Trasmettitore di pressione a silicio con resistori diffusi

Un trasmettitore di pressione converte la pressione di una linea in un segnale che un sistema di controllo può leggere. Lo strumento descritto in questa pagina usa un elemento sensibile in silicio con resistori diffusi dentro un corpo in acciaio inox 304, quindi la pressione agisce direttamente sull’elemento e il segnale d’uscita deriva dall’elemento e non dal movimento di un meccanismo.

La serie copre da -100 kPa a 100 MPa e abbraccia i riferimenti relativo, assoluto e sigillata. Diciassette campi sono tenuti a magazzino da 0-5 kPa a 0-2,5 MPa, tutti con uscita 4-20 mA a due fili, alimentazione 24 VDC, attacco di processo M20×1.5 e cavo da 1 m. La serie più ampia va da 0-1 kPa fino a 0-60 MPa e comprende escursioni composte che attraversano lo zero verso il vuoto.

L’uscita è 4-20 mA come standard, con 0-5 V, 0-10 V e RS-485 disponibili a richiesta. La tenuta è IP65, l’accuratezza dichiarata sui campi a magazzino è 0,2%FS con una stabilità di ±0,1%FS all’anno, e la temperatura del mezzo va da -20 a +80 °C come standard o fino a +150 °C nella costruzione per alte temperature.

Come funziona un trasmettitore di pressione a silicio con resistori diffusi

L’elemento sensibile è una membrana di silicio con una rete di resistori diffusi sulla superficie. La pressione su un lato della membrana la flette, i resistori cambiano valore con la deformazione e un ponte converte quel cambiamento in una tensione. L’elemento è un dispositivo a stato solido senza leva, senza perno e senza cinematismo, ed è per questo che un trasmettitore di questo tipo mantiene la taratura meglio di un manometro meccanico sotto vibrazione e può essere reso abbastanza piccolo da entrare in un raccordo di macchina.

Nella maggior parte delle costruzioni industriali la membrana è separata dal processo da un sottile diaframma di isolamento e da un fluido di riempimento, quindi il mezzo tocca l’acciaio inox 304 e non il silicio. È quella decisione a consentire lo stesso elemento su acqua, olio e gas. Fissa anche il limite: un mezzo che attacca l’acciaio inox 304 attacca il diaframma di isolamento come attaccherebbe qualsiasi altra parte dell’insieme a contatto.

Lo stadio di uscita converte poi la tensione del ponte nel segnale standard. In un anello a due fili a 4-20 mA il trasmettitore preleva la propria alimentazione dallo stesso anello che modula, quindi la corrente che circola nell’anello è la misura e lo strumento ricevente la legge direttamente. È per questo che un anello a due fili non risente di una piccola caduta di tensione lungo il cavo, e perché gli stessi due conduttori servono a entrambi gli scopi.

Come scegliere il trasmettitore giusto

Si scelga prima il campo di misura, e lo si scelga dalla pressione normale di lavoro invece che da un valore di picco. L’accuratezza dichiarata si applica al fondo scala del campo scelto, quindi un campo alcune volte più alto della pressione di lavoro rende ogni lettura meno precisa del necessario. Il valore di sovrapressione di 1,5 volte copre picchi di breve durata e non un sovracampo prolungato.

Si decida poi il riferimento di pressione. Un trasmettitore relativo legge rispetto all’atmosfera ed è la scelta usuale per una mandata di pompa o una linea d’aria compressa. Un trasmettitore assoluto legge rispetto al vuoto e si usa dove le variazioni barometriche contano. Un trasmettitore sigillato legge rispetto a un riferimento chiuso e va bene nel caso in cui un riferimento ventilato verrebbe riempito dal mezzo.

Si stabiliscano poi l’uscita e l’attacco. 4-20 mA a due fili è la scelta predefinita e la più semplice da cablare. Un’uscita in tensione va bene per un tratto corto verso un regolatore che accetta un ingresso in tensione, e RS-485 va bene per un trasmettitore letto in digitale insieme ad altri. L’attacco di processo di solito lo fissa il raccordo già presente sulla macchina, e qui le opzioni vanno da M8×1 fino a flange DN100 con filettature su specifica disponibili.

Si confermino infine il mezzo e la temperatura. Acqua, olio e gas in genere vanno bene con la costruzione standard. Un mezzo sopra 80 °C richiede la versione per alte temperature, e un mezzo che attacca l’acciaio inox 304 richiede un altro materiale a contatto, che è una questione da sollevare e non da dare per scontata.

Limiti e punti da confermare

Un trasmettitore misura la pressione in un punto. Da solo non misura la portata, e una lettura di pressione usata per desumere la portata dipende dalla geometria tra il punto di presa e il punto di riferimento, quindi lo stesso strumento dà risultati diversi su installazioni diverse. Dove un valore di portata deve essere calcolato da una pressione differenziale, si tratta di un altro insieme di misura.

Il corpo in acciaio inox 304 non è adatto a ogni mezzo. Acque clorurate, alcuni acidi e alcuni prodotti di processo lo attaccano, e il segno usuale è la vaiolatura sul diaframma di isolamento e non sul corpo. La compatibilità è una questione da chiarire prima dell’ordine per qualunque mezzo diverso da acqua, olio e gas in genere.

Due valori del materiale fornito richiedono conferma e sono pubblicati come aperti. L’accuratezza compare sia come 0,2% sia come 0,5%, con tutti gli articoli a magazzino marcati a 0,2%FS e il valore dello 0,5% descritto come opzione di serie. E la norma di riferimento dietro il valore di accuratezza non è nominata, quindi se va citata una norma particolare è una questione da sollevare e non da leggere in questa pagina.

Diversi altri valori che una specifica di solito richiede sono assenti dal materiale e compaiono qui come Informazione richiesta: il campo di temperatura di esercizio dell’elettronica distinto da quello del mezzo, la documentazione di taratura e l’elenco delle certificazioni. Anche le funzioni dei pin differiscono tra le forme di uscita, quindi il cablaggio si prende dalla forma ordinata e non da un unico schema.