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Sensores Electromecanicos de Presion
Sensor digital de presión de aire
Sensor digital de presión barométrica, miniaturizado
Un sensor de presión es un dispositivo capaz de medir la presión de gases o líquidos. En este contexto, la presión es la expresión de la fuerza necesaria para evitar la expansión de un fluido. Normalmente se expresa en términos de fuerza por unidad de superficie. Los sensores de presión actúan como transductores, es decir, generan una señal basada en la presión a la que están expuestos. Para los fines de este artículo, esta señal es eléctrica.
Los sensores de presión se utilizan en miles de aplicaciones diarias de control y monitorización. También pueden utilizarse para medir indirectamente otras variables como el caudal de fluido/gas, la velocidad, el nivel del agua o la altitud. Los sensores de presión también se pueden denominar transductores de presión, transmisores de presión, registradores de presión, indicadores de presión, piezómetros y manómetros.
Existen muchas variaciones de los sensores de presión en términos de tecnología, diseño, rendimiento, idoneidad de aplicación y coste. Según una estimación conservadora, existen más de cincuenta tecnologías en todo el mundo y al menos trescientas empresas que fabrican sensores de presión.
También existe una categoría de sensores de presión diseñados para medir y detectar dinámicamente cambios de presión muy rápidos. Este tipo de sensor se utiliza, por ejemplo, para medir la presión de combustión en el cilindro de un motor o en una turbina de gas. Estos sensores están hechos típicamente de materiales piezoeléctricos como el cuarzo.
Algunos sensores de presión actúan como interruptores de presión y abren o cierran un contacto eléctrico cuando se alcanza una cierta presión. Por ejemplo, una bomba de agua puede ser controlada por un interruptor de presión para que la bomba se ponga en marcha tan pronto como un sistema libere agua y se detecte una reducción de presión en un tanque.
Sensores Electromecanicos de la Presion
Tipos de mediciones de presiónSensores de presión piezorresistivos de silicona
Los sensores de presión se pueden clasificar según el rango de presión que miden, su rango de temperatura de funcionamiento y, sobre todo, según el tipo de presión que miden. Tienen diferentes nombres dependiendo de su propósito. La misma tecnología puede ser utilizada bajo diferentes nombres.
Sensores de presión absoluta
Miden la presión en relación con el vacío perfecto.
Sensores manométricos de presión
Miden la presión en relación con la presión atmosférica. El valor de la presión de los neumáticos es un ejemplo de medición de sobrepresión: Si el dispositivo muestra cero, esto significa que la presión medida es igual a la presión ambiente.
Sensores de presión de vacío o vacuómetros
Este término es adecuado para confusión. Puede referirse a un sensor que mide presiones a presión atmosférica y muestra la diferencia entre baja presión y presión atmosférica, pero también puede describir un sensor que mide la presión absoluta en relación con el vacío.
Sensores de presión diferencial
Miden la diferencia entre dos presiones, cada una conectada a un extremo del sensor. Los sensores de presión diferencial se utilizan para medir numerosas propiedades, como las caídas de presión a través de un filtro de aceite o de aire, los niveles (comparación de presión por encima y por debajo del líquido) o los flujos (fluctuaciones de presión antes y después de un acelerador). Técnicamente, la mayoría de los sensores de presión son en realidad sensores de presión diferencial. Un manómetro, por ejemplo, es un sensor de presión diferencial con un extremo abierto para la presión ambiente.
Manómetros sellados
Este sensor es similar a un sensor de sobrepresión, excepto que mide la presión en relación con una presión fija distinta de la presión ambiental (la presión atmosférica varía en función de la ubicación y las condiciones meteorológicas).
Parte delantera y trasera de un sensor de presión montado en un chip de silicio. El hueco grabado en la parte delantera es particularmente notable; la superficie sensible es extremadamente delgada. En la parte posterior, los circuitos y las cuatro superficies de contacto rectangulares son visibles en la parte superior e inferior. Medidas: 4x4 mm.
Existen dos categorías básicas de sensores de presión analógicos:
Transductor de fuerza Este tipo de sensor de presión utiliza un dispositivo transductor de fuerza (por ejemplo, diafragma, pistón, tubo de Bourdon o fuelle) para medir la deformación (o deformación) que se produce en una superficie debido a la aplicación de una fuerza (presión).
Bandas extensométricas piezorresistivas o mecanizado de bandas extensométricas piezorresistivas
Utilizan el efecto piezorresistivo de uno o más extensómetros unidos con adhesivo o formados en la estructura para detectar deformaciones causadas por la presión. Mide las variaciones de resistencia a medida que la presión deforma el material. Las tecnologías más comunes son el silicio (monocristalino), la película delgada de silicio policristalino, la película portadora adherida, la película gruesa, el silicio sobre zafiro y la película delgada obtenida por pulverización catódica. En general, las bandas extensométricas se conectan para formar un circuito puente de Wheatstone que maximiza el rendimiento del sensor y reduce la sensibilidad al error. Esta es la tecnología de detección más utilizada para aplicaciones generales de medición de presión.
Mecanizado capacitivo
Consiste en el uso de un diafragma y una cavidad de presión para crear un condensador variable que detecta la deformación causada por la presión aplicada. La capacidad se reduce cuando la presión deforma el diafragma. Las tecnologías comunes utilizan diafragmas de metal, cerámica y silicona.
Edición electromagnética
Miden el desplazamiento de una membrana utilizando diferentes principios de medición: Cambios de inductancia (reluctancia), LVDT, efecto Hall o corrientes inducidas.
Mecanizado piezoeléctrico
Utilizan el efecto piezoeléctrico de ciertos materiales, como el cuarzo, para medir la deformación de un elemento sensible causada por la presión. Esta tecnología se utiliza a menudo para medir presiones altamente dinámicas.
Edición de galgas extensométricas
Los sensores de presión con tecnología de bandas extensométricas tienen un elemento sensor de presión que consiste en uno o más extensómetros de metal unidos con un adhesivo o un extensómetro de película delgada aplicado por pulverización catódica. Este elemento de medición puede ser una membrana o, en el caso de cuerpos de medición con medidores de lámina, también un elemento tubular. Este diseño de tubo monolítico tiene la ventaja de su alta rigidez y la capacidad de medir presiones muy altas (hasta 15.000 bar). La conexión eléctrica
Potenciométricos
Utilizan el desplazamiento de un contacto móvil a lo largo de un mecanismo resistivo para detectar la deformación causada por la aplicación de presión.
Otros tipos
Los tipos de sensores de presión electrónicos que se enumeran a continuación utilizan otras propiedades, como la densidad, para derivar la presión a la que está sometido un gas o un líquido.
Resonantes
Cuando hace el cambio en la frecuencia de resonancia de un mecanismo sensor para medir tensiones o cambios en la densidad de un gas causados por la aplicación de presión. Esta tecnología se puede usar conjuntamente con un captador de fuerza, como los de la categoría anterior. Como alternativa, la tecnología de resonancia también se puede utilizar exponiendo el elemento resonante al medio; en este caso, la frecuencia de resonancia varía con la densidad del medio. Se han construido sensores de hilos vibratorios, cilindros vibratorios, cuarzo y sistemas microelectromecánicos (MEMS) de silicio. En general, se considera que esta tecnología proporciona lecturas muy estables a largo plazo.
Térmicos
Miden la presión a partir de los cambios en la conductividad térmica de un gas que se producen como resultado de variaciones en la densidad. Un ejemplo típico de este tipo de sensores es el vacuómetro Pirani.
De ionización
Miden las variaciones en el flujo de partículas de gas cargadas (iones) causados por cambios en la densidad. Un ejemplo común de este tipo de sensores son los transductores de cátodo caliente y de cátodo frío.
Aplicaciones
Existen numerosas aplicaciones para los sensores de presión:
Medición de presión
En este caso, la presión es la magnitud de interés y se expresa como fuerza por unidad de superficie. Tiene utilidad en instrumentos meteorológicos, aeronaves, automóviles o cualquier otra máquina cuya funcionalidad dependa de la presión.
Medición de altitud
Tiene utilidad en aeronaves, cohetes, satélites, globos sonda y muchas otras aplicaciones. En todas ellas se utiliza la relación entre los cambios en la presión relativa y la altitud. Esta relación viene dada por la ecuación siguiente:[3]
{\displaystyle h=(1-(P/P_{\mathrm {ref} })^{0.190284})\times 145366.45\mathrm {ft} }
Esta ecuación está calibrada para un altímetro hasta una altura de 11.000 metros (36.090 pies). Fuera de ese rango se introduce un error, que se puede calcular de manera individual para cada sensor de presión concreto. Este cálculo de error tiene en cuenta la influencia del descenso de temperatura a medida que se asciende.
Los sensores de presión barométrica que se emplean para medir la altitud tienen una resolución mejor que 1 metro, lo cual es sensiblemente mejor que la de los sistemas GPS (resolución de altitud en torno a 20 metros). En los navegadores, se utilizan altímetros para distinguir entre carreteras a varios niveles (navegación de vehículos) y plantas de edificios a distintos niveles (navegación peatonal)..
Medición de caudal
Utilización de sensores de presión conjuntamente con el efecto Venturi para medir caudales. Se mide la presión diferencial entre dos segmentos de un tubo Venturi con distinta sección. La diferencia de presión entre los dos segmentos es directamente proporcional a la velocidad de caudal a través del tubo Venturi. Esta diferencia de presión es relativamente pequeña y casi siempre requiere el uso de un sensor de baja presión.
Medición de nivel / profundidad
Se puede utilizar un sensor de presión para calcular el nivel de un fluido. Esta técnica se utiliza habitualmente para medir la profundidad a la que se encuentra un cuerpo sumergido (como un submarinista o un submarino) o el nivel de llenado de un depósito (por ejemplo, una torre de enfriamiento). En la mayoría de situaciones prácticas, el nivel de un fluido es directamente proporcional a la presión. En el caso del agua dulce a presión atmosférica, 1 Pa = 9,81 mmca (1 psi = 27,7 pulgadas de columna de agua). La ecuación básica es:
{\displaystyle P=\rho gh}
Donde P = presión, ? = densidad del fluido, g = gravedad, h = altura de la columna de fluido sobre el sensor de presión
Detección de fugas
Se puede utilizar un sensor de presión para detectar la pérdida de presión causada por fugas en un sistema. El principio consiste en comparar una fuga conocida por diferencia de presión o en utilizar un sensor de presión para medir los cambios de presión a lo largo del tiempo
