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Celle di misura piezoresistive Archives - Page 2 of 2 - Switzerland (IT)
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Interpretare correttamente i dati di accuratezza nei sensori di pressione

Interpretare correttamente i dati di accuratezza nei sensori di pressione

Nella ricerca del giusto trasmettitore di pressione più adatto entrano in gioco diversi fattori. Mentre alcune applicazioni richiedono un campo di misurazione della pressione particolarmente elevato o un’elevata resistenza alla temperatura, in altri casi è l’accuratezza ad essere decisiva. L’accuratezza, però, non è definita da uno standard. Forniamo qui una panoramica con le varie informazioni.

Anche se la ‘accuratezza’ non ha una normativa che la definisca , può comunque essere verificata dai valori rilevanti richiesti per la misura della precisione, dal momento che questi sono invece definibili da uno standard. Tuttavia, in che modo questi dati siano specificati nelle schede tecniche dei vari produttori è a loro discrezione. Questo rende il confronto tra i vari produttori difficile per gli utilizzatori. E’ fondamentale allora conoscere   come questa viene indicata l’accuratezza nelle schede tecniche per poi interpretarla in modo corretto. Perché errori dello 0,5% possono alla fine essere accurati tanto quanto errori dello 0,1% – è tutta una questione di metodo impiegato per stabilire l’accuratezza.

Dati di accuratezza dei trasmettitori di pressione: una panoramica

Il dato di accuratezza più utilizzato è la non-linearità. La non-linearità descrive la massima deviazione della curva caratteristica da una linea retta di riferimento. Per ricavare quest’ultima esistono tre metodi: la regolazione del punto limite, la regolazione del valore minimo (BFSL) e la regolazione del punto iniziale. Ogni metodo porta a risultati diversi.

Il metodo più facile da capire è la regolazione del punto limite. Qui la retta di riferimento passa attraverso l’inizio e la fine della curva caratteristica. La regolazione del valore minimo, invece, è il metodo che dà il valore di errore minore. In questo caso la retta di riferimento è impostata in modo che la massima discrepanza positiva e negativa siano uguali.

La regolazione del punto iniziale

Dal punto di vista del risultato, la regolazione del punto inziale si può collocare a metà tra gli altri due metodi. Per sapere quale dei tre metodi viene utilizzato bisogna solitamente chiederlo direttamente al produttore, poiché questa informazione spesso non viene inserita nelle schede tecniche. Per i propri prodotti la STS di norma utilizza l’indicazione della curva caratteristica secondo la regolazione del punto iniziale.

I tre metodi a confronto:

Per gli utilizzatori l’errore di misurazione è tra tutti il dato probabilmente più indicativo circa l’accuratezza di un sensore, dato che si deduce direttamente dalla curva caratteristica e include i fattori rilevanti di errori a temperatura ambiente (la non-linearità, l’isteresi, la non-ripetibilità ecc). Con l’errore di misurazione si descrive la massima deviazione della curva caratteristica reale da quella ideale. Poiché l’errore di misurazione dà un valore maggiore rispetto alla non-linearità, non è un dato che viene inserito così spesso dai produttori nelle schede tecniche.

Un altro dato di accuratezza utilizzato è l’accuratezza tipica. Gli strumenti di misurazione individuali non sono identici tra loro, così i produttori indicano un valore massimo che non viene superato. L’accuratezza tipica indicata, quindi, non riguarda tutti i dispositivi, ma si deve supporre che la distribuzione di questi dispositivi corrisponda al valore 1 Sigma secondo la distribuzione normale di Gauss (dunque circa due terzi). Questo significa anche che una parte dei sensori è più accurata di quanto indicato e un’altra parte è meno accurata (senza tuttavia superare un determinato valore massimo).

Può sembrare un paradosso: i dati di accuratezza possono essere accurati in modo diverso. In pratica un sensore di pressione con errore dello 0,5% secondo la non-linearità massima seguendo la regolazione del punto limite è accurato tanto quanto un sensore con errore dello 0,1% secondo la non-linearità tipica seguendo la regolazione del valore minimo.

Errore di temperatura

I dati di accuratezza di non-linearità, accuratezza tipica e errore di misura si riferiscono al comportamento del sensore di pressione a temperatura di riferimento, che, in genere, è di 25°C. Naturalmente ci sono anche applicazioni in cui possono verificarsi temperature molto basse o molto alte. Poiché le condizioni della temperatura influenzano l’accuratezza del sensore, bisogna tenere conto anche dell’errore di temperatura. Per saperne di più sul comportamento termico dei sensori di pressione piezoresistivi clicca qui.

Accuratezza nel tempo: stabilità a lungo termine

I dati sull’accuratezza nelle schede tecniche dei prodotti forniscono informazioni sullo strumento al termine del processo di produzione. Da questo momento in poi l’accuratezza del dispositivo può cambiare. È del tutto normale. Il cambiamento che sorge nel corso del ciclo di vita del sensore viene normalmente indicato come stabilità a lungo termine. Anche in questo caso i dati si riferiscono alle condizioni di laboratorio e di riferimento. Questo significa che pur con estesi test condotti in laboratorio la stabilità a lungo termine indicata non può essere necessariamente determinata in modo preciso per le condizioni di utilizzo reali. Infine, bisogna fare attenzione ad una serie di fattori: le condizioni di temperatura, le vibrazioni o le pressioni stesse sopportate dal sensore, influenzano l’accuratezza nel corso del ciclo di vita del prodotto.

Per questi motivi consigliamo di controllare una volta all’anno i sensori di pressione per garantirne la conformità alle specifiche previste. Occorre esaminare i cambiamenti del dispositivo in termini di accuratezza. Di solito è sufficiente monitorare il punto zero in assenza di pressione. Se si osservano dei cambiamenti maggiori di quelli indicati dal produttore è probabile che il dispositivo sia guasto.

L’accuratezza di un sensore di pressione può essere influenzata da una molteplicità di fattori. È, pertanto, altamente consigliabile chiedere prima una consulenza completa presso il produttore: in quali condizioni si impiega il trasmettitore di pressione? Quali eventuali fonti di errore si possono presentare? Qual è il modo migliore di integrare lo strumento nell’applicazione? Come è stata determinata l’accuratezza indicata nella scheda tecnica? Così facendo puoi finalmente essere sicuro che, in qualità di utilizzatore, riceverai il trasmettitore di pressione che rispecchia in modo ottimale le tue esigenze in termini di accuratezza.

Installazione dei sensori di pressione: il fluido è decisivo per la posizione

Installazione dei sensori di pressione: il fluido è decisivo per la posizione

La situazione ideale è quando i trasmettitori di pressione vengono installati direttamente nel processo da monitorare. Se ciò non è possibile, il fluido/gas di processo da monitorare decide sul posizionamento del sensore.

Esistono diversi motivi per cui i trasmettitori di pressione non possono essere montati direttamente nel processo:

  • nell’applicazione c’è troppo poco spazio per il montaggio
  • il sensore di pressione è installato successivamente
  • non è auspicabile il contatto diretto tra il fluido/gas di processo e il sensore di misura (ad esempio a causa delle temperature elevate).

Quando non è possibile installare il trasmettitore di pressione direttamente nel processo, il collegamento tra il processo e lo strumento di misura avviene tramite una linea di bypass (detta anche linea di raccordo o di diramazione). A seconda del tipo di applicazione questa linea di collegamento viene riempita con un gas o un liquido. Solitamente sulla linea di bypass c’è una valvola di chiusura vicino al processo e una vicino al trasmettitore di pressione. In questo modo è possibile smontare o modificare lo strumento di misura (o parti di esso) senza dover interrompere il processo.

Ciò risulta particolarmente utile quando il trasmettitore di pressione viene sottoposto a lavori di manutenzione come le ricalibrazioni. Grazie alla ventola di chiusura dello strumento di misura, infatti, il fluido di misura resta nella linea di bypass.

Durante la posa delle linee di bypass occorre osservare alcuni punti importanti. La linea di bypass deve essere la più corta possibile, deve avere curve arrotondate, deve essere priva di contaminazioni e le discese o le salite devono essere il più possibile ripide (non inferiori all’8%). Ci sono poi requisiti specifici per il fluido. Nel caso di fluidi è necessario garantire una ventilazione completa. Nel caso di misure di pressione relativa e assoluta si utilizza una linea di bypass, mentre nel caso di misure di pressione differenziale se ne utilizzano due. In quest’ultimo caso a seconda del processo occorre osservare ulteriori istruzioni per l’installazione.

Posizionamento del trasmettitore di pressione per il processo 

In base al tipo di processo è importante discriminare se il trasmettitore di pressione è montato sopra o sotto il processo. Di seguito analizzeremo le più importanti differenze tra le tubature che trasportano fluidi, gas e vapore.

Fluidi 

Per le misurazioni di fluidi/gas nelle tubature il trasmettitore di pressione deve essere installato sotto il processo, così da consentire a eventuali bolle di gas di ritornare indietro nel processo. Occorre, inoltre, fare attenzione che a temperature elevate il mezzo di processo sia sufficientemente raffreddato. Qui la linea di bypass funziona anche da percorso di raffreddamento.

Gas 

Per le misure di gas nelle tubature il trasmettitore di pressione deve essere, se possibile, montato sopra il processo. In questo modo l’eventuale condensato che si forma può scorrere e tornare indietro nel processo senza compromettere le misure. 

Vapore

Le misure di vapore sono un po’ più complicate per via delle temperature elevate e della formazione di condensato. Questi due aspetti sono strettamente collegati: se il vapore si raffredda nel percorso verso il trasmettitore di pressione si forma il condensato. Se il condensato si raccoglie all’interno dello strumento di misura può influenzare il risultato della misura. 

Quando si misura il vapore, dunque, bisogna fare attenzione che la temperatura del mezzo sia adeguatamente raffreddata e che il condensato che si forma non arrivi nel trasmettitore di pressione. Per questo bisogna stabilire in anticipo fino a quale altezza si può raccogliere il condensato, tenendone poi conto nella progettazione del campo di misura. A tale scopo nel caso di misurazioni della pressione assoluta e relativa, la linea di bypass ha una curva a S: dal tubo che trasporta il vapore va rapidamente verso l’altro prima di scendere nuovamente. Il condensato si raccoglie in questa prima curva e può poi ritornare indietro nel processo. 

In caso di misurazioni della pressione differenziale il tutto è ancora un po’ più complesso. Nelle due linee di bypass devono esserci le stesse condizioni. Questo significa che la colonna di condensato è uguale sia sul lato di alta pressione che su quello di bassa pressione. A tale scopo, quando si misura il vapore con trasmettitori di pressione differenziale, si utilizzano serbatoi di condensato che si trovano davanti alla valvola di chiusura della linea di bypass. Il condensato eccedente viene ricondotto nel processo tramite questi serbatoi. Sul lato del trasmettitore di pressione occorre inoltre lavorare con una valvola di chiusura a 5 vie, in modo che il sensore non venga compromesso dal mezzo caldo durante la fase di svuotamento della linea di bypass.

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