Pressió: Definicions i Tipus de Sensors

La pressió es defineix com la força que es realitza per unitat de superfície P(Pa)=F(N)/A(m2). La mesura de la pressió es basa en tots els casos per un desplaçament, sigui d’un líquid o d’una peça mecànica que es relaciona directament amb la pressió. El sensor de pressió també s’anomena Manòmetre.

Definicions

Pressió Absoluta: És la pressió d’un fluid mesurat respecte la referència al buit perfecte o zero absolut. La pressió és zero quan no existeix el xoc entre molècules, indicant que la proporció de molècules en estat gasós es pot considerar nul·la. Aquest tipus de mesura es va crear donat que la pressió atmosfèrica varia amb l’alçada, i agafant aquesta forma de mesurar s’unifiquen criteris.

Pressió Atmosfèrica: El fet d’estar rodejats d’aire que té un cert pes sobre la superfície de la terra significa que tenim una pressió d’un gas que exerceix l’atmosfera sobre la terra. A nivell del mar la pressió és d’1 Atm o 101325 Pa.

Pressió manomètrica o relativa: Quan es mesura un pressió per la diferència entre aquesta i l’atmosfèrica, s’anomena pressió manomètrica. Donat que la pressió atmosfèrica pot variar, segons el clima o la localització, aquest tipus de mesura s’aplica en els casos on aquesta variació no es significativa respecte el valor total de la pressió mesurada.

Pressió diferencial: Anomenen pressió diferencial quan es mesura la diferència de pressió entre dos punts.

Buit: Es refereix a les pressions inferiors a l’atmosfèrica, sent 0 la pressió atmosfèrica i incrementant la mesura quan ens acostem al zero absolut. També es pot utilitzar la notació negativa (Ex. – 0.73 atm).

COLUMNA DE LÍQUID O TUB EN 'U'

La pressió es pot mesurar fàcilment a partir de la diferència d’alçada en un tub en U. Si es coneix la densitat del líquid, la diferència de pressió es pot calcular com: P2-P1=ρ·g·h P: pressió (en Pa), ρ: densitat (Kg/m3), g: constant gravitatòria (9.81 m/s2), h: alçada de líquid (m). La utilització del mercuri com a líquid manomètric per excel·lència és a causa de la elevada densitat del líquid (13600 kg/m3), d’aquesta manera es poden realitzar mesures de elevades diferències de pressions en una diferència d’alçada força inferior. Així doncs, es necessitarà 13.6 vegades menys alçada respecte la mateix columna d’aigua.

TUB BOURDON

El tub Bordon és un tub que forma casi un anell complet i està tancat per un extrem. Al augmentar la pressió al interior del tub, aquest tendeix a posar-se recte. Aquest moviment es transmet mitjançant procediment mecànics (engranatges) a una agulla indicadora. Per la construcció del tub Bourdon s’utilitza normalment acer inoxidable, aleacions de coure o aleacions especials com Monel o hastelloy.

DIAGRAMA

Consisteix en una o varies capsules circulars connectades rígidament entre si per soldadura, de forma que al aplicar pressió cada capsula es deforma. La suma d’aquestes petites deformacions es amplificat per un joc de palanques. El moviment té una relació lineal amb l’augment de pressió en un interval de mesura on es garanteixi el mínim de histèresis i desviació permanent del zero. El material utilitzat per la construcció d’aquest tipus de sensors és una aleació de níquel.

FUELLE

Seguint el mateix principi que els sensors de diafragma, aquest sensor està format per una sola peça sense soldadures que pot deformar-se axialment de forma considerable. Aquest tipus de sensors es caracteritzen per la seva llarga vida, donat que aguanten milions de cicles de flexió sense patir cap tipus de deformació permanent. És utilitzat normalment per la mesura de rangs petits de pressió i normalment està construït amb bronze tractat tèrmicament.

TOBERA-OBTURADOR

Aquest sistema de transmissió de la pressió converteix la mesura de la pressió en una senyal pneumàtica proporcional. Aquest sistema consisteix en un tub pneumàtic, al qual se li subministra aire a pressió constant, que conté una reducció al seu final. Aquesta obertura pot ser obstruïda per una làmina mòbil que la seva posició depèn de la pressió en el lloc de mesura. La pressió P1 serà proporcional a la quantitat d’aire que es deixi escapar, per tant, a la mesura de la pressió que comunica un moviment a l’obturador. L’obertura (Rv) acostuma a ser molt petit. La relació entre la pressió a l’interior de l’obturador i la distància de l’obturador respecte l’obertura és clarament no-lineal.

RESISTIUS

És un dels sistemes més senzills, ja que es basa en la variació de la resistència d’un potenciòmetre (una resistència elèctrica de 3 terminals, un dels quals es desplaça, en aquest cas la part mecànica que es desplaça en funció de la pressió). Entre les terminals 1 i 3 hi ha sempre la mateixa resistència, però no entre els terminals 1 i 2 o 2 i 3, que variarà segons la posició. Així mesurant la resistència entre la part mecànica que entra en contacte amb un cable de resistència coneguda, es podrà conèixer quin és el desplaçament de l’element mecànic de mesura.

MAGNÈTICS

Consisteixen en un iman permanent o electroimán dins el qual es mou una carcassa de material magnètic. El circuit s’alimenta a un f.e.m. constant, aconseguint que al moure la carcassa variï el flux magnètic. Aquesta variació dóna una corrent induïda a la bobina proporcional al grau de desplaçament de la carcassa. Aquest tipus de sensors són molt sensibles a la temperatura i a les vibracions.

CAPACITATIUS

Es basa en la variació de la capacitat que es produeix en un condensador al desplaçar-se una de les seves capes. Aquestes sensors es caracteritzen per el seva reduïda mida i construcció robusta. La senyal de mesura és dèbil pel que precisen de amplificadors. Són sensibles a les vibracions i la temperatura.

EXTENSIOMETRIQUES (Galgues extensiometriques)

Es basen en la variació de la longitud, i per tant de resistència, quan un fil conductor es sotmès a un esforç mecànic per l’acció de la pressió. La pressió estira o comprimeix els fils segons sigui la seva disposició (segons fabricant), modificant la resistència del cable.

PIEZOELÈCTRICS

Els elements piezoelèctrics són materials cristal·lins que tenen la propietat que al deformar-se per l’acció d’una pressió, generen un petit corrent elèctric. El quars i el titanat de Bari són els materials piezoelèctrics més emprats, capaços de suportar temperatures de 150º C. Són sensors lleugers, petits i de construcció robusta. La seva senyal davant la variació de pressió és lineal. Precisen amplificadors i condicionadors de senyal. Són sensibles als canvis de temperatura i tenen una important deriva del valor de zero en el cas que rebin un fort cop (no es recuperen).