Funcionamiento y tecnología de sensores de presión
Funcionamiento y tecnología de sensores de presión
Los sensores de presión permiten soluciones individuales para casi todas las tareas de medición de presión: absolutamente precisas y fiables. Para especificar el producto adecuado, deben tenerse en cuenta las condiciones de instalación (enrasado o no enrasado en la parte delantera), los requisitos específicos de la aplicación (higiénica, industrial) y las propiedades del medio.
Tipos de presión:
Presión absoluta:
Medición de presión en relación con el vacío absoluto
Sensor denso sin compensación relativa
Seguimiento o control de procesos físicos en función de la presión absoluta, como presión de vapor
Presión relativa
Medición de presión en relación con la presión atmosférica (presión ambiental)
Sensor con compensación relativa
Sensor «abierto», es decir, con salida al entorno
Seguimiento o control de procesos físicos en función de las condiciones ambientales
Por ejemplo, presión negativa: fuerza de sujeción mediante aspiración durante la manipulación de piezas de trabajo
Por ejemplo, sobre presión: medición de nivel hidrostático en depósitos ventilados
Rango de medición combinado:
Medición de presión relativa o diferencial en el rango negativo (presión negativa) y positivo (sobrepresión)
Presión diferencial:
Medición de la diferencia entre dos potenciales de presión
La modificación de la resistencia específica y, por lo tanto, de la señal surge de la movilidad variable de los electrones en la estructura cristalina en el caso de materiales semiconductores. La movilidad se ve influenciada por la carga mecánica. Una membrana de acero inoxidable (encapsulado) separa el chip de silicio sensible del medio de proceso. Se utiliza parafina o aceite de silicona como fluido de transmisión para la transmisión interna de presión, en función de la aplicación.
La modificación de la resistencia específica y, por lo tanto, de la señal surge de la movilidad variable de los electrones en la estructura cristalina en el caso de materiales semiconductores. La movilidad se ve influenciada por la carga mecánica. Una membrana de acero inoxidable (encapsulado) separa el chip de silicio sensible del medio de proceso. Se utiliza parafina o aceite de silicona como fluido de transmisión para la transmisión interna de presión, en función de la aplicación.
Los transmisores con tecnología de silicio piezorresistivo se caracterizan por una elevada precisión de medición y estabilidad a largo plazo. Gracias a su carcasa completamente soldada, presentan una larga vida útil y también se pueden utilizar en zonas con riesgos de explosión (ATEX).
Los sensores de presión también son adecuados para rangos de medición reducidos, especialmente para mediciones de nivel hidrostático a partir de una altura de 0,5 m.
El cuerpo base consta de un monolito cerámico, en cuya membrana están impresas las resistencias en la parte posterior. La presión del aire ambiente actúa como presión de referencia en este lado. Debido al principio, solo es posible medir la presión relativa. Las células cerámicas de medición se caracterizan por una buena estabilidad a largo plazo y resistencia a la corrosión. Se requiere una junta para separar los medios dado que la cerámica no se puede soldar a la conexión del proceso. En caso de tecnología de capa gruesa de cerámica, se interconectan cuatro resistencias para formar un puente Wheatstone. En el centro de la membrana, las resistencias experimentan la mayor expansión en caso de presurización y la mayor compresión en las zonas de los bordes. En caso de células cerámicas, la membrana de medición también constituye la membrana de separación de los medios. No se requiere líquido de transmisión interno.
La capa de medición se encuentra entre un disco fino de membrana cerámica y un cuerpo base de cerámica. El espacio necesario para que la deformación de la membrana se genera mediante la distancia creada de manera específica. El volumen así formado se puede ventilar o evacuar con presión ambiental, lo que permite la medición de la presión relativa o absoluta. Las células cerámicas de medición se caracterizan por una buena estabilidad a largo plazo y resistencia a la corrosión. Se requiere una junta para separar los medios dado que la cerámica no se puede soldar a la conexión del proceso. En caso de tecnología de capa gruesa de cerámica, se interconectan cuatro resistencias para formar un puente Wheatstone. En el centro de la membrana, las resistencias experimentan la mayor expansión en caso de presurización y la mayor compresión en las zonas de los bordes. En caso de células de lámina fina, la membrana de medición también constituye la membrana de separación de los medios. No se requiere líquido de transmisión interno.
El cuerpo base consta de acero inoxidable. La estructura de resistencia se crea mediante fotolitografía. Las células de medición de lámina fina se caracterizan por su excelente resistencia a los picos de presión y las presiones de explosión. Incluso las presiones extremadamente elevadas se pueden medir de manera fiable, también en caso de importantes golpes y vibraciones. En caso de tecnología de lámina fina de cerámica, se interconectan cuatro resistencias para formar un puente Wheatstone. En el centro de la membrana, las resistencias experimentan la mayor expansión en caso de presurización y la mayor compresión en las zonas de los bordes. En caso de células de lámina fina, la membrana de medición también constituye la membrana de separación de los medios. No se requiere líquido de transmisión interno. Por norma general, la tecnología de lámina fina solo se ofrece para medir la presión relativa, ya que crear un vacío en la parte posterior de la membrana requiere mucho esfuerzo.
Idoneidad para aplicaciones de gas
Presión en procesos de esterilización
El vapor caliente se utiliza para esterilizar aparatos e instalaciones. Los elementos pequeños, como un sensor (autoclavable PBMH), se pueden esterilizar en una cámara adecuada (autoclave). En el caso de una instalación más grande, el vapor caliente pasa a través de la instalación, lo que se conoce como «Sterilization in place» (SIP). Un sensor debe estar diseñado para ser resistente, incluso si su señal no se valora durante el proceso de esterilización. El sensor debe sobrevivir a la temperatura predominante de, por ejemplo, 134 °C y a la presión por encima de 3 bar durante el período de tiempo de, por ejemplo, 30 minutos. La presión y la temperatura están físicamente intervinculadas, lo que se muestra en la curva de vapor saturado.
Presión de vapor saturado en función de la temperatura
Los sensores de presión Baumer PBMx y PFMx resultan ideales para controlar el proceso de esterilización. También proporcionan valores exactos con cambios rápidos de temperatura y, por lo tanto, regulan el proceso de manera fiable a través de la presión, lo que genera la temperatura requerida correspondiente.
Definición de los rangos de presión
Explicación de términos y conexiones
Precisión: describe la posible desviación de una sola medición con respecto a la media de muchas mediciones y puede entenderse como círculo de dispersión. Elevada precisión: pequeño círculo de dispersión, baja precisión: gran círculo de dispersión.
Precisión: describe la distancia (desplazamiento) entre el valor medio de muchas mediciones y el auténtico valor. Elevada precisión: pequeño desplazamiento, baja precisión: gran desplazamiento.
Error de medición estándar: esta información se proporciona mediante el ajuste del valor mínimo (Best Fit Straight Line, BFSL) y describe la precisión (círculo de dispersión).
Máxima desviación de medición: incluye el error estándar de medición y el desplazamiento de un sensor.
Dependencia de la temperatura
La aplicación puede desviarse de la temperatura de referencia (por ejemplo, 20 °C), de forma que el error estándar de medición o la desviación máxima de medición deben considerarse de manera diferente.
El «punto cero del coeficiente de temperatura» (TKN) describe la dependencia de la temperatura del punto cero y, por lo tanto, la influencia en la precisión.
El «intervalo de coeficiente de temperatura» (TKS) describe la dependencia de la temperatura del rango de medición y, por lo tanto, la influencia en la precisión, es decir, el error estándar de medición.
TKN y TKS describen juntos la dependencia de la temperatura de la desviación máxima de medición.
Dependencia de la temperatura de la desviación máxima de la medición
En muchos casos, se prefiere un sensor de presión estable a la temperatura con una precisión inicial más baja a uno más inestable con una precisión inicial más elevada si la temperatura de servicio se desvía de la temperatura de referencia (p. ej., 20 °C).
Indicación de error
Baumer especifica la «indicación máxima de error», es decir, estadísticamente el 99,7 % de los sensores cumplen la especificación. En caso necesario, los competidores pueden presentar la «indicación típica de error» para la cual el 32 % de los productos no cumplen con la especificación.
