Traductoarele electronice de presiune: elemente introductive esentiale in masurarea industriala

Ce sunt traductoarele electronice de presiune?

Traductoarele de presiune sunt niste dispozitive importante cand vine vorba despre automatizarea si controlului proceselor industriale. Rolul lor fundamental este de a converti o marime fizica (presiune, in cazul nostru), intr-un semnal electric standardizat (de obicei, un curent de 4-20 mA sau o tensiune de 0-10 V). Ele mai mai sunt cunoscute si sub numele de senzori de presiune, cu toate ca tehnic exista o diferenta intre acesti doi termeni: senzorul de presiune este doar elementul de detectare, pe cand traductorul include si partea electronica de conditionare a semnalului.

Traductoarele se folosesc cu predilectie in controlul fluidelor in sistemele pneumatice sau hidraulice, unde prin transformarea presiunii in semnal electric, poate fi folosita de sistemele de control, cum ar fi Controlerele Logice Programabile (PLC-uri) sau Sistemele de Control Distribuit (DCS-uri). 

Cum functioneaza? De la forta la Electricitate

Principiul de baza al traductoarelor se realizeaza in doua etape:

1. Sesizarea Presiunii (conversia primara mecanica)

Presiunea, definita ca forta care apasa pe o unitate de suprafata, actioneaza asupra unui element elastic sensibil (senzorul), efectuand o deformare mecanica. Elementul elastic poate fi o membrana, o diafragma subtire, dar robusta, care, sub presiunea aerului sau gazului, se deformeaza direct proportional cu presiunea aplicata.

2. Transductia (conversia secundara electrico-mecanica)

Deformarea mecanica este apoi folosita ca o parghie fizica pentru a modifica o caracteristica electrica masurabila (rezistenta, capacitate sau inductanta) cu ajutorul unui traductor secundar sau al unui element de masura integrat.

Tehnologiile cele mai populare care sunt folosite pentru aceasta conversie sunt:

Piezorezistive (marca tensometrica) - Acestea sunt extrem de des intalnite. Pe membrana senzorului sunt lipite, prin tehnologii de tip MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), niste rezistoare denumite marci tensometrice. Pe masura ce membrana se deformeazaa exercitata sub presiune, rezistenta electrica a acestor marci se modifica. De obicei, sunt aranjate intr-un circuit tip Punte Wheatstone, unde tensiunea de iesire este direct proportionala cu presiunea aplicata.

Bazate pe variatia capacitatii electrice - Aceste traductoare functioneaza prin determinarea deplasarii unei diafragme conductoare, datorita presiunii exercitate, in raport cu un electrod fix. Prin aceasta deplasare se modifica capacitatea electrica a unui condensator. Semnalul de capacitate variabila este apoi convertit in semnal de iesire standard. Aceste traductoare ofera o stabilitate excelenta pe termen lung si rezistenta la suprasarcina.

Piezoelectrice - Anumite cristale (precum cuartul sau ceramica speciala), cand sunt supuse unei forte mecanice (presiunii), genereaza o sarcina electrica. Acest efect este ideal pentru masurarea presiunilor dinamice, foarte rapide, deoarece nu necesita alimentare externa.

Tipuri de masurare a presiunii

In functie de punctul de referinta utilizat in masuratoare, traductoarele se pot clasifica dupa:

Presiunea manometrica (Gauge). Traductoare care masoara presiunea relativa la presiunea atmosferica ambientala. Senzorul este expus la presiunea de masurat, intr-o parte, si in cealalta parte este expus la atmosfera, fiind cel mai des intalnit tip de traductor in aplicatiile industriale.

Presiunea absoluta. In acest caz se masoara presiunea relativa la un vid perfect (zero absolut). Camera de referinta din spatele senzorului este sigilata si vidata. Se folosesc in aplicatiile unde variatiile presiunii atmosferice ar denatura citirea (de exemplu, masurarea presiunii barometrice).

Presiunea diferentiala. Aceste traductoare masoara diferenta dintre doua presiuni aplicate simultan pe cele doua parti ale membranei. Acestea sunt vitale pentru masurarea debitului (prin elemente de restrictie, cum ar fi diafragmele) sau a nivelului lichidelor in rezervoarele inchise.

Structura si electronica

Un traductor electronic modern este un sistem complex, integrat intr-o carcasa robusta (adesea din otel inoxidabil) pentru a rezista conditiilor de mediu si de lucru. Pe langa senzorul fizic, el include:

- Electronica de conditionare care are rolul de a amplifica semnalul slab generat de senzor, pe care apoi il filtreaza si il liniarizeaza.

- Compensarea de temperatura. Presiunea si materialele senzorului sunt afectate de temperatura. Electronica moderna incorporeaza circuite care monitorizeaza temperatura si ajusteaza automat iesirea, asigurand o precizie constanta a masurarii presiunii.

Circuitul de iesire transforma semnalul conditionat in semnal standard, cum ar fi bucla de curent de 4-20 mA (unde 4 mA reprezinta valoarea minima a presiunii, iar 20 mA valoarea maxima, permitand si detectarea erorilor, deoarece 0 mA indica o intrerupere).

Aplicatii si Importanta

Datorita preciziei, fiabilitatii si versatilitatii lor, traductoarele electronice de presiune sunt prezente peste tot in industrie, unde presiunea trebuie monitorizata sau controlata.

 Industria Petroliera si Gaze: Monitorizarea presiunii in conducte, rezervoare si puturi.

 Industria Chimica si Farmaceutica: Controlul presiunii in reactoare si vase de proces.

 Sisteme HVAC (incalzire, ventilatie, aer conditionat): Masurarea presiunii aerului sau a fluidelor.

 Industria Alimentara si a Bauturilor: Masuratori igienice in procesele de fabricatie.

In concluzie, traductoarele electronice de presiune sunt piese critice ale infrastructurii industriale. Acestea transforma o forta mecanica invizibila direct in date prelucrabile, masurabile permitand controlul, siguranta si optimizarea tuturor proceselor care depind de aceasta variabila vitala.