Para entender los sensores de presión debemos entender algunos conceptos básicos que son los siguientes:Definición de presión como unidad de medida: La presión se define como la fuerza ejercida por un líquido o gas sobre una superficie. Generalmente se mide en unidades de fuerza por unidad de área. Las unidades comúnmente utilizadas son pascales (Pa), bares (bar), N/mm2 o psi (libras por pulgada cuadrada).
Definición de sensor: Un sensor es un dispositivo que mide una cantidad física y la transforma en una señal. Esta cantidad puede ser, por ejemplo, temperatura, longitud, fuerza y presión. En la mayoría de los casos la señal es eléctrica, aunque también puede ser óptica.
Definición de sensor de presión: En consecuencia, un sensor de presión es un instrumento compuesto por un elemento sensible a la presión con el que se determina la presión real aplicada al sensor (utilizando diferentes principios de funcionamiento) y otros componentes que convierten esta información en una señal de salida.
FUNCIONAMIENTO DE LOS SENSORES DE PRESIÓN.
Los sensores de presión utilizan varias tecnologías para proporcionar resultados precisos. En este apartado analizamos algunos de ellos.
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Los sensores de presión con tecnología de galgas extensométricas (son instrumentos de medición portátil que se utiliza para medir el tamaño de separaciones pequeñas entre dos objetos que están muy cerca), tienen un elemento sensible a la presión al que se unen estas galgas extensométricas de metal o al que se unen galgas extensométricas de película estrecha.
Este elemento de medida puede ser una membrana o, en el caso de cuerpos de medida con calibres de chapa, también se puede utilizar un elemento de tipo tubular.
Las principales ventajas de este diseño de tipo tubular monolítico son la mayor rigidez y la capacidad de medir presiones muy altas (hasta 15.000 bar). La conexión eléctrica normalmente se establece a través de un puente de Wheatstone (es un circuito eléctrico utilizado para medir una resistencia desconocida al equilibrar un brazo de puente. Constan de cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, una de las cuales es la resistencia a medir), que proporciona una buena amplificación de la señal generando resultados de medición consistentes y precisos.
Los sensores de presión capacitivos utilizan una cavidad de presión y una membrana para formar un condensador variable. La membrana se deforma cuando se aplica presión y la capacidad disminuye proporcionalmente. Este cambio en la capacitancia puede medirse eléctricamente y relacionarse con la presión aplicada. Estos tipos de sensores están limitados a presiones bajas alrededor de 40 bar.
Los sensores de presión piezorresistivos constan de una membrana (principalmente de silicio) con galgas extensiométricas integradas que detectan la deformación debida a la presión aplicada. Estos medidores de tensión a menudo se configuran en una configuración de puente de Wheatstone para reducir la sensibilidad y aumentar la potencia de salida. Gracias al material utilizado se pueden utilizar hasta presiones de unos 1000 bar.
A diferencia de las tecnologías antes mencionadas, cuyo principio de funcionamiento se basa en la deflexión de un cuerpo de medición, Los sensores de presión resonante utilizan las variaciones de la frecuencia resonante en un mecanismo de detección para medir el estrés causado por la presión aplicada. Dependiendo del diseño de estos sensores, el elemento resonante puede estar expuesto al medio. En este caso, la frecuencia de resonancia depende de la densidad del medio. En algunos casos, estos sensores son sensibles a golpes y vibraciones.
Otros sensores de presión que no utilizan un cuerpo de medición son los sensores térmicos o de ionización, que miden la presión aplicada por cambios en la conductividad térmica como resultado de cambios en la densidad de una corriente de partículas cargadas.
Tipos de medidas de presión
Se pueden usar varias propiedades para clasificar los sensores de presión que pueden ser por: el rango de presión que miden, el rango de temperatura de funcionamiento o el tipo de presión que miden.
La presión puede ser absoluta, relativa, normalizada o diferencial.
- Sensores de presión absoluta, miden la presión relativa de una cámara de referencia (cerca del vacío).
- Sensores de presión relativa, se utilizan para medir la presión relativa a la presión atmosférica presente en ese momento.
- Sensores de presión manométrica estándar (o de referencia constante) son como sensores de presión manométrica que miden la presión relativa a una presión fija, en lugar de la relativa a la presión atmosférica existente.
- Sensores de presión diferencial, determinan la diferencia entre dos presiones y se pueden usar para medir caídas de presión, niveles de fluidos y caudales.
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La ventaja más obvia de un sensor de presión absoluta es que siempre mide con respecto a la misma presión de referencia (vacío); por lo que no se ve afectado por las variaciones de presión atmosférica y, además, las variaciones de temperatura afectan en menor medida a su funcionamiento.
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LUIS EDUARDO ROCHA MUÑOZ
Ing. Electromecánico | ROCHA Y LONDOÑO SAS