extremamente forte; sem desvio de pn; pode funcionar normalmente nas piores condições de trabalho e é confiável. Alto desempenho, boa precisão, erro mínimo de temperatura e alto desempenho de custo geral.
• O transmissor de pressão de película fina por pulverização catódica não contém nenhum adesivo e apresenta maior estabilidade e confiabilidade a longo prazo do que o sensor de extensômetro aderente; é menos afetado pela temperatura: quando a temperatura varia 100 ℃, o desvio de zero é de apenas 0,5%. Seu desempenho de temperatura é muito superior ao do sensor de pressão de silício por difusão; além disso, pode entrar em contato direto com meios corrosivos em geral.

Princípios dos diferentes tipos de transmissores de pressão

• O princípio do transmissor de pressão capacitivo.

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

• O princípio do transmissor de pressão de silício difuso

A pressão do meio medido atua diretamente no diafragma do sensor (geralmente um diafragma 316L), fazendo com que o diafragma produza um microdeslocamento proporcional à pressão do meio, alterando o valor da resistência do sensor e detectando-o com um circuito de Wheatstone. Essa alteração converte e emite um sinal de medição padrão correspondente a essa 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 utilizada como elemento elástico. Quando a pressão varia, o silício monocristalino produz deformação, de modo que a resistência à deformação diretamente difundida sobre ele produz uma variação proporcional à pressão medida, e então o sinal de saída de tensão 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 leve deformação do diafragma. O resistor de filme espesso é impresso na parte traseira 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 usado para medição de pressão em compressores de ar, mais cerâmicas são utilizadas.

• Princípio do transmissor de pressão do extensômetro

Os transmissores de pressão de extensômetro mais comumente utilizados são extensômetros de resistência metálica e extensômetros semicondutores. O extensômetro de resistência metálica é um dispositivo sensível que converte a variação de deformação na peça de teste em um sinal elétrico. Existem dois tipos: extensômetro de fio e extensômetro de folha metálica. Normalmente, o extensômetro é firmemente fixado 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, fazendo com que o valor da resistência do extensômetro se altere, resultando em uma variação na tensão aplicada ao resistor. Transmissores de pressão de extensômetro são relativamente raros no mercado.

• Transmissor de pressão de safira

O transmissor de pressão de safira usa o princípio de funcionamento de 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 de pulverização catódica é fabricado por tecnologia microeletrônica, formando uma ponte de Wheatstone firme e estável na superfície do diafragma elástico de aço inoxidável. Quando a pressão do meio 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 ao impacto, os filmes de pulverização catódica são frequentemente utilizados em situações com impactos de pressão frequentes, como em equipamentos hidráulicos.

Precauções na seleção do transmissor de pressão

• Seleção do valor da faixa de pressão do transmissor:

Primeiro, determine o valor máximo da pressão medida no sistema. Em geral, você precisa selecionar um transmissor com uma faixa de pressão cerca de 1,5 vez maior que o valor máximo, ou deixar a faixa de pressão normal cair sobre o transmissor de pressão. 1/3 a 2/3 da faixa normal também é um método comum.

• Que tipo de meio de pressão:

Líquidos viscosos e lamas bloquearão as portas de pressão. Solventes ou substâncias corrosivas destruirão os materiais do transmissor que estão em contato direto com esses meios?
O material do transmissor de pressão geral que entra em contato com o meio é aço inoxidável 316. Se o meio não for corrosivo para o aço inoxidável 316, basicamente todos os transmissores de pressão são adequados para medir a pressão do meio;
Se o meio for corrosivo para o aço inoxidável 316, deve-se usar um selo químico e realizar a medição indireta. Utilizar um tubo capilar preenchido com óleo de silicone para guiar a pressão pode evitar a corrosão do transmissor de pressão e prolongar sua vida útil.

• Quanta precisão o transmissor precisa:

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, e o transmissor de pressão de silício capacitivo ou monocristalino tem uma precisão de 0,1 ou até 0,075.

• Conexão de processo do transmissor:

Geralmente, os transmissores de pressão são instalados em tubulações ou tanques. É claro que uma pequena parte deles é instalada e utilizada com medidores de vazão. Geralmente, existem três formas de instalação para transmissores de pressão: rosca, flange e braçadeira. Portanto, antes de selecionar o transmissor de pressão, a conexão ao processo também deve ser considerada. Se for rosqueado, é necessário determinar a especificação da rosca. Para flanges, é necessário considerar as especificações do diâmetro nominal do flange.

Introdução à indústria de transmissores de pressão

Cerca de 40 países ao redor do mundo se dedicam à pesquisa e produção de sensores, sendo os Estados Unidos, o Japão e a Alemanha as regiões com a maior produção de sensores. Juntos, os três países respondem por mais de 50% do mercado mundial de sensores.

Atualmente, o mercado de transmissores de pressão em meu país é um mercado maduro e com alta concentração. No entanto, a posição dominante é ocupada por países estrangeiros, como Emerson, Yokogawa, Siemens, etc. Produtos de marca representam cerca de 70% da participação de mercado e têm vantagem absoluta em projetos de engenharia de grande e médio porte.

Isso se deve às consequências da adoção precoce da estratégia de "mercado de tecnologia" pelo meu país, que atingiu duramente as empresas estatais do meu país e que já esteve em um estado de fracasso, mas, ao mesmo tempo, alguns fabricantes, representados por empresas privadas chinesas, surgiram discretamente e se fortaleceram. O futuro mercado de transmissores de pressão da China está repleto de novas incógnitas.