Guida all'acquisto di sensori di pressione
I sensori di pressione sono indispensabili in un'ampia gamma di applicazioni industriali e tecnologiche.
Dall'origine e dall'unità di misura della pressione ai vantaggi e agli svantaggi dei diversi tipi di sensore, scoprirete cos'è un sensore di pressione, come funziona e come funziona un sensore di pressione.
Descriveremo inoltre la composizione di un sensore di pressione, i tipi di segnali in uscita e i criteri essenziali per la scelta di un sensore di pressione industriale. Esplorando le diverse categorie di trasduttori di pressione - trasduttore di pressione differenziale, trasduttore di pressione assoluta o trasduttore di pressione relativa - vi guideremo su come calibrarli, installarli e testarli in modo efficiente.
Infine, esaminiamo la configurazione del trasmettitore di pressione e le applicazioni pratiche di questo strumento essenziale sul campo, valutandone vantaggi e svantaggi.
- Unità di misura della pressione
- Che cos'è un sensore di pressione?
- Come funzionano i sensori di pressione?
- Come funziona un trasmettitore di pressione?
- Costruire un sensore di pressione?
- Qual è il segnale di uscita di un sensore di pressione?
- Come scegliere un sensore di pressione industriale?
- Pressione differenziale, assoluta o relativa: i diversi tipi di sensori di pressione?
- Come si calibra un sensore di pressione?
- Come si installa un sensore di pressione industriale?
- Come si testa un sensore di pressione?
- Come si configura un sensore di pressione?
- Quali sono le applicazioni dei sensori di pressione?
- Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei sensori di pressione?
Origine della misurazione della pressione
L'unità di misura Pascal prende il nome dal celebre filosofo, fisico e matematico francese Blaise Pascal.
Nato a Clermont-Ferrand, dove ha sede l'unità produttiva di Fuji Electric France SAS, produttore francese di sensori di pressione industriali, Pascal realizzò un esperimento fondamentale trasportando un barometro sulla cima del Puy de Dôme, per dimostrare che lapressione atmosferica diminuiva con l'altitudine sul livello del mare .
Tuttavia, lo scienziato italiano Evangelista Torricelli fu il pioniere nel dimostrare la pressione esercitata dal peso del volume d'aria sulla terra e progettò il primo barometro a mercurio.
Unità di misura della pressione
Il primop è espressa in unità di forza F per unità di superficie A : p = F / A
Conoscere le unità di misura della pressione e la loro conversione è importante per fare la scelta giusta di scale per il vostro sensore di pressione industriale.
- Pascal (Pa): è l'unità di base del Sistema Internazionale (SI) per la pressione. Un Pascal corrisponde a 1 Newton per metro quadro (1 Pa = 1 N/m²).
- Bar: unità di pressione comunemente utilizzata nelle applicazioni industriali. Un Bar corrisponde a una pressione di 100.000 Pa.
- Atmosfera standard (atm): utilizzata per esprimere la pressione barometrica o atmosferica. Un'atmosfera corrisponde a una pressione di 101,325 Pa.
Che cos'è un sensore di pressione?
Le sensore di pressione è anche chiamato trasmettitore di pressione, sensore di pressione, manometro o trasduttore di pressione. Non c'è una differenza significativa tra questi diversi nomi. Tuttavia, è possibile fare una distinzione tra sensori di pressione analogici e trasmettitori di processo intelligenti.
Se ci riferiamo alla definizione di sensore di pressione, si tratta di un dispositivo di rilevamento della pressione il cui principio consiste nel convertire la forza applicata dalla pressione di un fluido su una determinata superficie (deformazione) in un segnale elettrico.
Le aziende industriali utilizzano un trasmettitore di pressione per :
- Misurazione della pressione con un sensore di pressione relativa o assoluta.
- Misurazione di una portata con un depressurizzatore e un sensore di pressione differenziale
- Misurazione di un livello mediante un sensore di pressione idrostatica
- Misurazione della densità con un trasmettitore di pressione differenziale
Come funzionano i sensori di pressione?
La pressione del fluido viene applicata a un componente di misura interno tramite un raccordo e quindi un'interfaccia meccanica - membrana di misura in acciaio inox, ceramica o altro materiale nobile.
L'elemento di misura elettronico converte la pressione in un segnale di uscita grezzo.
Come funziona un trasmettitore di pressione?
Esistono diverse tecnologie, metodi, tecniche e principi di misura per i modelli di sensori di pressione, ciascuno adattato a specifiche applicazioni nei settori dell'automazione di processo e degli impianti industriali.
Le sensore di pressione piezoresistivo misura la forza applicata a una membrana metallica. La sollecitazione esercitata su un film sottile ne provoca la deformazione, trasmettendo la variazione di pressione attraverso un fluido incomprimibile (olio o acqua). Questo deforma un elemento piezoresistivo in silicio (circuito a ponte di Wheatstone). Questo componente, che utilizza semiconduttori, è un resistore elettrico variabile che converte la deformazione in un valore ohmico. Il MEMS (Sistemi microelettro-meccanici) sono utilizzati anche in alcuni di questi sensori, offrendo una miniaturizzazione e una maggiore sensibilità.- Il sensore di pressione capacitivo misura la forza applicata a una membrana metallica in acciaio inossidabile o ceramica. La pressione esercitata deforma la pellicola metallica, che trasmette la variazione di pressione attraverso un fluido intermedio incomprimibile (olio o acqua). Questo deforma un elemento capacitivo in silicio. Questo componente è un condensatore variabile che converte la deformazione in un valore capacitivo.
- Il trasmettitore a risonanza di frequenza utilizza termini specifici come BFSL (Best Fit Straight Line) per definire la linearità della misura. Questo sensore di pressione converte la variazione della pressione in una variazione della frequenza di oscillazione, offrendo un'elevata risoluzione e una varietà di soluzioni per diverse applicazioni.
- Il sensore di pressione ad estensimetri o a manometro funziona in modo simile: il segnale di uscita del sensore viene filtrato, amplificato, compensato in temperatura e formattato in un segnale analogico. L'uscita analogica viene trasmessa tramite un connettore elettrico, riducendo gli errori e migliorando la precisione.
- I manometri,invece, sono caratterizzati da una visualizzazione locale della misura di pressione. I manometricon tubo a U, ad esempio, sono spesso utilizzati per misure semplici e dirette.
Costruzione del sensore di pressione
La costruzione di un trasmettitore di pressione comprende diversi elementi essenziali:
- un connettore meccanico per l'installazione,
- una membrana metallica o ceramica,
- un sensore capacitivo o un rilevatore piezoresistivo,
- un fluido di riempimento, spesso olio, integrato nelle celle di misura della pressione per trasmettere le variazioni di pressione,
- modulo elettronico per il condizionamento e l'amplificazione del segnale del rivelatore,
- un connettore elettrico per facilitare il collegamento ad altri sistemi di automazione,
- un alloggiamento in plastica o metallo (alluminio, acciaio inox),
- un indicatore digitale (opzionale) per visualizzare le informazioni sulla pressione in tempo reale.
Qual è il segnale di uscita di un sensore di pressione industriale?
Il segnale di un sensore di pressione può essere analogico o digitale. Il segnale analogico del sensore di pressione è solitamente un'uscita in corrente 4-20mA, un'uscita in tensione 0-10V o un'uscita in tensione 1-5V. Il segnale di uscita viene inviato all'unità di controllo per agire su di essa.
Il segnale di uscita analogico 4-20mA è comunemente utilizzato da questi dispositivi per i numerosi vantaggi che offre.
Prima di tutto, il Sensore di pressione 4-20 mA è resistente alla perdita di segnale dovuta alla linea di trasmissione, garantendo una misura accurata.
Inoltre, estende la distanza tra il sensore di pressione e il sistema interessato. Inoltre, l'assenza di corrente consente di rilevare i guasti di linea, facilitando la risoluzione dei problemi. Il trasmettitore di pressione 4-20mA a 2 o 4 fili è anche meno sensibile alle interferenze elettromagnetiche, il che ne garantisce l'affidabilità.
Infine, può essere utilizzato in un loop 4-20mA per alimentare diverse apparecchiature come il display, il controllore e il registratore.
La comunicazione digitale può essere disponibile con diversi protocolli di comunicazione - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. Questi protocolli di comunicazione trasmettono il valore misurato e consentono anche di configurare i dispositivi di misura della pressione. Sono noti come trasmettitori elettronici SMART. Alcuni sensori di pressione elettronici offrono anche interfacce IO Link, una gamma di precisioni e campi di misura specifici e approvazioni internazionali.
Come scegliere un sensore di pressione industriale?
Il trasmettitore di pressione industriale deve essere scelto in base al fluido da misurare, al campo di pressione e alle condizioni operative dell'applicazione e del processo.
Le proprietà del fluido da misurare tale che : sensore di pressione dell'aria, sensore di pressione del gas, sensore di pressione dell'idrogeno, sensore di pressione del vapore, sensore di pressione dell'acqua o altro liquido e le sue caratteristiche (densità, viscosità, corrosività, ecc.).- Condizioni operative del processo: pressione da misurare, pressione statica, temperatura di processo, rischio di corrosione, ecc.
- Il tipo di misurazione: misurazione della pressione, misurazione del flusso mediante un dispositivo di riduzione della pressione e pressione differenziale delta-p, misurazione del livello mediante pressione idrostatica, misurazione della densità, ecc.
- Il tipo di pressione da misurare :
- Pressione relativa
- Pressione atmosferica
- Pressione assoluta
- Pressione differenziale
- Pressione barometrica
- Il campo di pressione o campo di misura
- Dinamicità o rangeability
- L'accuratezza della misurazione della pressione
- Tempo di risposta
- L'interfaccia di assemblaggio meccanico o il raccordo di processo: connessione a vite, connessione a flangia, ecc.
- Segnale di uscita analogico e/o comunicazione digitale cablata o wireless
- L'ambiente climatico e i vincoli associati:
- L'ambiente industriale, i vincoli associati e le normative vigenti:
Sicurezza funzionale e livello di integrità della sicurezza (SIL) ; Standard IEC 61508 e Standard IEC 61511 che richiedono trasmettitori di pressione con funzioni di sicurezza avanzate SIL2/SIL3.
Le scegliere un sensore di pressione con il giusto livello di sicurezza e Scegliere il sensore più sicuro per l'uso in aree esplosive sono essenziali per la sicurezza e la longevità del processo.- La pressione di scoppio deve essere presa in considerazione quando si dimensionano i sensori di pressione. La pressione di scoppio corrisponde al limite di sollecitazione meccanica dell'alloggiamento e, quando supera questa soglia, l'alloggiamento si distrugge, causando perdite di fluido. Mantenere la pressione all'interno dell'intervallo specificato garantisce misure affidabili in conformità con la scheda tecnica.
- Accessori associati al sensore di pressione, come un collettore o un pressacavo.
Pressione differenziale, assoluta o relativa: i diversi tipi di sensori di pressione?
Il trasmettitore di pressione relativa misura la pressione relativa del processo rispetto alla pressione atmosferica. La pressione atmosferica viene misurata utilizzando una cavità di riferimento all'interno del trasmettitore. Questa pressione diminuisce all'aumentare dell'altitudine.
Il sensore di pressione differenziale utilizza due camere separate collegate da un diaframma flessibile. La pressione viene misurata su entrambi i lati del diaframma. La pressione differenziale (dp) è la differenza di pressione tra queste due pressioni: una pressione di riferimento sul lato di bassa pressione (BP o LP) e una pressione sul lato di alta pressione (HP). Questo dispositivo di misurazione della pressione differenziale viene utilizzato per misurare il flusso dei fluidi nelle tubazioni, monitorare l'intasamento dei filtri o calcolare le perdite di pressione.
Il sensore di pressione assoluta confronta la pressione relativa con il vuoto assoluto. La pressione assoluta è sempre positiva. Il vantaggio di questo dispositivo è che non dipende dalle variazioni di pressione atmosferica, grazie a una camera di riferimento a vuoto, e quindi raggiunge una maggiore precisione.
La pressione assoluta è espressa dalla pressione relativa aggiungendo 1,013 bar, cioè p. assoluta (bar abs.) = p. relativa (bar) + 1,013.
Un trasmettitore di pressione con separatore a membrana separa il fluido di processo da misurare dalla cella di pressione. Il diaframma e le parti di contatto sono realizzati in un materiale resistente al fluido da misurare e sono saldati alla base della cella di pressione.
Un tubo capillare o un manicotto di collegamento costituisce il collegamento tra la membrana di separazione e la cella a pressione. Questo spazio deve essere degassato sotto vuoto, quindi riempito con un olio di riempimento e sigillato. La pressione misurata esercita una forza sulla superficie esterna del diaframma. Flettendosi verso l'interno, il diaframma cerca di comprimere il fluido di riempimento all'interno dello strumento.
Questo liquido di riempimento è progettato per resistere alla compressione, in modo che la forza venga convogliata direttamente alla cella di misura della pressione. L'intero funzionamento di un sensore di pressione a membrana si basa sul principio di Blaise Pascal.
Il sensore di pressione a membrana è realizzato in diversi materiali, tra cui acciaio inox, titanio, Inconel, Hastelloy, Monel, tantalio, ceramica e nichel. I materiali utilizzati dipendono dal tipo di applicazione e dalla temperatura per cui il sensore di pressione industriale è progettato.
Il sensore di pressione con separatori viene utilizzato per misurare le pressioni dei fluidi in un intervallo di temperature elevate.
- Il sensore di pressione multivariabile
Il trasmettitore di pressione multivariabile combina la misura della pressione differenziale, la misura della pressione assoluta e la misura della temperatura nello stesso sensore. Questi prodotti sono utilizzati in particolare per la misura della portata massica.
Il sensore di livello idrostatico è un dispositivo di misura utilizzato per determinare il livello di riempimento di un liquido in serbatoi o vasche. Il principio di misurazione si basa sulla pressione idrostatica, ovvero il peso esercitato da un liquido in funzione dell'altezza della colonna di riempimento.
- Il sensore di pressione immerso
Questo sensore di pressione sommergibile o idrostatico può essere immerso in un liquido per misurare il livello in un serbatoio o in una vasca. Il sensore di pressione sommerso ha generalmente una membrana in acciaio inossidabile.
Come si calibra un sensore di pressione?
Il trasmettitori di pressione industriali richiedere un calibrazione periodica per garantire metrologia industriale per tutto il loro ciclo di vita e evitare i fattori che influenzano la precisione dei vostri sensori.
Il periodo di calibrazione è definito dai produttori dei sensori di pressione. È necessario calibrare lo zero e il fondo scala.
In fabbrica, per verificare la linearità del segnale di uscita, la precisione viene controllata in diversi punti del campo di pressione.
La calibrazione prevede l'applicazione di una pressione di riferimento definita all'interfaccia meccanica del sensore, il controllo del segnale di uscita 4-20 mA e la successiva applicazione della compensazione. La taratura del sensore può essere effettuata mediante una vite di regolazione esterna, un'interfaccia di programmazione o un software di programmazione. I modelli di trasduttori di pressione con display e pulsanti possono essere calibrati localmente.
Per eseguire le varie manipolazioni, può essere necessario montare una valvola di isolamento o un collettore sul trasmettitore di pressione per isolarlo dal processo.
Per le tarature annuali, potete rivolgervi a un'azienda specializzata nella taratura dei sensori di pressione.
Calibrando regolarmenteil sensore di pressione, è possibile assicurare l'accuratezza della misurazione della pressione per garantire risultati coerenti.
Come si installa un manometro?
I trasduttori di pressione possono essere installati mediante un collegamento meccanico al dispositivo di misura o alla tubazione in cui deve essere misurata la pressione.
È necessario adottare speciali precauzioni di installazione in base alle condizioni di pressione e temperatura del processo.
Il segnale di uscita 4-20 mA di questo dispositivo può essere collegato a un sistema di visualizzazione (un display digitale industriale, un registratore, un controllore o un sistema di supervisione) o a un PLC (sistema di automazione per la misurazione della pressione) per controllare un dispositivo di controllo e regolare la pressione di un processo.
Per sicurezza, verificare lo schema elettrico del sensore di pressione prima di cablare lo strumento di campo.
Se avete bisogno di aiuto, vi consigliamo di rivolgervi a un'azienda professionale per l'installazione e la messa in funzione dello strumento di misura.
Come si testa un sensore di pressione?
A Sensore di pressione 4-20 mA possono essere testati applicando una pressione definita e nota all'interfaccia meccanica del sensore di pressione e verificando il segnale di uscita analogico misurato. Se si dispone di un sensore di pressione con displayControllare il valore visualizzato sull'indicatore.
Se il vostro strumento è difettoso, potete chiedere a uno specialista o a uno dei produttori di sensori industriali di ripararlo per voi.
Se la riparazione non è possibile, è possibile sostituire il vecchio sensore di pressione con un modello nuovo e più moderno.
Come si configura un sensore di pressione?
I trasmettitori digitali intelligenti con protocollo HART possono essere configurati :
Quali sono le applicazioni dei sensori di pressione?
Comprensione perché misurare la pressione nelle industrie di processo è importante per garantire la sicurezza, ottimizzare il controllo dei processi, migliorare l'efficienza energetica e mantenere la qualità dei prodotti finiti.
Il trasmettitore di pressione è utilizzato in molte applicazioni del settore industriale.
Questo sensore di pressione digitale può rilevare pressioni che vanno da pochi millibar a diverse centinaia di bar. È quindi essenziale in un'ampia gamma di industrie per l'automazione di linee di produzione e macchinari.
È possibile misurare le pressioni relative o assolute di aria compressa, acqua, vapore e gas.
Ad esempio, le applicazioni comprendono la misurazione della pressione differenziale del flusso di liquidi, gas o vapori in un tubo, il monitoraggio dei filtri, la misurazione del livello di un liquido in un serbatoio con un trasduttore di pressione a membrana a filo, la misurazione della densità di un fluido.
A seconda del settore, è necessario scegliere lo strumento di misura più adatto all'applicazione e ai vincoli dell'ambiente industriale.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi
di un sensore di pressione?
Vantaggi dei sensori di pressione
- Precisione e affidabilità: i sensori di pressione forniscono misure estremamente precise, essenziali per le applicazioni industriali. Aumentano la produttività e riducono i costi fornendo informazioni precise sulla pressione di gas, vapori o liquidi.
- Resistenza a condizioni estreme: anche in ambienti ad alta temperatura o corrosivi, come quelli dell'industria chimica o del petrolio e del gas, il funzionamento è garantito con un'affidabilità e una precisione eccezionali.
- Durata e robustezza: alloggiati in custodie di acciaio inossidabile o alluminio, i sensori di pressione sono resistenti a urti, vibrazioni e ambienti ostili. Sono costruiti per durare nel tempo.
- Flessibilità d'uso: disponibili in una varietà di design e tecnologie, questi sensori coprono un'ampia gamma di campi di misura della pressione per tutti i fluidi, comprese le applicazioni a vuoto e a pressione negativa. La loro flessibilità li rende adatti a un'ampia gamma di settori.
- Facilità di installazione: grazie all'ampia gamma di raccordi e connettori disponibili, i sensori di pressione possono essere integrati rapidamente e facilmente nei sistemi di automazione, riducendo al minimo gli errori di installazione.
- Resistenza al sovraccarico e alla sovrapressione: grazie alla loro elevata resistenza al sovraccarico, i trasduttori di pressione sono in grado di sopportare picchi di pressione estremi, come quelli prodotti dalla rapida chiusura delle valvole o dai colpi d'ariete dell'aria compressa.
Svantaggi dei sensori di pressione
- Costo iniziale: il costo dell'acquisto di sensori di pressione ad alta precisione può essere elevato e rappresentare un investimento significativo per alcune aziende industriali. Il prezzo di un sensore di pressione spesso riflette la sua qualità e durata. Evitate le marche di sensori di pressione esotici e scegliete un produttore francese di sensori di pressione.
- Sensibilità alle interferenze: i sensori che utilizzano semiconduttori possono essere sensibili alle interferenze elettromagnetiche, che possono influire sulla loro precisione. Scegliete un produttore i cui trasduttori di pressione siano conformi agli standard EMC.
- Complessità di installazione: sebbene molti sensori siano progettati per una facile installazione, alcune applicazioni complesse possono richiedere competenze tecniche specifiche per garantire un funzionamento ottimale. Affidatevi a un produttore di trasduttori di pressione di fiducia.
- Manutenzione in condizioni specifiche: in alcune installazioni, in particolare in presenza di condizioni ambientali estreme, può essere necessaria una manutenzione regolare del sensore di pressione per garantire le prestazioni. Scegliere un produttore di sensori di pressione con un servizio di manutenzione locale.
La misurazione della pressione non può essere improvvisata!
La misurazione della pressione richiede fare appello ai professionisti nel settore della strumentazione.
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Il sensore di pressione relativa
Il sensore di pressione differenziale o deltaP
Il sensore di pressione assoluta
Il sensore di pressione a membrana
