Find out more about the function, structure, types and areas of application of pressure sensors
How does a pressure sensor work?
Os sensores de pressão permitem soluções individuais para quase todas as tarefas no campo da medição de pressão – absolutamente precisas e fiáveis. Para especificar o produto correto, as condições de instalação (nivelada, não nivelada), os requisitos específicos da aplicação (higiénicos, industriais) e as propriedades do agente devem ser tidos em consideração.
Monitorização ou controlo de processos físicos dependendo da pressão absoluta, como exemplo, pressão de vapor
Pressão relativa:
Medição da pressão em relação à pressão atmosférica (pressão ambiente)
Sensor com compensação relativa
Sensor «aberto», ou seja, com interface para o meio ambiente
Monitorização ou controlo de processos físicos dependendo das condições ambientais
Exemplo de subpressão: força de retenção através da aspiração durante o manuseamento da peça de trabalho
Exemplo de sobrepressão: medição do nível hidrostático em tanques ventilados
Intervalo de medição combinado:
Medição da pressão relativa ou diferencial no intervalo negativo (subpressão) e positivo (sobrepressão)
Pressão diferencial:
Medição da diferença entre dois potenciais de pressão
Structure and types of pressure sensors
Baumer pressure sensors basically work with two different pressure measurement methods. The method to be used depends on the intended use of the sensor.
Resistive pressure measurement: In resistive pressure measurement, the deformation of a thin metal body or a ceramic membrane leads to a change in electrical resistance. When the metal strip is stretched by pressure, it becomes longer and its electrical resistance increases. When the metal strip is compressed, its cross-sectional area increases and its electrical resistance decreases. The change in resistance is then recorded as an electrical signal and converted into pressure.
Piezoresistive pressure measurement: This principle is also based on the change in electrical resistance when a material is deformed. However, this measurement principle uses a piezoresistive material. This material has the property that the mechanical stress that occurs during deformation (stretching or compression) also causes a change in electrical conductivity. The change in resistance is greater than with resistive pressure measurement.
In addition to the types of pressure measurement and pressure sensors listed here, piezoelectric, capacitive and inductive pressure sensors are also mentioned, as well as vacuum pressure sensors, frequency analogue pressure sensors and pressure sensors with Hall element.
A mudança na resistência específica e, portanto, no sinal resulta em materiais semicondutores a partir da mobilidade variável dos eletrões na estrutura cristalina. A mobilidade é influenciada pela carga mecânica. Uma membrana de aço inoxidável (encapsulamento) separa o chip de silício sensível e o agente do processo. Parafina ou óleo de silicone servem como fluido de transmissão para transmissão de pressão interna, dependendo da aplicação.
A mudança na resistência específica e, portanto, no sinal resulta em materiais semicondutores a partir da mobilidade variável dos eletrões na estrutura cristalina. A mobilidade é influenciada pela carga mecânica. Uma membrana de aço inoxidável (encapsulamento) separa o chip de silício sensível e o agente do processo. Parafina ou óleo de silicone servem como fluido de transmissão para transmissão de pressão interna, dependendo da aplicação.
Transmissores com tecnologia de silício piezoresistivo são caracterizados por alta precisão de medição e estabilidade de longo prazo. Devido à sua caixa totalmente soldada, eles têm uma longa vida útil e também podem ser utilizados em áreas Ex (ATEX).
Os sensores de pressão são adequados até mesmo para pequenos intervalos de medição, especialmente para medições de nível hidrostático a partir de uma altura de 0,5 m.
O corpo básico consiste num monólito de cerâmica, em cuja membrana os resistores estão impressos no verso. A pressão do ar ambiente atua como a pressão de referência neste lado. Devido ao princípio, é possível apenas a medição da pressão relativa. As células de medição de cerâmica são caracterizadas por uma boa estabilidade a longo prazo e resistência à corrosão. Uma vez que a cerâmica não pode ser soldada à ligação do processo, é necessária uma vedação para separar o agente. Com a tecnologia de camada espessa de cerâmica, são ligadas quatro resistências formando uma ponte de Wheatstone. No meio da membrana, as resistências sofrem a maior deformação quando pressurizadas, e a maior compressão nas áreas das arestas. Com células cerâmicas, a membrana de medição também é a membrana de separação para o agente. Não é necessário nenhum fluido de transmissão interno.
A camada de medição está localizada entre um disco fino de membrana de cerâmica e um corpo básico de cerâmica. O espaço necessário para a membrana dobrar é criado pela distância criada de modo direcionado. O volume assim formado pode ser ventilado ou evacuado com a pressão ambiente, o que permite a medição da pressão relativa ou absoluta. As células de medição de cerâmica são caracterizadas por uma boa estabilidade a longo prazo e resistência à corrosão. Uma vez que a cerâmica não pode ser soldada à ligação do processo, é necessária uma vedação para separar o agente. Com a tecnologia de camada espessa de cerâmica, são ligadas quatro resistências formando uma ponte de Wheatstone. No meio da membrana, as resistências sofrem a maior deformação quando pressurizadas, e a maior compressão nas áreas das arestas. Com células de película fina, a membrana de medição também é a membrana de separação para o agente. Não é necessário nenhum fluido de transmissão interno.
O corpo básico é feito de aço inoxidável. A estrutura de resistência é criada por fotolitografia. As células de medição de película fina são caracterizadas pela sua excelente resistência a picos de pressão e pressões de rutura. Mesmo pressões extremamente elevadas podem ser medidas de forma fiável – mesmo com altos choques e vibrações. Com a tecnologia de camada fina de metal, são ligadas quatro resistências formando uma ponte de Wheatstone. No meio da membrana, as resistências sofrem a maior deformação quando pressurizadas, e a maior compressão nas áreas das arestas. Com células de película fina, a membrana de medição também é a membrana de separação para o agente. Não é necessário nenhum fluido de transmissão interno. Como regra, a tecnologia de película fina é oferecida apenas para medir a pressão relativa, uma vez que a criação de vácuo na parte posterior da membrana requer um elevado esforço na construção.
Adequação para aplicações de gás
Pressão nos processos de esterilização
O vapor quente é usado para esterilizar dispositivos e sistemas. Elementos pequenos, como um sensor (PBMH autoclavável), podem ser esterilizados numa câmara adequada (autoclave). Numa instalação maior, o vapor quente passa pelo sistema, o que é conhecido como esterilização no local, «Sterilization in place» (SIP). Um sensor deve ser concebido para ser robusto, mesmo que o seu sinal geralmente não seja avaliado durante o processo de esterilização. Deve sobreviver à temperatura prevalecente, por exemplo, 134 °C, e à pressão, acima de 3 bar, durante o período de tempo correspondente, por exemplo, 30 min. A pressão e a temperatura estão física e diretamente ligadas uma à outra, o que é mostrado na curva do vapor saturado.
Pressão do vapor saturado em função da temperatura
Os sensores de pressão Baumer PBMx e PFMx são ideais para controlar o processo de esterilização. Eles fornecem valores exatos mesmo com mudanças rápidas de temperatura e, assim, regulam o processo de forma fiável através da pressão, o que resulta na temperatura necessária correspondente.
Definição das áreas de pressão
Explicação dos termos e anexos
Precisão: descreve o possível desvio de uma única medição da média de muitas medições e pode ser entendida como um círculo de dispersão. Alta precisão: pequeno círculo de dispersão, baixa precisão: grande círculo de dispersão.
Exatidão: descreve a distância (desvio) entre o valor médio de muitas medições e o valor real. Elevada exatidão: pequeno desvio, exatidão baixa: grande desvio.
Erro padrão de medição: esta informação é fornecida através da configuração do valor mínimo (Best Fit Straight Line, BFSL) e descreve a precisão (círculo de dispersão).
Desvio máximo de medição: o erro padrão de medição e o desvio de um sensor.
Dependência da temperatura
A aplicação pode desviar-se da temperatura de referência (por exemplo, 20 °C), de modo que o erro padrão de medição ou o desvio máximo de medição devem ser considerados de forma diferenciada.
O «ponto zero do coeficiente de temperatura» (TKN) descreve a dependência da temperatura do ponto zero e, portanto, a influência na exatidão.
A «amplitude do coeficiente de temperatura» (TKN) descreve a dependência da temperatura do intervalo de medição e, portanto, a influência na precisão, ou seja o erro padrão de medição.
O TKN e a TKS juntos descrevem a dependência da temperatura no desvio máximo de medição.
Dependência da temperatura do desvio máximo de medição
Em muitos casos, um sensor de pressão de temperatura estável com uma menor exatidão inicial deve ser preferido a um mais instável com uma maior exatidão inicial, se a temperatura operacional desviar-se da temperatura de referência (por exemplo, 20 °C).
Informações de erro
A Baumer especifica as «informações de erro máximas», ou seja, estatisticamente, 99,7% dos sensores cumprem a especificação. Os concorrentes podem indicar as “informações de erro típicas” para as quais 32% dos produtos não cumprem as especificações.
