Tipos de transmisores de presión

Autointroducción sencilla del transmisor de presión

Como sensor de presión cuya salida es una señal estándar, un transmisor de presión es un instrumento que acepta una variable de presión y la convierte proporcionalmente en una señal de salida estándar. Puede convertir los parámetros de presión física de gas, líquido, etc., detectados por el sensor de la celda de carga, en señales eléctricas estándar (como 4-20 mA CC, etc.) para proporcionar instrumentos secundarios como alarmas indicadoras, registradores, reguladores, etc., para la medición, indicación y regulación de procesos.

La clasificación de los transmisores de presión

Generalmente los transmisores de presión de los que hablamos se dividen según el principio:
Transmisores de presión capacitivos, resistivos, inductivos, semiconductores y piezoeléctricos para mediciones de alta frecuencia. Entre ellos, los resistivos son los más utilizados. El transmisor capacitivo 3051S de Rosemount es un ejemplo de productos de alta gama.

Los transmisores de presión se pueden dividir en metal, cerámica, silicio difundido, silicio monocristalino, zafiro, película pulverizada, etc. según los componentes sensibles a la presión.

• El transmisor de presión de metal tiene poca precisión, pero tiene poca influencia en la temperatura y es adecuado para áreas con un amplio rango de temperatura y requisitos de baja precisión.
• Los sensores de presión cerámicos ofrecen mayor precisión, pero se ven más afectados por la temperatura. Además, la cerámica ofrece resistencia al impacto y a la corrosión, lo que permite su uso en el campo de la respuesta.
• La precisión de transmisión de presión del silicio difuso es muy alta, y la deriva de temperatura también es considerable, por lo que generalmente se requiere una compensación de temperatura antes de su uso. Además, incluso después de la compensación de temperatura, no se pueden medir presiones superiores a 125 °C. Sin embargo, a temperatura ambiente, el coeficiente de sensibilidad del silicio difuso es cinco veces mayor que el de la cerámica, por lo que se utiliza generalmente en el campo de la medición de alta precisión.
• El transmisor de presión de silicio monocristalino es el sensor más preciso en la práctica industrial. Es una versión mejorada del silicio difuso. Por supuesto, su precio también es superior. Actualmente, Yokogawa de Japón es el representante en el campo de la presión de silicio monocristalino.
• El transmisor de presión de zafiro no es sensible a los cambios de temperatura y tiene buenas características de trabajo incluso en condiciones de alta temperatura; el zafiro tiene una resistencia a la radiación extremadamente fuerte; no hay deriva pn; puede funcionar normalmente en las peores condiciones de trabajo y es confiable. Alto rendimiento, buena precisión, error de temperatura mínimo y alto rendimiento de costo general.
• El transmisor de presión de película fina por pulverización catódica no contiene adhesivo y ofrece mayor estabilidad y fiabilidad a largo plazo que el sensor de galgas extensométricas adhesivas. Además, se ve menos afectado por la temperatura: cuando esta alcanza los 100 °C, la deriva del cero es de tan solo el 0,5 %. Su rendimiento térmico es muy superior al del sensor de presión de silicio por difusión; además, puede entrar en contacto directo con medios corrosivos generales.

Principios de los diferentes tipos de transmisores de presión

• El principio del transmisor de presión capacitivo.

Cuando la presión actúa directamente sobre la superficie del diafragma de medición, este produce una pequeña deformación. El circuito de alta precisión del diafragma transforma esta pequeña deformación en un voltaje altamente lineal, proporcional a la presión y al voltaje de excitación. Luego, un chip dedicado convierte esta señal de voltaje en una señal de corriente de 4-20 mA o una señal de voltaje de 1-5 V, estándar en la industria.

• El principio del transmisor de presión de silicio difuso

La presión del medio medido actúa directamente sobre el diafragma del sensor (normalmente un diafragma 316L), provocando que el diafragma produzca un microdesplazamiento proporcional a la presión del medio, cambiando el valor de resistencia del sensor y detectándolo con un circuito Wheatstone. Este cambio, y convierte y emite una señal de medición estándar correspondiente a esta presión.

• Principio del transmisor de presión de silicio monocristalino

Los sensores de presión piezorresistivos se construyen utilizando el efecto piezorresistivo del silicio monocristalino. Se utiliza una oblea de silicio monocristalino como elemento elástico. Cuando la presión varía, el silicio monocristalino produce tensión, de modo que la resistencia a la tensión difundida directamente sobre él produce un cambio proporcional a la presión medida, y el circuito puente obtiene la señal de salida de voltaje correspondiente.

• Principio del transmisor de presión cerámico

La presión actúa directamente sobre la superficie frontal del diafragma cerámico, provocando una ligera deformación. La resistencia de película gruesa está impresa en la parte posterior del diafragma cerámico y conectada a un puente de Wheatstone (puente cerrado) gracias al efecto piezorresistivo del varistor. El puente genera una señal de tensión altamente lineal, proporcional a la presión y a la tensión de excitación. Generalmente, se utiliza cerámica para la medición de presión en compresores de aire.

• Principio del transmisor de presión de galgas extensométricas

Los transmisores de presión de galgas extensométricas más utilizados son las galgas extensométricas de resistencia metálica y las galgas extensométricas de semiconductor. La galga extensométrica de resistencia metálica es un dispositivo sensible que convierte la variación de la deformación en la probeta en una señal eléctrica. Existen dos tipos: de alambre y de lámina metálica. Normalmente, la galga extensométrica se adhiere firmemente a la matriz de deformación mecánica mediante un adhesivo especial. Cuando la matriz se somete a un cambio de tensión, la galga extensométrica de resistencia también se deforma, modificando así su valor de resistencia y, por consiguiente, la tensión aplicada a la resistencia. Los transmisores de presión de galgas extensométricas son relativamente escasos en el mercado.

• Transmisor de presión de zafiro

El transmisor de presión de zafiro utiliza el principio de funcionamiento de resistencia a la tensión, adopta componentes sensibles de zafiro-silicio de alta precisión y convierte la señal de presión en una señal eléctrica estándar a través de un circuito amplificador dedicado.

• Transmisor de presión de película de pulverización catódica

El elemento sensible a la presión de pulverización catódica se fabrica mediante tecnología microelectrónica, formando un puente de Wheatstone firme y estable sobre la superficie del diafragma elástico de acero inoxidable. Cuando la presión del medio medido actúa sobre el diafragma elástico de acero inoxidable, el puente de Wheatstone del otro lado produce una señal eléctrica de salida proporcional a la presión. Gracias a su buena resistencia al impacto, las películas pulverizadas se utilizan a menudo en situaciones con frecuentes impactos de presión, como en equipos hidráulicos.

Precauciones al seleccionar el transmisor de presión

• Selección del valor del rango de presión del transmisor:

Primero, determine el valor máximo de la presión medida en el sistema. Generalmente, debe seleccionar un transmisor con un rango de presión aproximadamente 1,5 veces mayor que el valor máximo, o bien, dejar que el rango de presión normal se encuentre en el transmisor de presión. Un método común es usar entre 1/3 y 2/3 del rango normal.

• ¿Qué tipo de medio de presión?

Los líquidos viscosos y los lodos obstruirán los puertos de presión. ¿Los disolventes o las sustancias corrosivas dañarán los materiales del transmisor que estén en contacto directo con estos medios?
El material del transmisor de presión general que entra en contacto con el medio es acero inoxidable 316. Si el medio no es corrosivo para el acero inoxidable 316, entonces básicamente todos los transmisores de presión son adecuados para medir la presión del medio.
Si el medio es corrosivo para el acero inoxidable 316, se debe usar un sello químico y una medición indirecta. Si se utiliza un tubo capilar lleno de aceite de silicona para guiar la presión, se puede prevenir la corrosión del transmisor de presión y prolongar su vida útil.

• ¿Cuánta precisión necesita el transmisor?

La precisión se determina por la no linealidad, la histéresis, la no repetibilidad, la temperatura, la escala de desplazamiento del cero y la temperatura. A mayor precisión, mayor precio. Generalmente, la precisión del transmisor de presión de silicio difuso es de 0,5 o 0,25, mientras que la del transmisor de presión de silicio capacitivo o monocristalino es de 0,1 o incluso 0,075.

• Conexión de proceso del transmisor:

Generalmente, los transmisores de presión se instalan en tuberías o tanques. Por supuesto, una pequeña parte se instala y utiliza con caudalímetros. Existen tres tipos de instalación de transmisores de presión: rosca, brida y abrazadera. Por lo tanto, antes de seleccionar el transmisor de presión, también debe considerarse la conexión al proceso. Si es roscada, es necesario determinar la especificación de la rosca. Para las bridas, es necesario considerar las especificaciones de la brida para el diámetro nominal.

Introducción a la industria de transmisores de presión

Alrededor de 40 países de todo el mundo se dedican a la investigación y producción de sensores, de los cuales Estados Unidos, Japón y Alemania son las regiones con mayor producción de sensores. Los tres países juntos representan más del 50% del mercado mundial de sensores.

Actualmente, el mercado de transmisores de presión en mi país es un mercado maduro con una alta concentración. Sin embargo, la posición dominante la ocupan los países extranjeros representados por Emerson, Yokogawa, Siemens, etc. Los productos de marca representan aproximadamente el 70 % de la cuota de mercado y tienen una ventaja absoluta en proyectos de ingeniería de gran y mediana envergadura.

Esto se debe a las consecuencias de la temprana adopción por parte de mi país de la estrategia de "mercado tecnológico", que afectó gravemente a las empresas estatales y estuvo en una situación de quiebra. Sin embargo, al mismo tiempo, algunos fabricantes, representados por empresas privadas chinas, aparecen discretamente y se fortalecen. El futuro mercado de transmisores de presión de China está lleno de nuevas incógnitas.