Medición de conductividad en aguas naturales y otros líquidos

Medición de conductividad en aguas naturales y otros líquidos

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

Al medir la conductividad, se deben tener en cuenta varios factores, dependiendo del líquido que se esté probando. Se debe prestar especial atención a la temperatura como principal factor de influencia.

La conductividad se expresa en microsiemens e indica la capacidad de una sustancia para conducir corriente eléctrica. La conductancia es la inversa de la resistencia, expresada en ohmios. De ello se deduce que cuanto mayor es la conductancia, menor es la resistencia.

Conductividad en aguas naturales

El agua pura es prácticamente no conductora (0,055 µS / cm, en comparación con el agua potable a 500 µS / cm). Se vuelve conductor solo a través de sustancias disueltas como cloruros, sulfatos y otros. La pureza de una masa de agua se puede determinar mediante una medición de conductividad, donde cuanto mayor es la conductividad, más sustancias se disuelven en el agua. Las aplicaciones típicas para la medición de la conductividad incluyen, por ejemplo, vertederos para probar la contaminación del agua subterránea y el monitoreo de la entrada de agua salada en las fuentes de agua subterránea. Esto hace que la conductividad sea un factor importante para las tareas de monitorización en tecnología medioambiental para sacar conclusiones sobre posibles impurezas. Aunque la conductividad es solo un indicador de contaminación, la composición de las sustancias que ingresan al agua debe analizarse químicamente posteriormente. Adicionalmente,

Otra aplicación común es la determinación de la dirección y la velocidad del flujo. Para ello, se añade sal al agua y, en consecuencia, aumenta su conductividad. La velocidad y la dirección del flujo se pueden determinar con precisión midiendo la conductancia en puntos específicos.

Como ya se mencionó, la conductividad de una sustancia depende en gran medida de la temperatura. Por lo tanto, dos muestras de una sustancia pueden producir diferentes valores de conductancia a diferentes temperaturas. Sin compensación de temperatura, prácticamente no hay posibilidad de comparar dos sustancias si no pueden examinarse exactamente a la misma temperatura. Por esta razón, la medición de la conductividad y la medición de la temperatura van de la mano. Por lo tanto, generalmente, tanto la conductividad como la temperatura se miden en una sola medición de conductividad. Luego, la compensación de temperatura se usa para calcular la conductancia a una temperatura de referencia, que normalmente se establece en 25 ° C.

Función de compensación de temperatura: la sustancia decide

La función de compensación de temperatura que se usa para determinar la conductividad a la temperatura de referencia depende completamente del líquido que se examina. Para aguas naturales se utiliza la función no lineal según la norma DIN EN 27888 para la calidad del agua .

Las funciones lineales se utilizan para soluciones salinas, ácidos y álcalis. Para calcular el porcentaje de cambio de conductividad (K) por ° C de cambio de temperatura (∆T), utilizamos la siguiente fórmula:

α = (∆ K (T) / ∆ T) / K (25 ° C) * 100

∆ K (T) = Cambio de conductividad desde el rango de temperatura seleccionado
∆ T = Cambio de temperatura desde el rango de temperatura seleccionado
K (25 ° C) = Conductividad a 25 ° C

Finalmente, consideremos un ejemplo de cálculo para determinar la conductividad de un descalcificador rápido . Para obtener las cifras necesarias para el cálculo, se deben realizar tres mediciones:

122,37 mS / cm a 20 ° C
133,10 mS / cm a 25 ° C
135,20 mS / cm a 26 ° C

∆ K (T) = 135,20 mS / cm -122,37 mS / cm = 12,83 mS / cm
∆ T = 26 ° C – 20 ° C = 6 ° C
K (25 ° C) = 133,10 mS / cm

α = ((135,20 – 122,37) / (26 – 20)) / 133,10 * 100 = 1,60% / ° C

Contacto
Medición de presión de alta precisión a altas temperaturas

Medición de presión de alta precisión a altas temperaturas

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Measurement

En algunas aplicaciones, los transmisores de presión deben funcionar de manera confiable cuando se exponen a temperaturas muy altas. Los autoclaves utilizados para esterilizar equipos y suministros en las industrias química y alimentaria son sin duda una de estas aplicaciones exigentes.

Un autoclave es una cámara de presión que se utiliza en una amplia gama de industrias para una variedad de aplicaciones. Se caracterizan por altas temperaturas y presiones diferentes a la presión del aire ambiente. Los autoclaves médicos, por ejemplo, se utilizan para esterilizar equipos mediante la destrucción de bacterias, virus y hongos a 134 ° C. El aire atrapado en la cámara de presión se elimina y se reemplaza por vapor caliente. El método más común para lograr esto se llama desplazamiento hacia abajo: el vapor ingresa a la cámara y llena las áreas superiores empujando el aire más frío hacia el fondo. Allí, se evacúa a través de un desagüe que está equipado con un sensor de temperatura. Este proceso se detiene una vez que se ha evacuado todo el aire y la temperatura dentro del autoclave es de 134 ° C.

Medición muy precisa a altas temperaturas

Los transmisores de presión se utilizan en autoclaves para seguimiento y validación. Dado que los sensores de presión estándar generalmente se calibran a temperatura ambiente, no pueden ofrecer la mejor precisión en las condiciones de calor y humedad que se encuentran en los autoclaves. Sin embargo, recientemente un cliente de la industria farmacéutica se ha puesto en contacto con STS y requiere un error total del 0,1 por ciento a 134 ° C que mide de -1 a 5 bar.

Los sensores de presión piezorresistivos son bastante sensibles a la temperatura. Sin embargo, los errores de temperatura se pueden compensar para que los dispositivos se puedan optimizar para las temperaturas encontradas en aplicaciones individuales. Por ejemplo, si utiliza un transmisor de presión estándar que alcanza una precisión del 0,1 por ciento a temperatura ambiente, el dispositivo no podría ofrecer el mismo grado de precisión cuando se usa en un autoclave con temperaturas de hasta 134 ° C.

Los usuarios que saben que necesitan un sensor de presión que logre un alto grado de precisión a altas temperaturas, por lo tanto, necesitan un dispositivo calibrado en consecuencia. Calibrar un sensor de presión para ciertos rangos de temperatura es una cosa. Sin embargo, el cliente que preguntó acerca de la aplicación del autoclave con demandas de precisión muy altas tuvo otro desafío para nosotros que fue aún más complicado de realizar que un sensor correctamente calibrado: no solo el elemento del sensor debía estar en el autoclave a 134 ° C, sino que El transmisor completo, incluida toda la electrónica, también tenía que ir allí. Desafortunadamente, no podemos entrar en detalles sobre cómo pudimos ensamblar un transmisor digital que ofrece la precisión deseada de menos del 0,1 por ciento de error total a 134 ° C, pero cuyos otros componentes también pueden manejar las condiciones de calor y humedad. .

En resumen: los sensores de presión piezorresistivos son sensibles a los cambios de temperatura. Sin embargo, con los conocimientos técnicos adecuados, se pueden optimizar para los requisitos de aplicaciones individuales. Además, no solo el elemento sensor se puede calibrar en consecuencia, todo el transmisor se puede ensamblar de manera que se puedan controlar incluso las condiciones de calor y humedad.

Contacto
Compensación de temperatura: la clave de la precisión

Compensación de temperatura: la clave de la precisión

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Sensor Technology

Al seleccionar el transductor de presión adecuado, el conocimiento de las temperaturas que pueden surgir es de suma importancia. Si la tecnología de medición utilizada no está adecuadamente compensada por temperatura, el resultado neto serán graves inexactitudes y otros riesgos.

Esta es la razón por la que los usuarios finales necesitan saber de antemano qué temperaturas se esperan dentro de su propia aplicación específica. Hay dos valores a considerar aquí: la temperatura del medio y la temperatura ambiente. Ambos valores son importantes. La temperatura del medio es el valor al que hace contacto el puerto de presión. La temperatura ambiente, sin embargo, es el valor que surge en el entorno que rodea la aplicación y finalmente afecta las conexiones eléctricas. Ambos valores pueden ser muy diferentes entre sí, pero cada uno también tiene consecuencias diferentes.

¿Por qué la temperatura es un factor importante?

Los materiales utilizados en los transductores de presión piezorresistivos muestran una cierta dependencia de la temperatura ( lea más sobre las características térmicas de los transmisores de presión piezorresistivos aquí ). El comportamiento de medición del transductor de presión también cambia con la temperatura. Como resultado, ahora surgirán compensaciones del cero y errores de intervalo relacionados con la temperatura. Expresado en términos simples, si se alcanza una presión de 10 bar a 25 ° C y luego por segunda vez a 100 ° C, se obtendrán diferentes valores de medición. Para los usuarios que ven una hoja de datos, esto significa que los valores de precisión excelentes son realmente de poca utilidad cuando la compensación de temperatura en sí misma sigue siendo insuficiente.

Además de evitar errores de medición graves, la funcionalidad mecánica del instrumento de medición también depende de la temperatura existente. Esto afecta principalmente a componentes como las conexiones eléctricas y los cables utilizados para la transmisión de valores medidos. Muy pocos de los materiales estándar pueden soportar temperaturas alrededor de los 100 ° C, aunque solo por encima de ellos. Los enchufes de cable y los cables mismos pueden derretirse o incluso incendiarse aquí. Además de la precisión de la medición, la temperatura también influye en la seguridad operativa.

Afortunadamente, los usuarios no tienen que vivir con estos riesgos, ya que los transductores de presión se pueden optimizar para diferentes condiciones de temperatura, por un lado mediante compensación de temperatura y, por otro, utilizando elementos de refrigeración adicionales y materiales particularmente resistentes al calor.

Se pueden evitar los errores de temperatura

Los fabricantes de sensores de presión emplean compensación de temperatura. Los productos de STS, por ejemplo, están optimizados de serie para temperaturas de funcionamiento de -0 ° C a 70 ° C. Cuanto más se desvía la temperatura de estos valores, mayor es la inexactitud de la medición. Un instrumento de medición optimizado para un rango de 0 ° C a 70 ° C pero utilizado a temperaturas de alrededor de 100 ° C ya no alcanzará los valores de precisión especificados. En este caso, se debe implementar un sensor, que en realidad se compensa con temperaturas de alrededor de 100 ° C.

Hay dos formas de compensación de temperatura:

  • Compensación pasiva: las resistencias dependientes de la temperatura se activan en el puente de Wheatstone
  • Compensación activa (compensación polinomial): se alcanzan varias presiones a temperaturas crecientes dentro de un gabinete de calefacción. A continuación, se comparan con los valores de un estándar de calibración . Los coeficientes de temperatura determinados a partir de esto se introducen a continuación en la electrónica del transmisor de presión para que los errores de temperatura en la práctica real puedan ahora compensarse “activamente”.

La compensación de temperatura activa sigue siendo el método preferido porque conduce a los resultados más precisos.

La compensación de temperatura en sí misma, por otro lado, tiene sus limitaciones. Como se mencionó anteriormente, la temperatura no solo afecta la precisión de un transmisor de presión. Los componentes mecánicos de la celda de medición también sufren a temperaturas superiores a 150 ° C. A estas temperaturas, los contactos y las uniones pueden aflojarse y el propio sensor sufre daños. Si se esperan temperaturas del medio excepcionalmente altas, se requerirán elementos de enfriamiento adicionales para garantizar la funcionalidad del sensor.

Elementos refrigerantes a temperaturas del medio muy altas

Para proteger el transmisor de presión de temperaturas muy altas, hay cuatro variantes que pueden emplearse dependiendo de la aplicación y la temperatura involucrada.

Variante A: temperaturas del medio de alrededor de 150 ° C

En esta variante, un elemento de aleta de refrigeración está integrado entre la celda de medición y el amplificador. Aquí se trata de separar la electrónica de la aplicación real, de modo que estos no se vean dañados por las temperaturas elevadas.

Variante B: Temperaturas superiores a 150 ° C

Si el medio está muy caliente, se enrosca un elemento de refrigeración delante del puerto de presión (por ejemplo, aletas de refrigeración que se pueden atornillar por ambos lados). De este modo, el puerto de presión entra ahora en contacto únicamente con el medio enfriado. Estas aletas de enfriamiento conectadas hacia adelante no tienen ningún efecto en la precisión del sensor. Sin embargo, si el medio fuera vapor extremadamente caliente, se utilizaría un sifón como elemento de enfriamiento.

Variante C: Temperaturas extremadamente altas (hasta 250 ° C)

Cuando la temperatura del medio es extremadamente alta, ahora se puede usar un sistema de aislamiento orientado hacia adelante que incorpore una sección de enfriamiento. Esta variante, sin embargo, tiene un tamaño bastante grande y afecta negativamente la precisión.

Transductor de presión con seccionador delantero y sección de enfriamiento para temperaturas del medio de hasta 250 ° C

Variante D: Caso especial de armario calefactor o cámara climática

Cuando las mediciones de presión son necesarias dentro de un gabinete de calentamiento a temperaturas ambiente de hasta 150 ° C, la electrónica del transmisor de presión no puede exponerse a estas temperaturas sin sufrir daños. En este caso, solo la celda de medición (con puerto de presión y carcasa de acero inoxidable) se encuentra dentro del gabinete, con esto conectado a la electrónica remota fuera del gabinete (también alojada en una carcasa de acero inoxidable) a través de un cable FEP de alta temperatura.

En resumen: la consulta es el rey

La precisión de los sensores de presión piezorresistivos está influenciada por las condiciones de temperatura. Las temperaturas que actúan sobre el puerto de presión se pueden compensar de forma pasiva o activa de modo que el sensor de presión utilizado cumpla con los requisitos de precisión en el rango de temperatura previsto. Además, también debe tenerse en cuenta la influencia de la temperatura ambiente en los componentes mecánicos del instrumento de medición. Utilizando elementos de refrigeración montados en la parte delantera y materiales resistentes al calor, esto también se puede controlar. Por lo tanto, los usuarios siempre deben confiar en el asesoramiento integral ofrecido por el fabricante y asegurarse de que los transductores de presión disponibles se puedan optimizar para sus propias aplicaciones específicas.

Contacto
Cómo los transmisores de presión también funcionan de manera confiable en el frío

Cómo los transmisores de presión también funcionan de manera confiable en el frío

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Sensor Technology

Las temperaturas ambientales tienen una gran influencia en la funcionalidad y precisión de los transmisores de presión, y las temperaturas del Ártico representan un desafío particular aquí.

En la medición de presión sobre una base piezorresistiva, los semiconductores difundidos sobre una membrana de silicio sirven como extensómetros. Cuando la presión actúa sobre la membrana, estas galgas extensométricas se deforman y se produce un cambio en la resistencia. Es este cambio el que finalmente da la presión determinada. Sin embargo, estas resistencias también son sensibles a la temperatura . Por lo tanto, la sensibilidad de los sensores de presión disminuye con la temperatura de descenso. Por tanto, el transductor de presión ya no es tan preciso como a temperatura ambiente.

Debido a esta propiedad, los fabricantes de transmisores de presión siempre indican el comportamiento de sus productos bajo determinadas condiciones de temperatura. Para lograr el comportamiento más lineal posible, los transmisores de presión se compensan hoy en día eléctricamente en un rango de temperatura relativamente amplio (compensación de temperatura).  Esto implica que los errores de temperatura se calculan automáticamente. Como resultado, los transmisores de presión piezorresistivos pueden proporcionar mediciones precisas en un rango de temperatura relativamente amplio. Sin embargo, los efectos de la temperatura no se pueden eliminar por completo. Por esta razón, las hojas de datos del fabricante generalmente se especifican con valores de precisión para diferentes rangos de temperatura.

Frío extremo: transmisores de presión sin juntas tóricas

El frío no solo afecta a las resistencias de los semiconductores empleados. Hay otros cuatro factores que deben tenerse en cuenta al buscar un instrumento de medición adecuado para aplicaciones en exteriores en regiones frías. Entre estos se encuentra el uso de anillos de sellado. Las temperaturas por debajo de -20 grados Celsius hacen que los materiales de sellado entre el puerto de presión y la membrana se vuelvan frágiles. Las fugas inutilizarán el sensor. Por tanto, no se deben utilizar transmisores de presión con juntas tóricas en regiones de frío extremo. Un sensor de presión compacto en el que el puerto de presión y la celda de medición se fusionen directamente sería la elección correcta aquí.

Formación de hielo: tenga cuidado con la presión de sobrecarga

La congelación también puede afectar la funcionalidad de un sensor. Si tomamos, por ejemplo, la perforación de gas natural en las regiones árticas, entonces el agua también puede estar presente en las tuberías conductoras de gas. Cuando esta agua se congela, la presión que actúa sobre el transmisor de presión puede aumentar hasta un grado para el que no ha sido construido. La consecuencia aquí puede ser el desgarro de la membrana. Si existe el riesgo de que el sensor se congele, se debe vigilar la presión de sobrecarga correspondiente.

En la medición de presión piezorresistiva, la presión se aplica indirectamente a la membrana de silicio a través de un medio de transferencia. Este suele consistir en un aceite. A medida que desciende la temperatura, aumentará la viscosidad de este aceite. Dependiendo del aceite y la temperatura real, puede gelificarse o incluso endurecerse. Este cambio también afecta negativamente a la funcionalidad del transductor de presión.

También se debe considerar la resistencia a la condensación: si hay aire húmedo en la carcasa del sensor de presión, se formará condensación a temperaturas ambiente frías, lo que puede dañar los componentes electrónicos y destruir el sensor.

Resumen

Los usuarios que empleen sensores de presión en temperaturas frías deben asegurarse de que los componentes individuales estén fundidos directamente sin juntas tóricas y también sean resistentes a la condensación. También debe evaluarse si el transmisor de presión puede congelarse si, por ejemplo, entra en contacto con el agua. En este caso, debe seleccionarse un transmisor de presión con una presión de sobrecarga correspondiente. Como con cualquier aplicación, el transductor de presión debe, por supuesto, compensarse para el rango de temperatura esperado.

Contacto
¿Cómo seleccionar el sensor de presión correcto?

¿Cómo seleccionar el sensor de presión correcto?

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Sensor Technology

Las pruebas exhaustivas son esenciales en el desarrollo de nueva tecnología. Para lograr resultados confiables, se requieren instrumentos de medición que cumplan con precisión los requisitos. Te mostramos qué factores juegan un papel aquí.

Rango de presión

Un indicador inicial en la búsqueda de una tecnología de medición adecuada es el rango de presión que se va a medir y si se prevé una medición de la presión relativa o absoluta.

Dependiendo de la aplicación, se deben considerar características especiales. Particularmente en aplicaciones de prueba y medición, se requieren rangos de medición individuales que los sensores estándar con rangos de presión ISO no pueden proporcionar. En este caso, se necesitan sensores que muestren el rango de presión apropiado y, por lo tanto, alcancen la precisión deseada.

Precisión

En el desarrollo de motores para autos de carreras , las lecturas más pequeñas son las que deciden entre la victoria y la derrota en la pista. En este caso, se exige la máxima precisión y en aplicaciones específicas los desarrolladores optarán por un sensor con ± 0,05% FS.

Dentro de esta cuestión de precisión, los factores de necesidad y costo se equilibran entre sí. El rango de presión a medir suele ser una buena ayuda para la toma de decisiones. Si esto fuera extremadamente amplio, entonces no sería necesaria una precisión excepcional. Aquellos que, sin embargo, se decidan por los sensores disponibles con mayor precisión deben saber que esta precisión tiene un precio.

Temperatura

En algunos casos, el factor de temperatura es difícil de determinar. Los desarrolladores a menudo no saben exactamente en qué rangos de temperatura el sensor de presión empleado debe brindar su servicio. Muchos transmisores de presión de STS , por ejemplo, están optimizados para temperaturas de funcionamiento de -25 ° C a 100 ° C. De esta forma se cubren todas las áreas comunes de aplicación. En principio, todos los sensores pueden optimizarse y ordenarse en un rango de temperatura especial para que incluso a temperaturas de -40 ° C o 150 ° C se puedan obtener resultados precisos.

Interfaz de proceso

El tema de la interfaz de procesos puede convertirse rápidamente en un criterio de exclusión para los desarrolladores, ya que muchas empresas utilizan conexiones estandarizadas. Incluso el lugar donde se va a montar el sensor puede ser un factor importante aquí.

Hay una multitud de conexiones eléctricas opcionales, ya sean M12, DIN, MIL u otras, que también deben ser ofrecidas por los fabricantes en una variedad de longitudes y materiales.

El propio STS proporciona una amplia gama de conectores. Son posibles una multitud de opciones de conexión debido al principio de construcción modular de estos instrumentos de medición.

Señal de salida

Igualmente decisiva es la cuestión de si la presión medida debe transportarse como una señal analógica o mediante una interfaz digital como Modbus. Con una transmisión de señal analógica, la presión se convierte en una señal analógica que aún debe medirse. En una transferencia de señal digital, el valor de la presión medida se expresa directamente a través de una interfaz.

Requisitos de espacio

En varias aplicaciones, solo hay un pequeño espacio disponible para el montaje de sensores de presión. Por esta razón, el tamaño del sensor combinado con las interfaces de proceso disponibles puede convertirse en un criterio de selección importante. La forma de medición de la presión también juega un papel aquí. Los sensores de presión piezorresistivos son especialmente adecuados para la miniaturización. Por esta razón, STS puede ofrecer sensores de solo unos pocos milímetros de diámetro.

Materiales

¿Dónde se desplegará el sensor? ¿Qué condiciones ambientales encontrará? ¿Entrará en contacto con vapor, gasolina o gases particulares? El material de la carcasa determina a qué medio estará expuesto el sensor. Para aplicaciones en el banco de pruebas, se utilizan principalmente carcasas de acero inoxidable. Al entrar en contacto con el agua salada, la selección del material cambia a titanio.

El material sellante también juega una gran influencia sobre el sensor apropiado. El material de sellado sigue dependiendo del fluido utilizado en el sistema de presión. Las temperaturas a anticipar también deben incluirse expresamente durante estas consideraciones.

Certificaciones

Cuando se utiliza en aplicaciones particularmente peligrosas, como la posibilidad de explosión, ciertas certificaciones son esenciales que brindan información sobre el funcionamiento seguro de los instrumentos. Dentro del portafolio STS, existen sensores como el ATM.ECO/IS, que lleva la certificación FM, Fmc, IECEx, ATEX , cuyo uso está autorizado en áreas explosivas.

Período de entrega

Los períodos de entrega prolongados pueden retrasar las pruebas de prototipos y, en última instancia, poner en peligro la introducción de productos. Por lo tanto, debe establecerse de antemano si los sensores requeridos están disponibles o qué período de entrega debe anticiparse para la producción personalizada.

Haga clic en el gráfico para descargarlo

El sensor de presión correcto – Resumen

Los sensores no necesariamente cumplen con todas las especificaciones requeridas. En algunos casos, el sensor requerido de un fabricante no está disponible en la opción de conexión estandarizada de la empresa. En este caso, podrían surgir costos adicionales considerables. Los plazos de entrega también podrían retrasarse en consecuencia.

Para hacer que la elección del sensor correcto sea lo más fácil posible para los clientes, nuestros instrumentos de medición de presión se basan en un principio modular. Esto significa que todos nuestros sensores de presión se pueden calibrar para el rango de temperatura requerido. Nuestros productos también son excepcionalmente flexibles en términos de interfaz de proceso, materiales selladores y rangos de medición de presión. Debido a la construcción modular de nuestra tecnología de medición, es posible entregar sensores de presión con las especificaciones exactas requeridas en el menor tiempo posible.

Contacto

Suscríbete a nuestro boletín

Suscribase a nuestra lista de correo para recibir las últimas noticias y actualizaciones de nuestro equipo.

¡Te has suscripto satisfactoriamente!