Compensazione della temperatura: la chiave dell’accuratezza

Compensazione della temperatura: la chiave dell’accuratezza

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

Nella scelta del giusto trasmettitore di pressione è di estrema importanza conoscere le temperature che entreranno in gioco. Se la tecnica di misurazione impiegata non è adeguatamente compensata in funzione della temperatura si verificano gravi imprecisioni e altri rischi.

Per questo gli utenti devono conoscere già in anticipo quali temperature sono previste nel caso specifico della loro applicazione. Stiamo parlando di due valori: la temperatura del fluido e la temperatura ambientale. Entrambi i valori sono importanti. La temperatura del fluido è il valore con cui entra in contatto la connessione di pressione. La temperatura ambientale è il valore che si verifica nell’ambiente di applicazione e riguarda, infine, i collegamenti elettrici. Questi due valori possono differire molto tra loro e avere conseguenze diverse. 

Perché la temperatura è un fattore importante? 

I materiali utilizzati nei trasmettitori di pressione piezoresistivi presentano una certa dipendenza dalla temperatura (Qui potete leggere maggiori informazioni sul comportamento termico dei sensori di pressione piezoresistivi). Il comportamento della misura dei trasmettitori di pressione varia, quindi, in base alla temperatura. Di conseguenza, si verificano offset del punto zero legati alla temperatura ed errori di intervallo. In parole semplici,se si applica una pressione di 10 bar a 25°C e, una seconda volta, a 100 °C si otterranno valori diversi. Nell’analisi di una scheda tecnica per gli utenti, questo significa che valori di accuratezza eccellenti in realtà servono a poco se la compensazione della temperatura non è adeguata. 

Oltre ad evitare gravi errori di misura, la funzionalità meccanica dello strumento di misura dipende dalla temperatura presente. Questo riguarda in prima linea i componenti come i collegamenti elettrici e i cavi utilizzati per la trasmissione dei valori misurati. In questo ambito pochissimi materiali standard sopportano temperature intorno o addirittura superiori a 100 °C. Le prese e i cavi stessi possono sciogliersi o prendere fuoco. Insomma, oltre che sulla precisione delle misurazioni, la temperatura incide anche sulla sicurezza operativa. 

Fortunatamente gli utenti non devono convivere con questi rischi, dal momento che i trasmettitori di pressione possono essere ottimizzati per varie condizioni di temperatura: da un lato grazie alla compensazione della temperatura, dall’altro grazie all’aggiunta di elementi di raffreddamento e all’utilizzo di materiali particolarmente resistenti al calore. 

Gli errori di temperatura possono essere evitati 

I produttori dei sensori di pressione lavorano con la compensazione della temperatura. I prodotti della STS, ad esempio, di default sono ottimizzati per temperature di funzionamento comprese tra 0 °C e 70 °C. Più la temperatura di applicazione si allontana da questi valori, maggiore sarà l’incertezza della misurazione. Uno strumento di misura ottimizzato per un intervallo da 0 °C a 70 °C, ma impiegato a temperature intorno a 100 °C, non raggiunge i valori di accuratezza indicati. In questo caso bisogna utilizzare un sensore che sia compensato per temperature intorno a 100 °C. 

Esistono due tipi di compensazione della temperatura: 

  • la compensazione passiva: si collegano dei resistori dipendenti dalla temperatura al ponte di Wheatstone
  • la compensazione attiva (compensazione polinomiale): in un armadio riscaldato si applicano diverse pressioni a temperature crescenti. Queste pressioni vengono confrontate con i valori di un campione di calibrazione. I coefficienti di temperatura così ottenuti vengono inseriti nell’elettronica del trasmettitore di pressione in modo che gli errori di temperatura possano in pratica essere compensati “attivamente”.

La compensazione della temperatura attiva è il metodo da preferire, poiché dà risultati più precisi. 

In ogni caso, la compensazione della temperatura ha i suoi limiti. Come già accennato, la temperatura non influisce solo sulla precisione dei trasmettitori di pressione. A partire da temperature di 150 °C anche i componenti meccanici della cella di misura soffrono. A tali temperature i contatti e i collanti possono staccarsi, danneggiando il sensore. Nel caso in cui si prevedano delle temperature del mezzo molto elevate servono degli elementi di raffreddamento aggiuntivi per garantire la funzionalità del sensore. 

Elementi di raffreddamento a temperature del mezzo molto elevate 

Per proteggere il trasmettitore di pressione dalle temperature molto elevate esistono quattro varianti che, a seconda dell’applicazione e della temperatura, è possibile adottare. 

Variante A: Temperature del mezzo fino a circa 150 °C 

Questa variante prevede l’integrazione di un elemento di raffreddamento ad aletta tra la cella di misura e l’amplificatore. Lo scopo è separare l’elettronica dall’applicazione così che questa non venga danneggiata dalle temperature elevate. 

Variante B: Temperature superiori a 150 °C 

Se il fluido è estremamente caldo, già prima della connessione di pressione viene avvitato un elemento di raffreddamento (ad esempio alette di raffreddamento avvitate su entrambi i lati). La connessione di pressione entra così in contatto solo con il mezzo raffreddato. Queste alette di raffreddamento non hanno alcun tipo di influenza sull’accuratezza del sensore. Se il mezzo è un vapore molto caldo, come elemento di raffreddamento si utilizza un tubo dell’acqua ad estremità chiusa o un sifone. 

Variante C: Temperature particolarmente elevate (fino a 250 °C) 

Quando la temperatura del fluido è molto alta, può essere utilizzato un sistema di isolamento anteriore dotato di una sezione di raffreddamento. Questa variante, però, è piuttosto ingombrante e influenza negativamente l’accuratezza.

Trasmettitore di pressione con separatore anteriore dotato di una sezione di raffreddamento per temperature del mezzo fino a 250 °C

Variante D: Caso particolare di armadio riscaldato o camera climatica 

Quando è necessario effettuare delle misure della pressione in un armadio riscaldato con temperature ambientali fino a 150 °C, non è possibile esporre l’elettronica del trasmettitore di pressione a tali temperature senza danneggiare il dispositivo. In questo caso solo la cella di misura (con connettore di pressione e corpo in acciaio inossidabile) si trova all’interno dell’armadio, mentre un cavo FEP resistente alle alte temperature collega la cella con l’elettronica (comunque alloggiata in un corpo in acciaio inossidabile) all’esterno dell’armadio. 

Conclusioni: la chiave è la consulenza 

La precisione dei sensori di pressione è influenzata dalle condizioni di temperatura. Per far sì che il sensore di pressione utilizzato soddisfi le esigenze di accuratezza per l’intervallo di temperatura previsto, le temperature che agiscono sulla connessione di pressione possono essere compensate passivamente o attivamente. Inoltre, bisogna considerare anche l’influenza che ha la temperatura ambientale sui componenti meccanici dello strumento di misura. Grazie agli elementi di raffreddamento montati anteriormente e ai materiali resistenti al calore è possibile tenere sotto controllo anche questo aspetto. Gli utenti dovrebbero quindi affidarsi ad una profonda consulenza da parte del produttore, assicurandosi che i trasmettitori di pressione proposti possano essere ottimizzati per le proprie specifiche applicazioni.

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Calibrazione dei trasmettitori di pressione

Calibrazione dei trasmettitori di pressione

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

A causa di influenze meccaniche, chimiche o termiche l’accuratezza di uno strumento di misura cambia con il passare del tempo. Questo processo di alterazione è normale e inevitabile. Pertanto, è importante riconoscere tempestivamente i cambiamenti che si verificano con l’aiuto di una calibrazione.

La calibrazione dei dispositivi di misura della pressione è importante per diversi motivi. In primo luogo si tratta di rispettare le norme stabilite, come l’ISO 9001 solo per nominarne una. In secondo luogo,la calibrazione porta anche concreti vantaggi per i produttori, quali miglioramenti di processo e risparmi sui costi (ad esempio attraverso l’utilizzo delle corrette quantità di materie prime). Ne vale davvero la pena: secondo uno studio del 2008 condotto dalla Nielsen Research Company le calibrazioni mal eseguite costano alle aziende produttrici in media 1,7 milioni di dollari l’anno. Inoltre, bisogna considerare la calibrazione come componente centrale per la garanzia della qualità. In alcuni settori, ad esempio nell’industria chimica, le calibrazioni eseguite bene e con regolarità sono anche un fattore di sicurezza. 

Definizione: calibrazione, messa a punto e taratura 

I termini calibrazione, messa a punto e taratura sono spesso usati come sinonimi. Tuttavia, questi tre concetti presentano differenze significative. Durante la calibrazione l’indicatore dello strumento di misura preso in esame viene confrontato con i risultati di uno strumento campione. Il campione è un dispositivo di riferimento la cui funzione precisa è ritenuta accertata. Utilizzando misure comparative ogni strumento di misura deve poter essere riportato a un campione nazionale attraverso una catena di confronti (“riferibilità”).Per gli strumenti di misura della pressione come campioni primari, ovvero i campioni che si trovano in cima alla gerarchia della calibrazione,si utilizzano di solito le bilance a pesi (anche manometri a pistone) impiegate negli istituti nazionali e nei laboratori di calibrazione. 

Con la messa a punto (o regolazione) si effettua un intervento sullo strumento di misura al fine di minimizzare gli errori di misurazione. Si cerca così di correggere le imprecisioni causate dal passare del tempo. È per questo che di norma si effettua prima la calibrazione e poi la messa a punto. Con quest’ultima si effettua dunque un intervento diretto sullo strumento di misura, a cui segue un’ulteriore calibrazione per verificare e documentare la correzione applicata. 

La taratura, invece, è una forma particolare di calibrazione. Si effettua quando lo strumento da controllare è soggetto a obbligo di taratura. Ciò si applica ogniqualvolta la precisione della misurazione è di interesse pubblico. È il caso in cui i risultati della misurazione hanno un’influenza diretta sul prezzo di un prodotto. Un esempio a tal proposito è rappresentato dai misuratori di portata nei distributori di carburante. In Germania le tarature sono responsabilità degli uffici regionali di taratura e dei centri di controllo riconosciuti dallo stato. 

Calibrazione degli strumenti di misura della pressione: condizioni 

Prima di effettuare una calibrazione è necessario stabilire la capacità di calibrazione dello strumento di misura. Il servizio tedesco di calibrazione DKD (Deutsche Kalibrierdienst) ha pubblicato la direttiva DKD-R 6-1 per la calibrazione degli strumenti di misura della pressione. Per la calibrazione degli strumenti di misura meccanici il DKD richiede alcuni esami che si suddividono in controlli qualitativi (tra cui ispezione visiva dei danni, contaminazione e pulizia, ispezione visiva delle etichette) e controlli funzionali (tenuta del sistema di tubazioni dello strumento di calibrazione, funzionalità elettrica, corretto funzionamento degli elementi di controllo). 

Nel capitolo successivo della direttiva DKD-R- 6-1 il DKD indica le condizioni ambientali della calibrazione: la calibrazione va eseguita ad una temperatura ambientale stabile. Per di più, l’ideale è eseguirla in condizioni di utilizzo reali dello strumento stesso. 

Calibrazione degli strumenti di misura della pressione: procedimento 

Una volta stabilita la capacità di calibrazione e accertate le condizioni ambientali ideali, la calibrazione può avere inizio. Lo strumento di misura della pressione deve essere calibrato possibilmente come unità complessiva (catena di misurazione), tenendo presente anche la posizione di montaggio prescritta. 

Nella direttiva DKD-R 6-1 del DKD sono descritti diversi procedimenti di calibrazione per diverse classi di accuratezza. Qui ci limiteremo al procedimento di calibrazione A, valido per la classe di accuratezza < 0,1. Questo procedimento è anche il più esteso.

Le fasi della calibrazione secondo la direttiva DKD-R 6-1

Per la calibrazione di strumenti appartenenti alla classe di accuratezza A, prima di eseguire le effettive sequenze di misura, il DKD prescrive tre carichi fino al valore di fondo scala. Ogni volta la pressione massima deve essere mantenuta per 30 secondi per poi essere completamente rilasciata. 

Alla fine, mediante un continuo aumento di pressione, vengono raggiunti nove punti divisi uniformemente in tutto il campo di misura. Il punto zero è considerato il primo punto di misura. I punti di misura stabiliti devono essere raggiunti “dal basso”. Quindi, l’aumento di pressione può avvenire solo lentamente. Se si supera il punto di misura stabilito si falsificano i risultati a causa dell’isteresi. In tal caso bisogna diminuire drasticamente la pressione per poter raggiungere il punto di misura dal basso. Una volta raggiunto il valore, anche questo va mantenuto per almeno 30 secondi prima di essere rilevato. 

Il procedimento descritto è ripetuto per tutti i punti di misura successivi. Il punto finale, però, costituisce una particolarità, in quanto viene mantenuto per altri due minuti per poi essere nuovamente letto e documentato. 

A questo punto ha inizio la seconda parte della prima sequenza di misura che viene eseguita in senso inverso. Ora i singoli punti di misura sono stabiliti dall’alto verso il basso. La pressione deve essere ridotta solo gradualmente in modo che questa volta il valore fissato non sia inferiore. La seconda sequenza di misura termina con la misurazione del punto zero. 

La seconda sequenza di misura può avere inizio dopo che lo strumento di misura è rimasto in uno stato privo di pressione per tre minuti. Il ciclo di aumento e diminuzione della pressione sui singoli punti di misura viene allora ripetuto.

Procedimento di calibrazione A secondo la direttiva DKD-R 6-1

Calibrazione in-house dei trasmettitori di pressione 

Per la maggior parte delle applicazioni industriali non è necessario effettuare una calibrazione affidandosi a un laboratorio specializzato, e talvolta non sarebbe proprio possibile. Per calibrare gli strumenti di misura della pressione in loco vanno bene i calibratori di pressione portatili. Sebbene non siano precisi quanto una bilancia a pesi, generalmente sono più che sufficienti. Questi dispositivi portatili uniscono standard di lavoro e generazione di pressione. Quando si calibra un trasmettitore di pressione, una volta stabiliti il collegamento della pressione e il collegamento elettrico tra trasmettitore e strumento di prova, si esegue una regolazione del punto zero a valvole aperte. A questo punto è possibile controllare i singoli punti di prova della pressione mediante una pompa integrata. I segnali elettrici ottenuti vengono misurati e salvati tramite i data logger integrati. Tutti i dati registrati possono poi essere letti su un PC.

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Il funzionamento affidabile dei trasmettitori di pressione con il freddo

Il funzionamento affidabile dei trasmettitori di pressione con il freddo

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

Le temperature ambientali hanno una forte influenza sulla funzionalità e sull’accuratezza dei sensori di pressione. Le temperature artiche, in particolare, ad esempio rappresentano una bella sfida.

Nella misurazione della pressione su base piezoresistiva, i semiconduttori diffusi sulla membrana di silicio funzionano da estensimetri. Quando una pressione agisce sulla membrana, gli estensimetri si deformano e si verifica una variazione di resistenza. Questa variazione genera infine la pressione rilevata. I resistori, però, dipendono anche dalla temperatura, per cui la sensibilità del sensore di pressione diminuisce al diminuire della temperatura. Il trasmettitore di pressione, in queste condizioni quindi, non è più preciso come lo è a temperatura ambiente. 

A causa di questa caratteristica i produttori di trasmettitori di pressione indicano sempre anche il comportamento del prodotto a determinate condizioni di temperatura. Per ottenere un comportamento il più possibile lineare, i trasmettitori di pressione vengono oggi compensati elettronicamente per un intervallo di temperatura relativamente ampio (compensazione della temperatura). Questo significa che gli errori di temperatura vengono calcolati automaticamente, permettendo ai trasmettitori di pressione di fornire misurazioni precise per un intervallo di temperatura relativamente ampio. Tuttavia, non è possibile eliminare del tutto gli effetti della temperatura. Per questo motivo, nelle schede tecniche dei produttori sono solitamente indicati i dati di accuratezza per diversi campi di temperatura. 

Freddo estremo: trasmettitori di pressione senza O-ring 

Il freddo non influisce solo sui resistori dei semiconduttori utilizzati. Esistono altri quattro fattori a cui va prestata attenzione quando si cerca uno strumento di misurazione adatto alle applicazioni all’esterno nelle regioni fredde. Tra questi rientra l’utilizzo degli anelli di tenuta. Temperature inferiori a -20 gradi Celsius fanno diventare fragili i materiali di tenuta tra il connettore di pressione e la membrana. La conseguenza , per via delle perdite, è che il sensore diventa inutilizzabile. Per questo motivo, nelle regioni con freddo estremo non bisogna utilizzare i trasmettitori di pressione con O-ring montati. In questi casi la scelta giusta è un trasmettitore di pressione compatto, in cui il connettore di pressione e la cella di misura sono direttamente saldati insieme. 

Formazione di ghiaccio: attenzione alla pressione di sovraccarico 

Anche il congelamento può influenzare la funzionalità di un sensore. Prendiamo ad esempio i pozzi di gas naturale nelle regioni artiche: all’interno dei tubi che trasportano il gas può trovarsi anche dell’acqua. Quando l’acqua gela, la pressione che agisce sul trasmettitore di pressione potrebbe aumentare ad una misura per cui il sensore non è stato costruito. La conseguenza può essere la lacerazione della membrana. Quando esiste il pericolo che il sensore si congeli, bisogna quindi prestare attenzione ad una pressione di sovraccarico corrispondente. 

Nella misura di pressione piezoresistiva la pressione viene applicata indirettamente alla membrana di silicio attraverso un mezzo di trasferimento. Solitamente si tratta di un olio. Con il diminuire delle temperature aumenta la viscosità dell’olio. A seconda dell’olio e della temperatura, l’olio può congelarsi o indurirsi. Anche questo cambiamento influenza in modo negativo il funzionamento del trasmettitore di pressione. 

Bisogna inoltre prendere in considerazione anche la resistenza alla condensa: se all’interno del trasmettitore di pressione si trova dell’aria mista a vapore acqueo, a temperature ambientali fredde si forma la condensa, che può danneggiare l’elettronica, rovinando il sensore. 

Conclusioni 

Gli utenti che utilizzano i sensori di pressione a temperature basse devono assicurarsi che i singoli componenti siano saldati direttamente senza O-ring e che siano resistenti alla condensa. Inoltre, è importante valutare se il trasmettitore di pressione può ghiacciare, entrando ad esempio in contatto con l’acqua. In questo caso è necessario scegliere un trasmettitore con una pressione di sovraccarico corrispondente. Ovviamente, come in ogni applicazione, il trasmettitore di pressione deve essere compensato per l’intervallo di temperatura previsto.

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Proteggere le sonde di livello dalla sovratensione con la messa a terra

Proteggere le sonde di livello dalla sovratensione con la messa a terra

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

Nel monitoraggio dei livelli di riempimento è necessaria una messa a terra della sonda di livello sufficiente per evitare che si verifichino gravi danni. Se la messa a terra è insufficiente o non è presente, questo può portare tre gravi effetti.

  1. A causa di una compensazione potenziale insufficiente nei mezzi conduttivi come l’acqua, si verifica la corrosione. Si tratta di un processo graduale che può essere osservato nelle applicazioni a lungo termine. Le differenze di tensione tra il sensore e il liquido circostante portano alla corrosione elettrolitica. A poco a poco il corpo in metallo si perfora e il liquido penetra all’interno, causando danni all’elettronica. Questo processo può essere osservato sia nelle acque aperte che nel monitoraggio del livello di riempimento nei serbatoi in cui la differenza di potenziale tra la sonda di livello, la sostanza e la parete del serbatoio può causare una corrosione elettrochimica.
  1. I sensori di livello di riempimento sono collegati al sistema di controllo attraverso dei cavi o sono collegati a sistemi telemetrici. Mediante questi collegamenti le tensioni atmosferiche possono essere trasmesse al sensore, causando una sollecitazione eccessiva dell’elettronica.
  1. Se un fulmine cade nelle vicinanze della sonda di livello, nel giro di poco tempo si verifica una differenza di tensione molto elevata. In questo caso, l’aumento di tensione nell’acqua, cerca attraverso la sonda il percorso più breve verso terra.

 

Messa a terra e protezione contro i fulmini delle sonde di livello 

Per proteggere le sonde di livello da questi effetti è possibile dotarsi di un parafulmine. A tal scopo, nella sonda di livello viene integrato una protezione di sovratensione transitoria che risponde alle differenze di temperatura in rapida crescita. Se si verifica un improvviso aumento di tensione, il parafulmine provoca un corto circuito nel collegamento elettrico per fornire alla sovratensione la strada verso terra. La protezione contro la sovratensione normalmente funziona in uno stato non conduttivo, ma conduce i transienti di tensione, cosicché questi possano fluire verso il suolo senza causare danni. Tuttavia, va ricordato che nel caso di un fulmine diretto sulla sonda ad immersione neanche una protezione contro la sovratensione riesce a proteggere il dispositivo. 

Inoltre, per la messa a terra serve un collegamento a terra che dovrebbe presentare una resistenza inferiore a 100 Ohm. Durante il monitoraggio del livello di riempimento nei serbatoi di metallo o anche di plastica contenenti liquidi, occorre fare attenzione che tutti i componenti metallici isolati siano collegati insieme alla terra. Nelle acque aperte, di solito, è richiesto uno sforzo maggiore per realizzare una bassa resistenza alla terra. Pertanto, in queste applicazioni si utilizza spesso una rete di terra nel terreno. 

In generale è consigliabile che gli utenti discutano insieme ai produttori di un concetto di messa a terra per la propria applicazione.

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Misura della pressione: connessioni e guarnizioni

Misura della pressione: connessioni e guarnizioni

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

La connessione di pressione ( definita anche attacco al processo) è l’elemento attraverso cui il mezzo di processo viene condotto al sensore di pressione. Come per le guarnizioni, esistono diversi modelli. I requisiti dell’applicazione specifica determinano, come sempre, la scelta dei giusti componenti.

La connessione di pressione (anche: collegamento di processo) è l’elemento attraverso cui il mezzo di processo viene condotto al sensore di pressione. Come per le guarnizioni, esistono diversi modelli. I requisiti dell’applicazione specifica determinano, come sempre, la scelta dei giusti componenti.

Immagine 1: connettore di pressione con membrana interna

Nella connessione di pressione con membrana affacciata (immagine 2) il canale di pressione è chiuso frontalmente mediante una membrana in acciaio inossidabile. La pressione viene così trasferita indirettamente al chip molto sensibile del sensore attraverso un fluido di trasferimento. Questo tipo di connessione viene impiegata quando è necessaria una pulizia della membrana che non lasci residui (ad esempio nell’ambito del processo CIP). Anche con sostanze viscose, solide o abrasive sono da preferire le connessioni di pressione con membrana affacciata.

Immagine 2: connettore di pressione con membrana affacciata

Filettature e guarnizioni 

Le connessioni di pressione hanno solitamente un filetto con il quale possono essere fissate al punto di misura. Le filettature possono essere di forme diverse a seconda della regione. In Europa occidentale le filettature cilindriche (Gas) sono le più utilizzate. 

Altrettanto variegate come i tipi di filettature sono le guarnizioni disponibili utilizzate tra il corpo e il filetto. Anche in questo caso bisogna fare attenzione alle soluzioni specifiche per il settore e per la regione. In sostanza si tratta solitamente di scegliere i materiali in base al mezzo di pressione. Nelle applicazioni sterili (ad esempio l’industria alimentare) si utilizzano per esempio gli O-ring in Viton, essendo il Viton un fluoroelastomero ad alta resistenza termica e chimica. In questo modo il materiale resiste anche ai processi CIP e SIP. 

Ci sono anche casi in cui un’applicazione richiede la totale esclusione degli O-ring di tenuta. Così, alcuni tipi di filettature sono ermetici senza ricorrere a questi anelli di tenuta. Queste connessioni di tenuta coniche puramente metalliche, raggiungono la tenuta laddove le superfici coniche dei componenti si incastrano tramite serraggio del dado filettato. 

Nel caso di sostanze abrasive, o di freddo, o calore estremo, l’eliminazione degli O-ring è importante ai fini della tenuta. Quando, ad esempio, il fluido è un carburante come il diesel o la benzina, la cella di misura e la connessione di pressione devono essere saldate insieme.

Sotto l’influenza delle sostanze abrasive, infatti, gli elastomeri utilizzati per gli anelli di tenuta diventerebbero ben presto porosi. Tuttavia, la saldatura diretta non è consigliabile per tutte le situazioni. Anche qui è il mezzo a determinare in ultima analisi il tipo di tenuta : i punti di saldatura possono corrodersi nelle applicazioni in acqua salmastra e salata. In questi casi è dunque necessario un connettore con O-ring. 

Grazie alla costruzione modulare dei trasmettitori di pressione della STS è possibile progettare in modo flessibile i connettori di pressione e le soluzioni di tenuta, adattandoli a quasi tutte le esigenze.

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Comportamento termico dei trasmettitori di pressione piezoresistivi

Comportamento termico dei trasmettitori di pressione piezoresistivi

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Tecnologia del sensore di pressione

I trasmettitori di pressione piezoresistivi sono caratterizzati da un’elevata sensibilità che consente di eseguire misurazioni di pressioni minime. Tuttavia, i materiali utilizzati presentano anche una dipendenza dalla temperatura davvero alta, che deve essere compensata.

Il comportamento di un sensore di pressione piezoresistivo varia in base alla temperatura. Mentre gli offset del punto di zero legati alla temperatura sono evidenti e possono essere facilmente riconosciuti e controllati dall’utente, le variazioni di sensibilità e linearità indotte dalla temperatura sono meno visibili e, dunque, spesso non vengono individuate.

Cause dell’offset del punto di zero

La causa dell’offset del punto di zero è la somma di diversi effetti:

  • valori di resistenza diversi del ponte di misura sul chip di silicio
  • coefficienti di temperatura diversi delle singole resistenze nel ponte di misura
  • la membrana di silicio non è omogenea, ma è rivestita con uno strato di ossido di silicio (coefficienti di dilatazione diversi)
  • sollecitazioni meccaniche durante il montaggio della cella di misura sul suo supporto (chip, vetro, guarnizioni in vetro)
  • l’espansione dell’olio in connessione con la rigidità della membrana in acciaio (per cui il volume dell’olio viene ridotto a pochi microlitri con un corpo di riempimento)

A seconda della struttura del sensore e dell’intervallo di pressione, i singoli effetti acquistano più o meno peso. Nella pratica non è importante da cosa sia composto l’offset del punto di zero termico, ma quanto bene sia compensabile. È auspicabile un comportamento possibilmente lineare in un intervallo di temperatura possibilmente ampio.

Migliori risultati con la compensazione polinomiale

Anche la linearità varia in base alla temperatura. Se tali effetti della temperatura devono essere considerati e compensati, ciò ha senso ed è possibile per lo più solo nell’ambito di una modellazione matematica completa del comportamento del sensore. Questo modello matematico descrive con precisione l’intero comportamento della pressione e della temperatura di un sensore. Serve però un computer o un metodo di compensazione digitale per poter applicare questo modello matematico.

Con la STS ciò si ottiene nei prodotti OCS mediante la compensazione polinomiale. Il trasmettitore di pressione piezoresistivo del datalogger DL.OCS/N/RS485 per il controllo delle acque, grazie alla compensazione polinomiale, raggiunge ad esempio una precisione di 0,03% FS e un errore totale di solo 0.05% FS in un intervallo di temperatura di -5…+50 °C.

La maggior parte dei sensori di pressione della STS sono di norma ottimizzati per temperature di funzionamento da -0°C a 70°C – un buon valore per ottenere risultati precisi nella maggioranza delle applicazioni. Tuttavia, in alcuni casi è vantaggioso se i sensori vengono ottimizzati per i comportamenti della temperatura che si verificano nello specifico utilizzo. La STS è specializzata nella fornitura di sensori di pressione personalizzati in tempi estremamente brevi.

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