Sensores de Presion Diferencial.docx

SENSORES DE PRESION DIFERENCIAL

ALUMNO: JUAN CAMILO CUARTAS GOMEZ

PROFESOR: ORLANDO CARRILLO PERILLA

MATERIA: ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES

FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA MEDELLÍN

TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2. TIPOS DE PRESIONES 2.1 PRESIÓN ABSOLUTA 2.2 PRESIÓN ATMOSFÉRICA 2.3 PRESIÓN MANOMÉTRICA 2.4 LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA 2.5 LA PRESIÓN RELATIVA 2.6 LA PRESIÓN DIFERENCIAL 3. MEDICIONES CON PRESIÓN DIFERENCIAL 3.1 MEDICIÓN DE FLUJO POR MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL: 3.2 MEDICIÓN DE NIVEL POR MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL: 4. SENSORES DE PRESIÓN 5. SENSORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL 5.1 SENSOR DE BAJA PRESIÓN DIFERENCIAL 5.2 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL (0.1 - 100 KPA, IP65 | PS27) 5.3 SENSOR DE BAJA PRESIÓN DIFERENCIAL 5.4 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL MODULO 160M 5.5 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL MODULO 157M 5.6 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL MÓDULO 315M MÓDULOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL DE METAL CAPACITIVO 5.7 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL DE AIRE 5.8 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL DE LÍQUIDOS 5.9 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL PARA CIRCUITOS IMPRESOS

5.10 CÓMO ELEGIR EL SENSOR DE PRESIÓN MÁS APROPIADO?

6. ESTABILIDAD Y REPETITIVIDAD EXCEPCIONALES EN MEDIDAS DE PRESIÓN. 6.1 TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL PW Y PW2

6.2 TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL DIGITAL 0.05 - 290 PSI | STX 2100 SERIES

6.3 TRANSMISORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL PIEZORRESISTIVO 6.4 TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL (10 PA - 100 KPA | P26 ) 6.5 TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON INDICADOR ANTIDEFLAGRANTE TÜV, IP65, 0.25 - 100 KPA | P29 7. APLICACIONES 7.1 SIMULACIÓN Y PRUEBA DE VERIFICACIÓN DEL SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON FLUIDO MAGNÉTICO 7.2 SENSORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL INTELIGENTE CON BLUETOOTH “LA INTERFAZ DE COMUNICACIÓN” 7.3 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL USANDO EL SENTIDO COMÚN DEL CAMINO DE LA FIBRA ÓPTICA 7.4 INTERFAZ ELECTRÓNICA PARA UN SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

7.5 HIGH-PRECISION.SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIA L DE SILICIO INTEGRADAO MONOLÍTICAMENTE CON DIAFRAGMAS DOBLES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN MICRO OVER-RANGE 7.6 MEDIOS AGRESIVOS EXPUESTOS A UN SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON UNA MEMBRANA DEPOSITADA 7.7 MÉTODO DE MODULACIÓN DE AMPLITUD FRINGE PARA EL SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

“En el presente trabajo tarta acerca de los sensores de presión diferencial, los cuales tienen importantes aplicaciones en la rama de la electrónica. Se comenzará haciendo un sondeo de lo que llamamos presión, de lo útil que es, como también del tipo de presiones existentes. Luego se mostraran algunos experimentos hechos con el método de presión diferencial. Ya entrados un poco más en materia, trataremos de los sensores de presión diferencial y se mostrara gran variedad de estos dispositivos, así como sus características más importantes y fichas técnicas. También veremos algunos transductores y transmisores de presión diferencial. Por último se muestra una gama de experimentos de aplicación referente a estos sensores. “

1. INTRODUCCIÓN El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema. Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación. La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

2. TIPOS DE PRESIONES Pongamos en claro, entonces unas definiciones importantes acerca del tipo de presión: 2.1 Presión Absoluta: Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios. 2.2 Presión Atmosférica: El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.

2.3 Presión Manométrica: Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica. La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura se indican las clases de presión que los instrumentos miden comúnmente miden en las industrias:

Fig.2.1. Forma de medición de la presión

La presión absoluta mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura). 2.4 La presión atmosférica: es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmosfera estándar. 2.5 La presión relativa: es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos (B y B'), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas.

2.6 La presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D, D' y D"). Es la diferencia entre un determinado valor de presión y otro utilizado como referencia. En cierto sentido, la presión absoluta podría considerarse como una presión diferencial que toma como referencia el vacio absoluto, y la presión manométrica como otra presión diferencial que toma como referencia la presión atmosférica.

3. MEDICIONES CON PRESIÓN DIFERENCIAL 3.1 Medición de flujo por método de Presión Diferencial: Utiliza dispositivos que originan una presión diferencial debido al paso de un fluido por una restricción. La razón de hacer esto es que el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presiones entre dos puntos, antes y después de la restricción. Uno de estos elementos es la placa - orificio o placa perforada. Allí, el fluido sufre una disminución de su presión, la cual es mínima en el punto denominado "vena contracta". Si bien es cierto, la presión tiende a recuperarse, existe al final una pérdida de presión.

Una placa- orificio se coloca en una tubería, sujeta entre dos bridas. La forma y ubicación del agujero son el rasgo distintivo de tres tipos de este dispositivo: la placa concéntrica, la excéntrica y la segmental; la selección de algunas de éstas depende de las características del fluido a medir. Existen tres tipos de tomas de presiones a ambos lados del elemento primario: tomas de bridas, tomas de tubería y tomas de vena contracta. Igualmente, aquí las características del fluido influirán en la elección de alguna de estas. Típicamente se utiliza un transmisor de presión diferencial para la toma de las presiones y el envío de una señal que represente al flujo. A esta señal sin embargo se le debe extraer la raíz cuadrada para obtener una respuesta lineal con respecto al flujo. Antiguamente se empleaban instrumentos especiales para tal fin. Hoy, esta es una función de software en instrumentos digitales. La placa perforada es finalmente, un elemento simple, barato, aunque no muy preciso, como otros dispositivos de presión diferencial. Aunque funcionalmente es sujeta a la erosión y daño, es fácil de reemplazar.

Fig.3.1. Medicion de flujo

Fig.3.2. Dispositivo para la medición de flujo

Otra restricción de tubería para la medición del flujo es el tubo Venturi, el cual es especialmente diseñado a la longitud de la "tubería". Tiene la forma de dos embudos unidos por sus aberturas más pequeñas y se utiliza para tuberías grandes; es más preciso que la placa-orificio, pero es considerablemente más costoso y más difícil de instalar. Un promedio entre la placa-orificio y el tubo Venturi es la tobera de flujo, la cual asemeja la mitad de un tubo Venturi por donde entra el fluido; este dispositivo es tan preciso como el tubo Venturi, pero no tan costoso ni difícil de instalar. Las tomas de presión utilizadas para el tubo Venturi, están situadas en los puntos de máximo y mínimo diámetro de tubería. Para el caso de la tobera, se ubican según recomendaciones del fabricante.

Fig.3.3 Tubo Venturi

Otro elemento primario para medir flujo por el método de presión diferencial es el Tubo Pilot, el cual en su forma más simple, consiste en un tubo con un orificio pequeño en el punto de medición (impacto). Cuando el fluido ingresa al tubo, su velocidad es cero y su presión es máxima. La otra presión para obtener la medida diferencial, se toma de un punto cercano a la pared de la tubería. Realmente, el tubo Pilot mide velocidad de fluido y no caudal y además no necesariamente el fluido debe estar encerrado en una tubería. Podría por ejemplo, ser usado para medir el flujo del agua de un río o flujo de aire al ser suspendido desde un avión

Fig.3.4. Tubo pilot

3.2 Medición de nivel por método de Presión Diferencial: Este método es el más común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados.

FIg.3.5 Medición de nivel

Las tomas de presión diferencial; se hacen, una en la parte inferior, otra en la parte superior, siempre y cuando se trate de tanques cerrados sometidos a presión, cuando es para tanques abiertos la toma de baja presión se ventea a la atmósfera. El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. Es decir: en la que: P = Presión H = altura de líquido sobre el instrumento γ = densidad del líquido g = 9,8 m/s2 El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma. En el tipo más utilizado, el diafragma está fijado en una brida que se monta rasante al tanque para permitir sin dificultades la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y líquidos con sólidos en suspensión, pudiendo incluso ser de montaje saliente para que el diafragma enrase completamente con las paredes

interiores del tanque tal como ocurre en el caso de líquidos extremadamente viscosos en que no puede admitirse ningún recodo. Hay que señalar que el nivel cero del líquido se selecciona en un eje a la altura del diafragma. Si el instrumento se calibra en el tanque, el 0 % del aparato debe comprobarse con el nivel más bajo en el borde inferior del diafragma (entre el borde inferior y el superior del diafragma la señal de salida no está en proporción directa al nivel).

4. SENSORES DE PRESIÓN En la industria hay un amplísimo rango de sensores de presión, la mayoría orientados a medir la presión de un fluido sobre una membrana. En robótica puede ser necesario realizar mediciones sobre fluidos hidráulicos (por dar un ejemplo), aunque es más probable que los medidores de presión disponibles resulten útiles como sensores de fuerza (el esfuerzo que realiza una parte mecánica, como por ejemplo un brazo robótico), con la debida adaptación. Se puede mencionar un sensor integrado de silicio como el MPX20xx de Motorola, de pequeño tamaño y precio accesible. Los dispositivos de la serie MPX20xx son piezorresistencias de silicio sensibles a la presión. Proporcionan una variación de tensión exacta y directamente proporcional a la presión que se les aplica. El sensor consta de un diafragma monolítico de silicio para medir el esfuerzo y una fina película con una red de resistencias integradas en un chip. El chips se ajusta, calibra y compensa en temperatura por láser. En los sensores electrónicos en general, la presión actúa sobre una membrana elástica, midiéndose la flexión. Para detectarla pueden aprovecharse diversos principios físicos, tales como inductivos, capacitivos, piezorresistivos, ópticos, monolíticos (con módulos electrónicos extremadamente pequeños, totalmente unidos) u óhmicos (mediante cintas extensiométricas). En los sensores de presión con elemento por efecto Hall, un imán permanente pequeño (que está unido a una membrana) provoca un cambio del potencial Hall. El sensor de presión piezorresistivo tiene un elemento de medición en forma de placa con resistencias obtenidas por difusión o implantación de iones. Si estas placas se someten a una carga, cambia su resistencia eléctrica. Lo mismo se aplica en el caso de los sensores de presión monolíticos, obtenidos mediante la cauterización gradual de silicio.

5. SENSORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Fig.5.1 Sensores de presión diferencial

Honeywell fabrica una amplia gama de sensores de presión diferencial para mojado / húmedo y mojado / seco. Construcción robusta de acero inoxidable con topes de sobrecarga mecánica, puede manejar las aplicaciones más exigentes. Estas unidades cubren los rangos de 0.5 psid a 10.000 psid y entrega exactitudes hasta 0.1%. Las salidas incluyen 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 1-10V, 0 2VCC, y ± 5VDC. RS-232 y RS-485 también está disponible con salida digital. Personalización de ingeniería y diseño de soluciones disponibles. A continuación se presenta algunos tipos de sensores de presión diferencial, con sus principales características, además, otros sensores de presión diferencial con aplicaciones muy interesantes.

5.1 Sensor De Baja Presión Diferencial

Fig.5.2 Sensor De Baja Presión Diferencial

Los sensores de baja presión diferencial de la gama P992 y P993 de Kavlico son ideales para los sistemas variables del volumen de aire(VAV); la supervisión de la presión del filtro; el flujo de aire del conducto; la supervisión de la presión estática; la detección de escape gaseoso, los controles neumáticos, y los usos del equipamiento médico. Regulado por una fuente de alimentación de 5 VDC, los P992 y los P993 proporcionan una salida lineal amplificada proporcional a la presión diferenciada. El P992 sustituye los modelos existentes P582, P592, P593, P792, y P892 de Kavlico y se puede ordenar en cualquier configuración para emparejar esas huellas. Durante muchos años, esos productos de Kavlico han fijado el estándar industrial para las medidas de bajas gamas de presión diferencial para una gran variedad de usos de la HVAC. Además, el P992 y el P993 se pueden especificar para montajes en circuito impreso con un tamaño reducido .El P993 se configura específicamente para los sistemas de control que se integran en actuadores de compuerta.

A continuación se presenta algunas de las características del P992 y P993:

* Bajo consumo de energía * Salida amplificada * Opción de salida de frecuencia * Temperatura compensada *opciones de montaje Múltiples * Montaje del tablero de PC * Huella P592/P593 y P792/P892 compatible * Rangos de presión de + / -1 "H20 a 10" H20 * Ninguna sensibilidad de la posición * Estabilidad superior de la señal de salida * Protección de EMI/RFI y del ESD * Hecho en los E.E.U.U. * Conforme a RoHS Otras Características del producto: * Las gamas de presión

0 a 5 mbar hasta 0 - 25 o mBar 0-2 a 0 - 10 en H2O Diferencial 5Vdc ± 0.5Vdc 0.25Vdc a 4.0Vdc MEMS capacitivos fluorosilicona O-Ring Aire Seco 0 ° C a 60 ° C 0.50%

* Suministro de tensión *Salida * Tecnología *Principales Sellos *Compatibilidad de Medio *Temperatura de funcionamiento *Precisión (*) *Banda de error total ± 2,5% (10 ° C a 40 ° C) *carcasa principal PET, vidrio 30% *Contacto con el medio superficial cerámica, SiO2 *Conforme a RoHS Sí *Marca CE Sí

(*) La precisión es la suma de linealidad, repetitividad y el error de histéresis a 25 ° C

5.2 Sensor De Presión Diferencial (0.1 - 100 KPa, IP65 | PS27)

Fig.5.3.Sensor De Presión Diferencial

Picosegundo 27 (P 27) Sensor básico para los usos simples, montaje en los carriles de tapa-sombrero. El transductor de presión diferenciada de picosegundo 27 es un sensor básico para los usos simples con histéresis muy pequeña, dependencia de la temperatura o deriva zero-point. Además de datos de la presión diferenciada, el picosegundo 27 también registra sobrepresiones positivas y negativas, y es conveniente para el aire de medición y todos los gases no agresivos. La calibración Zero-point se puede realizar vía una señal de control externo. Un puente está disponible para seleccionar la señal de salida. Un adaptador incorporado para los carriles de tapa-sombrero permite que el picosegundo 27 sea montado (e.g. en un gabinete de control) sin los accesorios adicionales requeridos. Con la salida opcional de la conmutación, una alarma visual o audible puede ser accionada siempre que los valores bajen sobre o debajo de un parámetro del umbral. El picosegundo 27 es un transductor de presión simple, exacto para los usos en tecnología de ventilación. Clase de protección: IP 65.

5.3 Sensor De Baja Presión Diferencial (Serie 0 - 2000 Psi | Lpm 5000, 8000, 9000)

Fig.5.4. Sensor De Baja Presión Diferencial

LPM de la serie 5000 de bajo diferencial de sensores de presión (tensión) - Formulario de rangos ± 0,2 inH2O a ± 150 psid - Salida 0-5Vdc; 2.5Vdc ±;; 0-10Vdc ± 5Vdc - Precisión de ± 0.25% FS BSL - Presión de la línea de vacío a 600 PSI - El aluminio y el cobre en contacto con materiales de berilio - Unidireccional o bidireccional - Amortiguación variable de 10 ms a 2 seg - Exceso de presión alta

LPM de la serie 8000 de bajo diferencial de sensores de presión (tensión)

- Su rango es de ± 4 inH2O a ± 150 psid - Salida de 2 hilos, 4-20 mA - Exactitud ± 0.25% FS BSL - Presión de la línea de vacío a 2000 PSI - Elección de materiales húmedos - Unidireccional o bidireccional - Excelentes características de estabilidad - Diseño compacto y robusto

LPM de la serie 9000 de bajo diferencial de sensores de presión (tensión) - Su rango es de ± 0,04 inH20 a ± 300 psid - Salida 0-5Vdc, 00-10 Vcc, Vcc ± 2,5; ± 5 Vcc - La presión estática de vacío a 300 psig - Precisión de ± 0,1% FS BSL - Estabilidad de ± 0.1% FS por año - Unidireccional o bidireccional - Marcado CE - Diseño compacto y resistente 5.4 Sensor De Presión Diferencial Modulo 160M Módulos De Presión Diferencial De Silicio Piezorresistivo

Fig.5.5 Sensor De Presión Diferencial Modulo 160M

Hecho por medio de la tecnología de silicio con piezas resistivas por medio de MEMS, módulo 160M de presión diferencial en la producción en masa. El módulo tiene múltiples funciones para medir la presión diferencial, presión del sistema y la temperatura del medio al mismo tiempo. Con las características de las carcasas de acero inoxidable, diafragma 316L aislados y puertos estándar de montaje, fiabilidad y estabilidad en la medición de la presión de líquidos y gases. Estos módulos son elementos clave para producir presiones diferenciales que son ampliamente utilizados en la industria química del petróleo, el agua con la electricidad.etc. Características:     

capaz de medir la presión diferencial y, el control del sistema de presión y la temperatura de los medios de comunicación al mismo tiempo rangos de presión de 0 ~ 0,2 bar a 0 ~ 10 bar. sistema de alta presión hasta 100 bar. Alta precisión de medición de 0,25% fso Medición de la temperatura en un rango de -30 ~ 80 ° C

Fig.5.6 Dimensiones

Tabla 5.1

Conexión Eléctrica:

Fig.5.6.conexion electrica

5.5 Sensor De Presión Diferencial Modulo 157M Módulos De Presión Diferencial De Silicio Capacitivo

Fig.5.7. Sensor De Presión Diferencial Modulo 157M

Hecho de la tecnología de silicio capacitivo a través de MEMS, 157m es un modulo de silicio capacitivo de presión diferencial en la producción en masa Con las características de carcasas de acero inoxidable, el diafragma y el nivel de aislamiento 316, puertos de montaje, fiabilidad y estabilidad en la medición de la presión diferencial de líquidos y gases. Los módulos de 157M son elementos clave para producir transmisores de presión diferencial, que son ampliamente utilizados en la industria química del petróleo, el agua con la electricidad y la metalurgia. El rango de medición del módulo de 157m es de 0 ~ 6 kPa a 0 ~ 500 kPa, con la alta precisión de hasta 0,1% FSO (fso = fullsalida de escala), mientras que el sistema de medición de la presión va hasta 100 bar, con el efecto del sistema de baja presión hacia abajo para 0,1% fso, y una amplia gama de temperatura de operación de -40 ~ +85 C. Características:  Sistema de alta presión hasta 100 bar.  Carcasa de acero inoxidable, diafragma de aislamiento de 316.  Alta precisión de 0.1 % FSO,0.25%fso.  sólida fiabilidad y la estabilidad.  adecuación de ancho y fácil montaje.  temperatura de funcionamiento entre -40 ~ +85 C. Conexión Eléctrica:

Fig.5.8.conexion electrica

Fig.5.9. DImensiones Tabla 5.2

5.6 Sensor de presión diferencial módulo 315M Módulos de Presión diferencial de metal capacitivo

Fig.5.9. módulo 315M

Módulo de 315M de sensores de presión diferencial (DPM) se compone de 115C de metal capacitivo de presión diferencial, con plena construcción soldada de acero inoxidable. Integrado dentro de la caja 315M es una resistencia térmica o un termistor, lo que puede proporcionar, con un cierto retraso, la información térmica en un medio de presión para fines de compensación de temperatura. La serie 315M hereda todas las características de BCM 115C sensores de presión diferencial. Por otra parte, si un circuito de la electrónica consejo está integrado dentro de la parte de salida de la caja de 315M.La señal de salida puede estar condicionada a cualquiera de bucle de corriente (4 ~ 20 mA) ó 0 ~ 5Vdc (ó 0 ~ 10Vdc) tensión con una precisión de hasta 0,1% FSO (fso = producción a gran escala). A petición de la serie 315M se puede montar en un par de bridas y un recalibrado adicionales para garantizar su rendimiento. En la aplicación, el modelo 315M se suele utilizar para construir transmisores inteligentes de presión con una precisión de hasta 0,075% FSO. Características: 

Rangos de presión y tipos: D: 0 a 15 mbar, ... , 0 a 68,9 bar G: 0 ~ 75 mbar, ... , 0 ~ 413.7 bar R: 0 ~ 374 mbar, ... , 0 a 68,9 bar

  

  

Sistema de presión hasta 312 bar para esta. aplicaciones de presión. Sobrecarga de la presión: hasta 520 bar para aplicaciones de presión manométrica Señales de salida Señales de capacidad y temperatura señales condicionadas: 4 ~ 20 mA, 0 a 5 VDC, o 0 ~ 10 Vcc Precisión: hasta 0.2% FSO (para la salida capacitiva) hasta 0,1% FSO (para señales acondicionado) Totalmente soldada de acero inoxidable (SS) de la construcción Material del diafragma: 316L SS

A continuación se anexa las dimensiones y una tabla técnica del 315M:

Fig.5.10. dimensiones

Tabla 5.3

Sensor de Presión Diferencial de Aire

5.7 Sensor De Presión Diferencial De Aire

Fig. 5.11. Sensor De Presión Diferencial De Aire

Se utiliza en filtros, válvulas, compuertas, ventiladores, rejillas, extractores, y para monitorizar y controlar el flujo de aire a demás de como protección ambiental. Tipo de presión Conexión toma de presión

Conexión eléctrica Tipo de protección Material cuerpo Elemento sensible Material elemento sensor Temp. medio Medio Temperatura ambiente Señal salida Información adicional

presión diferencial, relativa Se suministra con el kit de conexión que consiste en 2m de 6mm de diámetro de tubo, dos tubos de conexión y 4 tuercas de acoplamiento. M20x1,5 IP54 ABS y POM piezoresistivo ABS + POM 0 ... 50 oC gaseoso -10 ... 70 oC 4..20mA Se puede seleccionar entre dos rangos de presión. Todos los sensores de presión diferencial son pre- configurados de fábrica par funcionar con el rango de presión 1.

5.8 Sensor De Presión Diferencial De Líquidos

Fig. 5.12. Sensor De Presión Diferencial De Liquidos

El DPIL se utiliza para medir la presión diferencial en sistemas hidráulicos. El uso de una película gruesa sobre un chip cerámico evita posibles envejecimientos mecánicos. El sensor se conecta con dos hilos dando una salida de 4 a 20mA. La conexión eléctrica se realiza con un conector (incluido) DIN (4350-A) IP65 y las conexiones de presión se realizan con tuerca de compresión para tubería de 6 mm. Se suministra con soporte.

Tipo de presión Conexión toma de presión Conexión eléctrica Tipo de protección Material cuerpo

diferencial Fijación para rosca a compresión para tubo de 6 mm. DIN(4350-A) IP65 Encapsulado en contacto con el medio: Cerámico/INOX 1.4305, PTFE Elemento sensible piezoresistivo Temp. medio -15 ... 80 oC Medio líquido Temperatura ambiente -15 ... 80 oC Señal salida 4..20mA

5.9 Sensor De Presión Diferencial Para Circuitos Impresos

Fig. 5.13. Sensor De Presión Diferencial Para Circuito Impresos

Sensortechnics es fabricante y distribuidor líder de una amplia gama de sensores y dispositivos de control de fluidos. La cartera de productos incluye los sensores básicos de la presión, los transmisores rugosos, los sensores de nivel sumergibles y personalizar los sistemas de detección de la presión de 1 mbar hasta 1000 bar, así como sensores de nivel de líquido e interruptores de flujo de oxígeno, y sensores de fuerza. Además, Sensortechnics ofrece burbuja de aire ultrasónica, aire-en línea de nivel de líquido y detectores de fluido de control. dispositivos de control de fluidos en miniatura, incluye las válvulas de solenoide, bombas de diafragma y reguladores electrónicos de presión. Sensortechnics tiene más de 25 años de experiencia en el suministro de productos altamente personalizados de detección y en el desarrollo de complejos sistemas integrados de control de fluidos para los clientes OEM en todo el mundo.

5.10 CÓMO ELEGIR EL SENSOR DE PRESIÓN MÁS APROPIADO? Los parámetros primarios a considerar son: 1)

2)

Rango de presión necesario: La mayoría de los sensores resisten una sobrepresión de 200% Referencia de presión necesaria: a)

Atmosférica – 0 es presión atmosférica.

b)

Sellada – 0 es un determinado valor de presión.

c)

Absoluta – 0 absoluto

d)

3)

Diferencial – el sensor mide la diferencia entre dos lineas de presión desconocidas.

Tipo de salida necesaria y tensión de alimentación: a)

b)

Salidas 0-5V, 0-10V, 4-20mA, mV, Opción de seguridad intrínseca... Alimentación unipolar o bipolar

6. ESTABILIDAD Y REPETITIVIDAD EXCEPCIONALES EN MEDIDAS DE PRESIÓN.

Fig. 6.1. Transductores

Ellison Sensors Intl ha introducido recientemente un nuevo rango de transductores y transmisores de presión, usando la última tecnología de sensores “Silicio-SobreZafiro” unido a la moderna electrónica digital. ESI hace de su nueva línea de presión DIGITAL GENSPEC una de las más avanzadas disponibles hoy. Está dirigida a todos los mercados tradicionales de medidas de presión incluyendo aquellos con los requerimientos más exigentes, tales como alta temperatura o excelente estabilidad a largo plazo. Los nuevos desarrollos en la fabricación de estos transductores, basados en la fabricación de wafers de Silicio-Sobre-Zafiro han permitido a ESI sacar al mercado estos transductores con mejores niveles de estabilidad y repetitividad sin pagar por ello precios superiores. El diafragma de Zafiro elimina la rotura del aislamiento y la consecuente inestabilidad encontrada en los sensores de presión con tecnología de Silicio, capacitando a estos transductores para trabajar a altas temperaturas. A esto se suma la perfecta elasticidad del Zafiro, que eliminaría en gran medida la histéresis, dando por ello niveles inigualables de repetitividad. Además esta nueva línea incorpora la última tecnología en procesamiento de señal con compensación digital, haciendo de ellos uno de los transductores más precisos y estables del mercado actual.

El microcontrolador integrado permita la total autocalibración del sensor proporcionando a los clientes un nivel increíble de rendimiento. La nueva línea DIGITAL GENSPEC está indicada para medidas en líquidos y gases, disponibles en rangos desde 0-500mbar a 0-3000bar, con salidas en mV, 5V, 10V ò 4-20mA. Los rangos más comunes están disponibles en stock para entrega inmediata. También están disponibles con diversos tipos de puerto de presión, con conector o salida en cable. Además se tienen una variedad de transductores y transmisores de presión diferencial, veamos algunos:

6.1 Transductor De Presión Diferencial PW Y PW2

Fig. 6.2. Transductores PW y PW2

La serie PW y PW2 son transductores de sensores de presión diferencial e incorporan microprocesadores de perfil, exactitud y fiabilidad excepcionales. Fácil de usar y diseñado para proveer ahorros excepcionales de la instalación. La serie PW/PW2 es ideal para medir la presión a través de bombas, filtros, intercambiadores de calor, compresores, y otras aplicaciones húmedas no corrosivos y medios de comunicación. El PW 3 hilos transductor de presión, salida de campo-seleccionable 0-5V/010VDC o 4-20mA. LCD muestra el calibre y diferencial de presión. El PW2 consta de 2 hilos, transductor de presión de 4 a 20 mA. Pantalla de cristal líquido alterna entre la cadena de puerto, bajo el puerto, y presión diferencial, alimentada por lazo.

Aplicaciones:

  

Seguimiento de la bomba de control de presión diferencial. refrigerador / caída de la caldera de presión diferencial. CW / HW sistema de presión diferencial.

Características  

El interruptor de salida seleccionable por puente para la operación normal (4-20mA) o inversa (20-4mA) brinda flexibilidad de aplicación. Resistente, proporciona carcasa sellado de fundición NEMA 4.

Precisión y estabilidad Excepcionales   

Diseño del sensor dual para mejorar la sobrepresión y la tolerancia. Aumento del puente controlado por el amortiguador para una gran estabilidad. Pulsador para la calibración a cero.

** FS se define como fondo de escala del rango seleccionado en el modo bidireccional. Especificaciones: Entrada de energía

PW: 12 a 30VDC/24VAC nominal PW2: 12 a 24 VCC, alimentada por lazo

------------------------------------------------------------------------------------------------------------Máxima toma de corriente

PW: DC: 125mA; CA: 280mA PW229mA

------------------------------------------------------------------------------------------------------------Salida

PW: transmisor de 3 hilos, seleccionable por El usuario4-20mA, 0-5V/o-10V PW2: transmisor a tres hilos †

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Precisión a 25 ° C*

Rango A, B, C: ± 1% fs; Rango D: ± 2% fs **

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Aumento de amortiguación

Electrónica; un promedio de 5 segundos

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Modo de prueba

PW: Anula la salida a escala (20 mA,5V, 10V)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rangos de presión (seleccionable) 0-50 psi (0 a 3.45 bar)

0-5/10/25/50psid (0-0.34/0.69/1.72/3.45 bar)

0-100 psi (0-6.89 bar)

0-10/20/50/100psid (0-0.69/1.38/3.45/6.89 bar)

0-250 psi (0-17.24 bar)

0-25/50/125/250psid (0-1.72/3.45/8.62/17.24 bar)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sistema operativo

-10 ° a 55 ° C (-140 ° a 130 ° F), de 0 a 90% de HR, sin Condensación

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Estabilidad a largo plazo

0,25% por año

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ajuste del cero

PW: Botón de auto-cero y entrada digital (bloque de terminales de 2 patillas)

PW2: Botón de auto-cero -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Indicación de estado PW: De color dual LED: verde = normal, verde Parpadeante = Baja> Alta, Rojo = fuera de escala, Rojo parpadeante = sobrepresión -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Material de la cubierta

Polvo blanco con recubrimiento de aluminio

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sensor: Compatibilidad de medios

compatible con 17-4 PH de acero inoxidable de los medios de comunicación

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Prueba de presión Max. 2x fs rango -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Presión de la explosión Max. 5x fs rango -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rango temp. Compensada 0 ° a 50 ° C (32 ° a 122 ° F);TC Cero <±1,5% del producto FS por sensor TC < span ± 1,5% del producto fs por sensor (2 sensores por unidad) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Temperatura límite media

-20 ° a 85 ° C (-4 ° a 185 ° F), 0 a 90% de humedad relativa sin condensación

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Montaje

1/8 "NPT hembra, acero inoxidable 17-4 PH

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tensión mínima de entrada para la operación de 4-20mA: 250 bucle ohm (1-5V) = 12 V CC, 500 ohmios bucle (2-10V) = 15 V CC * Precisión combina linealidad, histéresis y repetitividad. ** FS se define como fondo de escala del rango seleccionado en el modo bidireccional. A continuación se adjunta una la hoja de especificaciones que incluye una aplicación de unos diagramas de cableado:

Tabla 6.1

6.2 Transmisor De Presión Diferencial Digital 0.05 - 290 Psi | Stx 2100 Series

Fig. 6.2. Transductores

Transmisor de presión diferencial Smart / HART ® - STX serie 2100 El Transmisor de presión diferencial de 2100 de la serie STX .STX Es el Complemento de la serie 2000, proporcionando Una Familia completa de unidades elegantes del Calibrador, del Absoluto y del diferencial.

- Exactitud del ± 0.1% - Se extiende de un 3.75mbar La Barra 20 - Rango del 16:01 - Línea de presión hasta la barra 140 - 4-20mA de dos Hilos Con PROTOCOLO de HART ® - Diseño robusto y modular - Cero local y barras de palmo

6.3 Transmisores De Presión Diferencial Piezorresistivo

Fig. 6.3. Transductores Piezorresistivos

Estos transmisores piezorresistivo han sido diseñados para aplicaciones de precisión en la industria ambientes para las presiones que van desde 0,2 a 1000 bar, líquidos o de gas. Serie 23: Puerto de presión masculina Precisión 0,5% FS, opcional 0,1 y 0,2% FS Serie 25: Membrana aflorante Precisión 0,5% FS, opcional 0,1 y 0,2% FS Un Rango Completo: Absoluto, indicador de presión barométrica, (sobre y bajo presión) y diferencial para áreas húmedas o mojadas. 13 rangos de presión nominal. Salida de corriente o voltaje. Flexibilidad: Un concepto modular utiliza la selección de las cápsulas fuera de la plataforma, lo que permite una producción a la medida. Numerosas opciones y variantes están disponibles, totalmente adaptado a los requerimientos de los clientes. requisitos: la interfaz mecánica y eléctrica, puertos, salidas de señal, los

materiales en los medios de comunicación, contacto, llenado de aceite, el oxígeno de compatibilidad, características especiales, a prueba de fuego y de seguridad intrínseca. Fiabilidad / Calidad: Estos transmisores usan 10 cápsulas de la serie altamente estable KELLER , demostrado en millones de aplicaciones en todo el mundo. Cada cápsula está sometida a severas pruebas y calibraciones y procedimientos. Los transmisores son fabricados y probados según la norma ISO 9001. El grado de transmisión es definido de acuerdo a la presión de referencia.

6.4 Transmisor De Presión Diferencial (10 Pa - 100 Kpa | P26 )

Fig. 6.4. Transmisor de Presión Diferencial

Picosegundo26 (P26) Transductor de presión diferenciada inteligente con rango de medida escalables. Tecnología de medición sensible en materia de cubierta innovadora. Las demandas para la calidad creciente en casi cada área de la industria han sujetado los calibradores de presión a las demandas sofisticadas también. Estos

incluyen la supervisión del sitio limpio y la capacidad de supervisar ambientes estéril en las máquinas de envasado utilizados en los productos para las industrias tales como alimentos y productos farmacéuticos. El nuevo P 26 transductor de presión diferencial de halstrup-walcher ha sido especialmente diseñado para satisfacer estas demandas. El P 26 es un transductor de presión diferenciada que cubre estas demandas particularmente sofisticadas. Los rangos de medida entre 100 Pa y 100 kPa son libremente escalables desde 10 a 100%, y ofrecen la opción de cambiar a otras unidades de medida como mmH2O, mmHg, etc. La auto-calibración cíclica del punto cero garantiza un alto nivel de estabilidad de la medida. Dos puntos de corte están disponibles tal que se pueden fijar libremente a lo largo del rango de medición, los cuales permiten al usuario conectar alarmas visuales o audibles que se ha disparado en cualquier momento que los valores estén por encima o por debajo de los límites establecidos o dos los valores de medición se pueden leer claramente en una pantalla gráfica LCD opcional. El instrumento puede, si es necesario, comunicarse con una unidad de control principal a través de una interfaz RS 232 y se puede montar en una pared o en carriles DIN. Una unidad de mano se puede utilizar como un configurador para la calibración de una sola vez cuando se utiliza más de un transductor de presión comprable de P 26 sin una pantalla.

6.5 Transmisor de presión diferencial con indicador antideflagrante TÜV, IP65, 0.25 - 100 KPa | P29

Fig. 6.5. Transmisores con indicador antidefalgrante

P29 transmisor de presión diferencial con la certificación TÜV, para su uso con gases combustibles, libremente escalable. Además de la presión diferenciada, el transmisor de presión diferencial P 29 también detecta la sobrepresión positiva y negativa. Una característica importante aquí es que, además de aire y gases no agresivos, gases combustibles se pueden detectar también. El dispositivo no crea una zona ATEX, ya que su diseño y tecnología se opone a cualquier peligro de ignición. El rango de medición va entre 250 Pa a 100 kPa y son libremente escalables entre 10 y 100%, con la opción de conversión de unidades a, por ejemplo mmH2O.Una constante de tiempo libremente seleccionable hasta 60s permite el despliegue incluso en las condiciones fluctuantes de presión y produce una señal de salida calmada. El dispositivo se adapta ideal para el montaje de la pared o del carril. Este transductor de presión es especialmente adecuado para las mediciones de flujo volumétrico de gas de la ciudad y otros gases naturales incluyendo el butano, el metano, el etc. en hornos industriales de la leña o las instalaciones de combustión.

7. APLICACIONES Se presenta un estudio de diferentes experimentos llevados a cabo con sensores de presión diferencial, a continuación presentamos cada experimento 7.1 SIMULACIÓN Y PRUEBA DE VERIFICACIÓN DEL SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON FLUIDO MAGNÉTICO

El flujo magnético (MF) es un nuevo tipo de material de alto rendimiento. Como el MF posee características únicas de liquidez y propiedades magnéticas, se ha utilizado en muchos campos, especialmente para los sensores de presión diferencial. Algunos de los nuevos tipos de sensores con MF se han desarrollado, tales como inclinómetro y el acelerómetro, sensores inductivos con MF y medir la variación de la inductancia (L) de la bobina con respecto al nivel de MF. El sensor de presión diferencial con MF se propone en la utilización en algunos sensores existentes con MF. En primer lugar, la teoría de las inferencias acerca de este sensor se estudia y se resumen. La diferencia inducida de voltaje depende del nivel de diferencial de la MF en los núcleos dentro de las bobinas. Las bobinas de este sensor son componentes esenciales. A continuación, la distribución del campo magnético en el modelo de sensor se analiza, y la matriz de la inductancia es calculada con el método de simulación por

ordenador. Los resultados de la simulación dan una conclusión de que el resultado de la inferencia de la teoría es confiable. Por último, los resultados experimentales no se presentan, sino que demuestra que este tipo de sensor tiene ventajas como: alta sensibilidad y alta linealidad. 7.1.1 Principio Y Teoría En la Fig. 1 se presenta el modelo del sensor de presión diferencial con MF. Un tubo en "U" (material no magnético). Cada brazo tiene dos bobinas con la misma longitud y vueltas (bobinas de excitación de 1 y 3, bobinas de detección 2 y 4).El circuito equivalente del sensor se muestra en la Fig. 2. MF es considerado como el núcleo magnético. Una presión diferencial , conduce a un nivel de líquido diferencial . De acuerdo con la inducción electromagnética de la ley de Faraday, la diferencia de tensión inducida , pueden ser detectadas en las dos bobinas de detección. Tanto los resultados de la simulación (Fig. 5) como en los resultados experimentales (Fig. 7) muestran que es directamente proporcional a . es el valor efectivo de .

Fig. 1. Modelo de Mf de sensor de presión diferencial

Fig.2. Circuito equivalente del sensor de presión diferencial

El modelo del sensor (Fig. 1) tiene cuatro bobinas, que tienen la misma longitud y numero de vueltas. Según la ley de la inducción electromagnética, esas tensiones de las bobinas inducidas son:

Donde [ψ] es la vinculación de la matriz de flujo magnético en las bobinas; [u] es la tensión inducida por la matriz de las bobinas; [L] es la inductancia de la matriz simétrica de las bobinas: Los elementos de la diagonal son auto-inductancias, otros son inductancias mutuas; [∂[i]/ ∂t] es la corriente diferencial actual de la matriz de las bobinas. Cuando

la ecuación (1) puede ser escrita como:

Así que las tensiones inducidas en la bobina de detección (2 y 4) son respectivamente:

Por lo tanto, la diferencia del voltaje inducido es:

La fig.4. Muestra las bobinas decir:

y

son proporcionales a

es

La ecuación (2) puede ser escrita como:

Donde k es el parámetro relacionado con la estructura del sensor. 7.1.2 Modelo De Simulación

En la simulación el fluido magnético es considerado lineal, trabaja en el sector lineal de la curva de magnetización. Las dimensiones del modelo del sensor son ( ) las siguientes: el suministro de energía de excitación es (A), el diámetro interior del tubo en U es de 7 mm y el diámetro externo es de 10 mm; la bobina tiene 100 mm de longitud y gira 3000 rpm; conductor de cobre 0.21mm de diámetro; permeabilidad magnética relativa de MF es de . Analizamos la distribución del campo magnético en el modelo del sensor. La Fig. 3 es el valor de la suma de la distribución de la densidad del flujo B del modelo del sensor. Los resultados muestran que los valores de la densidad del flujo B en los dos brazos verticales son obviamente diferentes por el nivel de diferencia Δh. Debido a ψ por lo que los vínculos de flujo magnético en las dos bobinas son diferentes, lo que lleva a diferentes inductancias mutuas entre las bobinas.

Fig.3. El valor de densidad de flujo

La inductancia de la matriz [L] también es calculada. La Fig. 5 muestra la variación relativa de la diferencia de inductancias mutuas frente a la presión diferencial , muestra que el y es proporcional a ..De acuerdo la ecuación (2), el valor de puede ser obtenido. La Fig.4. presenta la variación relativa de la frente a . Cuando =0 es casi 0. También muestra que la curva tiene una buena sensibilidad y linealidad.

Fig.4. Variación de la diferencia de inductancia mutua frente a la presión diferencial

Fig.5. Correlación de la diferencia de tensión inducida y la presión diferencial

7.1.3 Resultados Experimentales Y Discusiones Para garantizar el trabajo de MF en la parte lineal de la magnetización de la curva, las dimensiones del modelo experimental se construyen de acuerdo con el ( ) (A). modelo de simulación;

El esquema eléctrico de conexión se muestra en la Fig. 2. La salida de tensión ha sido comprobado por un osciloscopio digital. En la Fig. 6 se presenta la onda de tensión de salida para . Cabe mencionar que la onda es regular, por lo que no necesita ser filtrada. Pero la tensión de salida es inestable a veces debido a la viscosidad del MF. La Fig. 7. presenta la variación del valor efectivo de frente a la presión diferencial tres diferentes valores de frecuencias. La curva muestra que el valor efectivo de es directamente proporcional a en un cierto rango. Al mismo tiempo, con el aumento de la presión aumenta también la frecuencia de la energía .

Fig.6. Forma d onda de la diferencia de tensión inducida por

Fig.7. La variación del valor efectivo de presión diferencial diferente

.

frente a la frecuencia de alimentación

Teóricamente, cuando como la simetría de la estructura del modelo, la figura 5 también muestra que la salida es casi cero cuando , Pero cuando , no es un cero de tensión en hecho, como se muestra en la Fig. 7. Las razones son las siguientes: En primer lugar, es imposible garantizar la absoluta simetría en la estructura de las bobinas de los dos brazos verticales del tubo en U, por lo que es un circuito magnético. Además, debido a la heterogeneidad de MF y la capacitancia entre las vueltas, los parámetros del circuito equivalente (inductancia mutua) no puede ser los mismos. Podemos tomar algunas de las siguientes medidas para minishing cero de tensión: 1). Mantener la estructura simétrica en la tecnología de diseño. 2). Selección del circuito de medición adecuado. La fase sensible detector no sólo puede determinar las presiones, pero también puede eliminar la tensión residual en cero. 3). Selección de materiales de alta permeabilidad magnética a el escudo magnético. 4). Mantenimiento de lunes a viernes trabajo en la parte lineal de la magnetización de la curva. 5). Uso de los circuitos compensadores como en la Fi

Fig.8. circuitos para minishing cero de tensión

7.1.4 Conclusiones Del Experimento El fluido magnético es un nuevo material de alto rendimiento. MF ha dado buenas perspectivas de aplicación en el campo del sensor. Este tipo de sensor tiene una construcción sencilla y la miniaturización del sensor de presión Diferencial con MF se estudia en la teoría y la experimentación. Tanto los resultados de la simulación y los resultados experimentales muestran que sensor de presión Diferencial con MF tiene buenas características estáticas.

7.2 SENSORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL INTELIGENTE CON BLUETOOTH “LA INTERFAZ DE COMUNICACIÓN” Se presenta el diseño y montaje de mezcla de circuitos electrónicos para el procesamiento de la señal medida del sensor de presión diferencial capacitivo, así como el análisis de los resultados obtenidos. El sensor de presión inteligente proporciona valores de la presión medida a través de 4 - 20 mA de corriente del lazo de salida. El lazo de corriente también se utiliza para el trazado del circuito del sensor suministro. Esto significa que el consumo actual de la toda la corriente del sensor debe ser inferior a 3,5 mA, incluso en mayor rango de temperatura industrial de -40 a +125 ° C. Hay necesidades en algunas ramas industriales de medir la diferencia entre dos presiones. El de sistema de medición de presión diferencial se utiliza con frecuencia para las medidas debido a su buena temperatura y el tiempo de estabilidad. El diagrama esquemático interno del sensor de presión diferencial puede ser analizado en un par de condensadores de detección de valores de la presión diferencial real. Estos la capacidad puede ser de hasta decenas de picofaradios. No hay de particular medición de las capacidades, pero la capacidad de medir condensadores se convierten en la frecuencia de salida real de un par de los osciladores de frecuencia controlado por los condensadores medida. La cuestión más importante es la precisión de la medición. Precisión total se requiere para ser mejor que el equivalente a resolución de 16 bits binarios. Por lo tanto la frecuencia de 255 períodos de la señal de salida es un promedio. El objetivo de este trabajo es la descripción de las de bajo consumo y alta precisión diseño de sistemas de medición. 7.2.1 Topología Electrónica El circuito electrónico propuesto del sensor de presión puede dividirse en tres partes modulares. El procesamiento de señales del sensor de presión diferencial se realiza por un par de osciladores de frecuencias cuya salida refleja el valor de la medida de la presión. En consecuencia, con la separación galvánica de partes, incluyendo el microcontrolador, se convierte la frecuencia de salida de los osciladores en los valores de código digital. Por otra parte, el microcontrolador integrado calcula la corrección de valores no-lineales por valores de medición y calibración de temperatura en él al mismo tiempo. La cantidad de salida de esta parte del circuito electrónico es el trazado de un valor digital calibrado de la presión. De acuerdo para el rango de temperatura deseada se extendía desde -40 a + 125 º C de las propuestas de salida del sensor, la salida de los osciladores se están realizado por los transformadores de la señal.

Fig.1.Diagrama de bloques de la topología del sistema

Fig.2. Diagrama esquemático simplificado de los osciladores de separación galvánica

Los controles del microcontrolador van separados galvánicamente con un cambiador DC-DC,. El diagrama de bloques de la topología de circuitos electrónicos se muestra en la figura. 1. Un microcontrolador está incluido en la

tercera parte del circuito. El microcontrolador se utiliza principalmente para la modulación de HART de la comunicación de bucle de corriente. La segunda función de el microcontrolador es la regulación activa de la corriente real en el lazo de corriente a través del consumo del sensor de suministro de corriente de control. La interconexión entre la segunda y tercera etapa del circuito es proporcionada por el SPI autobús. Estas dos partes están galvánicamente conectadas. 7.2.2 Osciladores Incluso si los osciladores se basan en los dos circuitos de base 555, hay pocas modificaciones en el trazado del circuito. Sólo uno de los osciladores se está ejecutando en la fase de funcionamiento real de la medición del proceso. Es el resultado en la disminución de la energía en el consumo de casi el 65% de la original. La baja potencia y el comparador MAX939 se utilizan. Los parámetros fundamentales de los comparadores son velocidad de respuesta y transferencia de retraso. La aplicación de estos comparadores representa la mejor solución en términos de consumo de energía y el cociente de la velocidad. La precisión de la medida, principalmente depende del tiempo de reacción de los comparadores o posiblemente en la propagación de la tensión de referencia. El diagrama esquemático simplificado de los osciladores es se muestra en la figura. 2. La señal de salida del oscilador se llevó corriendo a través de la combinación de serie del condensador y la resistencia a una bobina primaria de un transformador de la señal. Lamentablemente, la restricción de una corriente de excitación conduce a la extensión del borde de levantamiento y la caída de la señal transmitida. La frecuencia de salida de los osciladores se puede calcular mediante una simple ecuación.

donde R es el valor de la resistencia de referencia de 500 K y C representa la capacidad de medir. 7.2.3 Cambiador DC-DC El cambiador CD-CD con un transformador ha sido diseñado para suministro de los osciladores. El transformador proporciona separación galvánica. En realidad, la construcción del cambiador de conmutación era la única solución posible y de mejor eficiencia, 50% se logró. El trazado del circuito del cambiador se compone de muy poco y es conducido por un chip microcontrolador. Lamentablemente, la

regeneración no se puede utilizar ya que los leds incrementan el consumo de energía. 7.2.4 Principio De Medición La medición se basa en el conteo de 255 períodos de la señal de medida. El sistema de reloj del microcontrolador se utiliza como un muestreo de la señal. La frecuencia de reposo de los osciladores es establece en 4,5 kHz. El microcontrolador cuenta c 255 períodos en 56 ms. Por lo tanto el tiempo total de medición es de 112 ms. Estos cálculos no son exactos porque el par de osciladores en realidad no son idénticos, pero incluso la medida real puede ser más rápida o más lenta, en el tiempo completo la medida es constante. Este atributo está dado por el diseño del sensor de presión diferencial. El algoritmo de medición se lleva a cabo en el microcontrolador de la siguiente manera: Counter/Timer0 (C/T0) es configurado como un contador de 8 bits (que significa 255 períodos de entrada de la señal). El Counter/Timer1 (C/T1) se ejecuta como un temporizador de 16 bits con el reloj de 125 kHz antes de que el recuento esté permitido. La baja frecuencia del sistema del microcontrolador reduce de manera significativa el consumo de energía. Sin embargo, un mínimo de 1 MHz de la frecuencia del sistema es necesario para suponer la medida precisión deseada. Debido a que 253 períodos son contados, el microcontrolador se ha forzado a la velocidad a 2 MHz El valor de C/T1 se almacena para el próximo procesamiento y C/T1 se borra. Cuando los 255 períodos se cuentan, la interrupción es llamada y el valor en C/T1 es de color rojo. Este valor refleja la capacidad de medida. Sin presión el contador cuenta aproximadamente 112 000 pulsos de cada oscilador. Por usar la ecuación

donde x representa el número de niveles y n es un bit de resolución, podemos calcular la medida del oscilador frecuencias con más de 16 bits de resolución. Esta precisión es la adecuada. Para el procesamiento eficaz de los valores medidos, la variable de trabajo A (p) se evalúa. Variable A (p) representa la corrección digital de presión.

donde f1 y f2 miden las frecuencias de las señales de salida del oscilador. En la siguiente etapa de la variable de trabajo A (p) se calibra usando correcciones no lineales de polinomio de alto orden. La calibración proporciona una respuesta

lineal del valor de la salida de la presión. El valor de la calibración de salida presenta la presión digital y se encuentra en las unidades especificadas (bar, kPa, etc.). Después de todos los procesos de calibración y linealización el valor se envía a través de SPI para el segundo microcontrolador que proporciona la transmisión en el bucle de corriente. 7.2.5 Correcciones Dos correcciones son calculadas por las funciones integradas en el microcontrolador. Al principio, la liberalización, desplazamiento de calibración y el aumento de la corrección son calculadas. A continuación, la dependencia de la temperatura en el circuito de medición se compensa. La figura 3 muestra las dependencias enumeradas en un gráfico 3D.

Fig.3.La salida del oscilador , la frecuencia dependen de de la presión y la temperatura

Hay pocos métodos de calibración, por ejemplo, las operaciones de búsqueda en tablas, pero estos métodos suelen ser de alto consumo y tiempo. El polinomio de quinto al octavo orden es usado para la calibración de la variable A (p). La forma básica del polinomio es

El polinomio de Lagrange’s se utiliza para el cálculo de la constantes de calibración. El polinomio de Lagrange’s es el polinomio de orden más bajo que pasa por un determinado valor. El polinomio de Lagrange’s se puede calcular por

Donde

Los datos de calibración se almacena en FRAM incrustado en el bordo del oscilador.

7.2.6 El protocolo HART Para la comunicación en 4 - 20 mA de lazo de corriente, se utiliza el protocolo HART. La modulación de la señal actual es proporcionada por el segundo microcontrolador. Trasmiten haciendo uso de la carga controlada. La carga regulada del circuito es muy simple y consiste en un transistor bipolar de tipo NPN con emisor a tierra y un convertidor DA de conducción. El consumo de corriente se reduce al mínimo gracias a la simplicidad de la carga regulada. 7.2.7 Resultados Después de diseñar, ensamblar y programar, las medidas del microcontrolador real se realizaron. Las frecuencias de los osciladores, la variable A de trabajo y los valores de presión digital fueron registrados. Estos valores se registran para muchas presiones diferentes en el rango del sensor completo. Los sesgos de medición de datos del ruido fueron descubiertos por la siguiente ecuación

Donde Nmax representa la desviación máxima de la el valor medio de unas pocas muestras de una presión determinada en el rango de medición, Nmax es el valor de la producción con máxima presión y la Nmin es el valor de la producción sin de presión. El sesgo del ruido dio un rango de medición sólo de 0,82%.El grado de linealidad de la variable de trabajo que determina el orden del polinomio de corrección es muy importante. La la dependencia de la variable A (p) en la presión se muestra en la Fig. 4.

Fig.4.Dependencia de la medida producida en la presión

Podemos observar la desviación en la forma de onda medida en la figura. 5.

Fig.5.desviacion de la forma de onda medida

Fig.6.Desviacion de la forma de onda calibrada

7.2.8 Conclusiones del experimento Se pudo diseñar y montar el sensor de presión diferencial inteligente. El sistema consta de tres partes: Osciladores, microcontrolador de procesamiento y HART modulador. Muy bajo consumo y dispositivos especiales de medición para que el algoritmo en el microcontrolador reduzca el poder de consumo a 3,5 mA. Los polinomios de Lagrange’s se aplicaron para el cálculo de la calibración de los valores medidos. Mejora la linealidad más de diez veces.

7.3 SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL USANDO EL SENTIDO COMÚN DEL CAMINO DE LA FIBRA ÓPTICA Este artículo presenta un nuevo enfoque para la presión diferencial que detecta el método que utiliza longitudes de onda de intensidad codificados y sensor de fibra óptica basada en (FOS). Este sistema de detección consiste en dos longitudes de onda de energía estabilizada: fuentes de luz, dos de presión: transductores y dos fotodiodos, que se conectan en cascada por medios ópticos: fibras. El transductor consiste en la cavidad reflectante con la presión de muebles y el diafragma de reflexión que convierte el cambio de presión en el cambio de reflectancia óptica. Una de las dos longitudes de onda se refleja detrás del primer filtro situado antes del primer transductor. La otra longitud de onda detrás del segundo filtro antes del segundo transductor. Los filtros tienen corte-fuera de longitudes de onda entre las dos sondas de luces. Por consiguiente, los caminos cruzados por las dos longitudes de onda sólo se diferirán por la diferencia al atravesar dos veces entre las dos sondas. La presión del diferencial se evalúa singularmente por la comparación de los rendimientos de dos longitudes de onda. En estas medidas la contestación del FOS para el cambio de presión de diferencial se muestra dentro de 0.1 s. 7.3.1 Teoría La vigilancia continua y precisa del nivel es muy valiosa para la gestión de petróleo, gas o tanque de químicos para la confirmación metrológica. El seguimiento de la presión diferencial en tiempo real de (DP) es necesario para el costo de servicio. En los métodos tradicionales de control los valores de DP se dividen en dos. Un método consiste en la succión del canal desde el tanque principal para el procesador con los tubos que el petróleo, el gas o la producción química lleva a cabo directamente sobre el procesador principal, como se muestra en la figura. 1.(a).El Canal de succión es equipado a la parte superior e inferior del tanque. Este tipo de medida de nivel es ampliamente utilizado. Pero en algún momento el análisis en el interior de tal canal se coagula en la baja temperatura y algunos dispositivos de calefacción deben servir para la medición continua. El otro método es el método de despacho con dos capilares de procesador de la señal principal a través de los tanques, como se muestra en la Fig. 1 (b).Los capilares están llenos de aceite, y son las presiones de transmisión de dos diafragmas deflectivos a los principales procesadores que detectan la diferencia entre dos puntos de presiones. Algunas de las ventajas principales son la inmunidad a interferencias electromagnéticas, evitar las chispas eléctricas, y resistencia a condiciones severas. Sin embargo, tienen también la desventaja de la respuesta lenta debido a la presión en la transmisión a través de dos tubos

capilares, y las longitudes de los tubos están restringidas a pocos metros. Estos sensores tradicionales DP apenas se aplican a la orientación a lo largo de mediciones de tubos.

Fig.1.Sensor convencional de presión diferencial. (a)Tipo de canal de succión.(b)Tipos de capilares.

Como una buena alternativa a tales tipos de sensores de DP, el FOS es conocido por su inmunidad a las interferencias electromagnéticas, pasividad eléctrica y por evitar el ambiente áspero. Los sensores de presión de fibra óptica han sido investigados en la explotación de diversas técnicas, pero muy pocos de ellos han sido diseñados o aplicados para DP de detección. Los sensores de fibra en cascada son investigados por la discriminación entre los parámetros físicos que se medirá y los parámetros deseados. Esta técnica muestra la respuesta directa y rápida sin ningún tipo de procesos computacionales. Esta sencilla técnica puede también aplicarse a la detección de DP. La señal de salida, sin embargo, se ve afectada por el canal de la fluctuación de la fibra de transmisión que no es compensada. Brooker propone una técnica de interferometría de una frecuencia del diodo láser modulación de operar para el control remoto de detección DP entre dos puntos. Esta técnica no es adecuada en virtud de la fibra doblada en el canal, que es la introducción a la fluctuación de fase óptica. Interferometría de luz blanca (WLI) es la técnica con éxito alcanzado para la medición de desplazamiento diferencial entre el desplazamiento de dos diafragmas de presión. Por desgracia, la técnica WLI por lo general viene con el precio de la respuesta de baja frecuencia y reducción de señales. En tiempo real DP de detección es, pues, imprescindible antes de que el uso práctico. Se presenta un nuevo proceso para mejorar significativamente la respuesta. Esta técnica se basa

en la longitud de onda dual y la intensidad de base FOS con cascada y longitud de onda reflexiva de transductores de presión selectiva. 7.3.2 Principio De Operación La figura 2 muestra la intensidad de las longitudes de onda duales propuestas basado en la configuración FOS. Este sistema consta de dos reflectantes transductores de presión en cascada por las fibras ópticas mono modo. Luces que constan de dos longitudes de onda, y , se juntan en el acoplador de fibra óptica (FC1), que transmiten a la primera detección del transductor de presión (PT1). PT1 consiste en un diafragma de reflexión (MA1) desviado por la fuerza externa y la cámara de aire entre el extremo de la fibra y el diafragma. Frente a un PT1 la longitud de onda de filtro selectivo (WSF1) está instalada, y la primera longitud de onda, , pasa a PT1. La longitud de onda, ,viaja adelante y atrás a la reflexión del espejo fijo (MB1). La potencia incidente de luz de desde el diafragma en movimiento en el núcleo de la fibra es variado de acuerdo con el tamaño del boquete de aire, L1 (P1) debido a la primera fuerza P1 externa. El coeficiente de reflexión de k2 en PT1, R1 (X1), se expresa como

Donde n2 es el índice de refracción del núcleo de la fibra y w el es el modo de tamaño de punto. La longitud de onda , se refleja en el espejo fijo, y la reflexión, R1 (X2), es independiente de la P1.Después de verse reflejado PT1, y luego de viajar de regreso a la fibra acoplador (FC1) y pasar a través del acoplador de la fibra siguiente (FC2) para el segundo transductor de presión (PT2). PT2 tiene la misma estructura como PT1. El segundo filtro selectivo de longitud de onda (WSF2) delante de PT2 transmite la segunda longitud de onda, , a la reflexión del diafragma, (MA2), y la longitud de onda en primer lugar, pasa a través del espejo fijo (MB2). El coeficiente de reflexión de en PT2, R2 (X2), es expresa como

Donde L2 (P2) es el tamaño del boque de aire entre el extremo de la fibra y el segundo movimiento del diafragma. La primera longitud de onda, , se refleja por el espejo fijo, MB2, y la reflectancia, R2 (X1), es independiente de la presión P2. Las luces desde el viaje de regreso a PT2 del acoplador de la fibra, FC2, y al

pasar a los detectores entra a la banda de las dos longitudes de onda y , se discrimina por el tercer filtro selectivo de longitud de onda (WSF3), y cada longitud de onda es incidente sobre cada fotodiodo. La primera de las onda de salida de I1 se expresa como

Donde T (Q1) es el conjunto de transmisión de fibra óptica de las fuentes de luz para los detectores y SI es la salida de la fuente de luz. La longitud de onda de salida del segundo I2 se expresa como

Donde T (Q2) es la transmisión de fibra óptica de toda la fuentes de luz para los detectores y S2 es la salida de la fuente de luz. Las características de transmisión debido a la flexión o girar entre dos longitudes de onda son similares, y la transmitancia de la fibra expresa como

Fig.2.Montaje experimental

La utilización de dos fuentes de luz de salida estable, SI y S2, y la reflectancia estable de los espejos fijos, MB1 y MB2, la relación M entre I1 y I2 expresa la respuesta de la presión relativa como

Donde A es la relación de los poderes de entrada entre dos fuentes de luz y B es la relación entre la reflectancia del espejo fijo entre dos diafragmas, además A y B son valores constantes durante la medición. Después de este proceso, el cociente M se convierte directamente en el valor de DP. Este sistema propuesto tiene por lo menos tres beneficios. En primer lugar, la expedición de la distancia entre los transductores de presión y las principales partes del sensor pueden alargarse debido a la larga distancia de propagación óptica. En segundo lugar, la velocidad de procesamiento se ha mejorado porque no es sellada con aceite y se utiliza para la transmisión de la presión, y la señal luminosa es rápida. En tercer lugar, el cociente M está libre de la perturbación a lo largo de las fibras ópticas. Toda la luz pasa a la propagación del canal de fibra común, y los efectos de la perturbación de la transmisión debido a los factores externos como la temperatura o las vibraciones se vean anuladas por la división final. 7.3.3 Experimentación Y Procesamiento De Señales En este trabajo, dos diodos láser de alimentación estabilizada (LD), cuyas longitudes de onda son 1.31tm y 1.55gm respectivamente, se utilizan como las fuentes de luz. La potencia de salida se 0.8mW y de bajo peso molecular, respectivamente. Las luces combinadas de la LD viajan de ida y adelante a través de los acopladores de fibra de 2x2 de dirección a lo largo de una longitud de 30m. Cada PT se compone de un anillo y la placa de acero inoxidable pulida ópticamente. La placa tiene un espesor de 0,2 mm y el diámetro de 30mm. La placa se desliza entre dos bloques de acero inoxidable; El anillo evita las fugas de aire, y la placa de acero inoxidable actos como el diafragma de 20 mm de diámetro con el 5 mm el apoyo a borde. La presión externa del aire es controlada por uno controlador de electro neumática y se aplica directamente sobre la las

superficies de las placas. Como la presión externa, la presión se le aplica el aire de 0 kPa a 168,8 kPa en cada kPa 28.1. La longitud de onda multiplexado por división (WDM) y los acopladores de fibra de actuar como la longitud de onda de filtros selectivos (FSM). Dos luces de longitud de onda, y 1.31tm 1.55gm, junto al puerto común se blanquean a los diferentes puertos de salida. Además, la fibra de los extremos recubiertos con Au acto como dos espejos fijos MB1 y MB2. Después de viajar de los dos PT, las luces se dividen en los fotodiodos diferentes por el tercer acoplador de fibra WDM, WSF3. Algunos de los datos se adquieren en 0.1s por una grabadora.

7.3.4. Resultados del Experimento La respuesta del sensor de presión diferencial propuesta en el sistema está validada por la aplicación simultánea de presión a los dos diagramas. En este experimento, la respuesta de la señal en acuerdo con el cambio de presión de aire han sido evaluadas. La Figura 3 muestra la relación entre las dos longitudes de onda de salidas y la presión aplicada. Incluso bajo la presión estática controlada por el regulador electroneumáticos, las salidas mostraron valores diferentes. La Figura 4 (a) muestra la variante de la presión del tiempo de salida a el valor de la presión de referencia del sensor equipado en el electro regulador neumático. La presión del aire se desvía en dos diafragmas, MA1 y MA2, y la señal de las dos longitudes de onda I1 y I2 son variadas, como se muestra en la Fig. 4 (b).

Fig. 3. Las señales medidas en virtud de la aplicación de presión (a) primera longitud de onda reflejada desde el primer PT1 (b) en segundo lugar longitud de onda reflejada desde la primera PT2.

Fig. 4. Señales horarias variante bajo presión diferencial estática (a) se aplica valor de la presión del regulador electro neumático de la señal, (b) dos longitudes de onda productos debido a la desviación dos diafragmas bajo la misma presión, (c) relación entre la potencia de salida de dos longitudes de onda "como la razón de mantenimiento de alrededor de 0,00 18.

Dos señales están simultáneamente variando de acuerdo con los cambios externos vigor. Los niveles de intensidad difieren entre dos. Los diafragmas de reflectancia y los tamaños de huecos de aire son inicialmente diferentes, y el acoplamiento de la eficacia de los diafragmas "refleja que las luces son también diferentes entre sí. En comparación entre dos señales, I1 (t) y I2 (t) donde t es el tiempo, el valor de presión diferencial como la relación M es tal como se estable entre 0.001 y 0.0026.La amplitud es 0.0016 con el sesgo de 0.0018, como se muestra en la Fig. 4 (c). Desde el principio hasta el final de la salida del sensor indica el sesgo estable. Este resultado indica que la relación de dos de señales de salida se mantiene estable en la diferencia de presión estática. Por cálculo del

cociente M, el valor de DP es fácil de estimar. La fluctuación del cociente M ligeramente aumenta a medida que la presión es más alta. Este resultado se debe a la diferencia de las respuestas mecánicas entre dos equipos de tramitación. La reflexión del PT depende de la del inverso del cuadrado de la talla de ventilación, como se muestra en (1) y (3), y la diferencia de los tamaños de aire inicial contribuye a que la respuesta del sensor no coincide como cuadrados. Además, este desfase es usado por la diferencia junto a la mecánica del diafragma entre los accesorios mecánicos. En este experimento, el diafragma se articula con 0 anillos de la mano. En general es la tensión de los diferentes diafragmas entre sí. Algunos tipos de calibración se deben tomar después de la adquisición de datos, que es el precio de un proceso de señal compleja. Para superar estos problemas, un PT rígido y pequeño es utilizado como una estructura microelectromecánicos (MEMS). 7.3.5 Conclusión del experimento Es proporcionado un sensor de fibra óptica DP que tiene dos cavidades en cascada para definir las deficiencias de aire variable que depende de la presión externa. DP valor se extrae de la división simple entre dos longitudes de onda asignada a cada cavidad. La fibra común introduce una ruta de acceso de alta velocidad de detección que se prueba en la respuesta del sensor tan rápido como 0. seg. Son posibles mejoras en el futuro para la simplificación del sistema. Las fuentes de luz no están optimizadas, pero es elegido para las longitudes de onda en el dominio visible. En lugar de LD, la luz visible de diodos de emisores sería preferible con dispositivos de bajo costo. Además, las fibras se prefieren a un tipo de fibras de núcleos grandes para mayor eficiencia de acoplamiento entre las fuentes de luz y las fibras. Esta base de sensor de intensidad es capaz de ser rápido y remoto en las medidas que los sensores convencionales de DP usados en la succión de tubos o los sellados con tubos capilares. Estas características nos permiten aplicar el método de presentar los parámetros físicos de detección en el campo de la calibración o la aplicación industrial.

7.4 INTERFAZ ELECTRÓNICA PARA UN SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL Se describe el diseño y construcción de una interfaz electrónica para la capacitancia del sensor de presión diferencial. Se requiere 14- bits de precisión de medida. El consumo de potencia total esta debajo de 5mW y es necesaria una separación galvánica. 7.4.1. Introducción La medida diferencial del sistema es frecuentemente usada para la medida de presión. La salida del sensor de presión diferencial es un par de capacitores. El valor de esos capacitores puede estas sobre los 10 pF. El tema más importante es la precisión de la medida, por lo tanto los 14 bit del conversor AD es usado comúnmente. La alta precisión ADC es necesaria para asegurar en el orden de fF. Como esos valores son muy pequeños la medida es muy difícil. La intención de este artículo es la descripción del diseño de baja potencia y alta precisión en la medida del sistema para capacitores muy pequeños. 7.4.2. Topologia del sistema El diagrama de cableado del para el diseño de la medida del sistema puede ser observada en la figura 1. Este muestra dos partes de la electrónica de medición del sistema. La primera parte incluye el sensor de capacitancia principal relacionado con la medida electrónica y la conversión A / D están separados galvánicamente del trazado de circuito del bucle de corriente. La segunda parte contiene el microprocesador integrado, un sensor de temperatura y un circuito de bucle de corriente.

Fig. 1: diagrama de cableado del sistema de medición

El sistema de medida es alimentado sobre la interfaz de comunicación del lazo de corriente de 4 a 20 mA. La fuente de alimentación swichada se utiliza para alimentar a una baja tensión adecuada el microprocesador y también para lograr el suministro a la separación galvanica para la medición electrónica. 7.4.3. de salida del sensor de presión diferencial La salida del sensor de presión diferencial es de un par de capacitores variables. La dependencia de la capacidad de salida de presión diferencial se muestra en la figura. 2. El lay-out del sensor capacitivo de presión diferencial conduce a la compensación propia de algunos errores de las capacidades parásitas, corrientes de fuga y de inyección de carga.

Fig.2. Salida del sensor de presión diferencial

7.4.4. Sistema de medición El sistema de medición se basa en la técnica de la división de la carga en los capacitores y la posterior medición de la tensión constante en un arreglo en paralelo de los capacitores (en la fig. 3). La mencionada técnica de medición necesita del menor consumo de energía en comparación con otras técnicas. La principal dificultad de medir con la técnica de la división de carga, es la muy baja capacidad de los condensadores de salida. El bajo valor (50 a 250 pF) conduce a pérdida espontánea de la carga. La medición es significativamente afectada por muchos factores. El factor crucial es una fuga parasitaria de centrales analógicas, una inyección de carga desde y hacia centrales analógicas, el ruido y la temperatura de deriva.

Fig. 3: Régimen simplificado de medición

Sobre la base de las propiedades conocidas de las partes reales tales como conmutadores analógicos y amplificadores operacionales se creo el circuito equivalente (en la fig. 4). El diagrama del circuito equivalente considera las propiedades de la cabeza parásita que no se pueden eliminar.

Fig. 4: esquema equivalente del sistema de medición

Gran parte de la simulación se realizó con el diagrama del circuito equivalente. La simulación transiente es la clave para el sistema de medición y se puede observar en la figura. 5. Figura 5 muestra el comportamiento de circuito de medición en el punto A en la Fig.4.

Fig. 5: característica transitoria del sistema de medición

7.4.5. El proceso de medida El proceso de medición se puede dividir en dos pasos: la creación de las condiciones tensión. Los Interruptores S1 y S3 en la figura. 2 están activados en el tiempo t1. El capacitor C1 está normalmente conectado a la tensión de referencia a través del conmutador analógico y cargado a su voltaje. Al mismo tiempo, el capacitor C2 la medida se conecta a través del interruptor S3 a la tierra analógica y toda la carga acumulada en el condensador C2 se abre. En el tiempo t2 los interruptores análogos S1 y S3 se apagan y el interruptor S2 está encendido. De esta manera el transporte de carga del capacitor C1 está a la medida permitida. Después de un tiempo suficientemente largo, unos 10 τ, el voltaje en los condensadores es prácticamente estable. En este momento la tensión realiza un muestreo por la pista y se manteniene el trazado del circuito. La tensión se mantiene durante el proceso siguiente por ADC.iniciales y la división de carga con toma de muestras de 7.4.6. Capacitor de referencia La alta calidad dieléctrica del condensador de referencia tiene que ser usada. Debe haber una fuga mínima de corrientes parasitarias y mínimos cambios de las propiedades en función de la temperatura. Un parámetro muy importante es el valor absoluto de la capacidad del condensador de referencia. Este viene dado por la ecuación:

Para el rango de la capacidad calculada entre 50 pF y 250 pF y la tensión de referencia U1 = 3 V, la más amplia gama del voltaje estable se obtiene cuando el condensador de referencia es Cr = 110 pF. La Fig. 6 muestra la dependencia de la variación de voltaje en la capacitancia de referencia. Para Cr = 110 pF el rango de tensión final es ΔU = 1,1458 V.

Fig.6.La dependencia de la variación del voltaje de salida en el valor absoluto de la capacidad normal

El paso de voltaje de LSB es de aproximadamente ULSB = 70 mV por la exactitud deseada, de 14-bits. Por lo tanto, no se puede corregir el error máximo de la tensión medida y no se debe exceder el valor de 35 mV. 7.4.7. Errores de medición Muchos diversos errores se dan lugar durante el proceso de medición. Algunos de estos errores son sistemáticos y pueden ser eliminados o corregidos, y algunas veces es imposible corregir los errores accidentales. La suma de errores no corregibles no debe medición propuesto se muestra en la figura. 7. Hay más de una razón. La primera es una inyección de carga del interruptor analógico en el trazado del circuito de medición. Durante la transición, de fase de la carga se mueve para cambiar mientras que durante la fase de desconexión de la carga se retiraron del interruptor. El valor máximo de la carga inyectada es de aproximadamente 4 pC. El valor de este cargo lleva el cambio de la tensión medida en alrededor de 20mV en la combinación en paralelo del condensador de referencia y la medida de condensadores. Este es casi 286 veces más que el valor deseado.superar los 35 mV. Los conmutadores analógicos son responsables del más alto nivel de incertidumbre. El sistema de

Fig. 7: Proyecto de trazado de circuito de medición

Otro problema con los interruptores reales aquí, es el hecho de que el valor de la carga inyectada apenas depende del valor de la tensión en el interruptor. Gracias a los circuitos de la figura. 7, el encargado de sacarlo del apagón analógico que va desde la desconexión, se mueve hasta el apagón analógico que va encendido. Esto lleva a una compensación parcial de la carga inyectada. El valor de la carga inyectada depende principalmente de las dimensiones geométricas del conmutador analógico.

Fig. 8: La dependencia de la carga inyectada en la tensión

Podemos suponer que los valores de la carga inyectada de las dos centrales analógicas de igualdad en las mismas condiciones deben ser iguales también. Por lo tanto, el error de medición de carga inyectada puede ser efectivamente corregido. Otro error producido por el apagón analógico es una capacidad parásita de entrada en paralelo. El error es la capacidad de varias unidades de pF y se puede suponer que el error de capacidad es, en un corto intervalo de tiempo, independiente del tiempo. Esta capacidad conduce a la generación de un cierto desplazamiento en la medida de condensadores. Una última fuente importante del error de medición es la fuga de corriente del interruptor analógico entre los insumos y la tierra en el interruptor en el escenario (máx. 2 nA) y en fase de desconexión (máx. 1 nA). Incluso si se trata de un corto período de tiempo relativamente bien conocido, variable e independiente; su existencia conduce a la descarga progresiva de la combinación en paralelo de los condensadores de medida y de referencia. El tiempo de conversión del ADC de alta resolución y bajo consumo de energía es por lo general de decenas o cientos de milisegundos. El descenso de tensión en combinación en paralelo de los condensadores de Cr y Cx es tan sorprendente que el resultado de la conversión

AD no tendría valor alguno. La pista y el trazado del circuito esperado, se utiliza para mantener el valor de la tensión medida durante el proceso de medición. Este voltaje no debe caer por debajo de la que se muestran ULSB = 35 mV. Debido a que el trazado del circuito de TH se utiliza detrás de la memoria intermedia de entrada. Es posible utilizar grandes condensadores de memoria (orden de decenas de mF). 7.4.8. Pista y mantenimiento del trazado de circuito El buffer de entrada para el circuito T-H requiere otra cosa porque asi la tensión medida se vería negativamente influenciada. Del mismo modo, la capacidad del buffer de entrada parásitas y la corriente de entrada sería lo más pequeño posible. Mediante el uso de un sólo un tampón para la separación medida de algunos errores de tensiones adicionales de búfer reales son perfectamente suprimidos. En algunos casos los errores de otros en función del amortiguamiento son también se suprimidos. Hay un par de centrales analógicas de la salida del buffer. Los interruptores se aplican de la salida del búfer a la capacidad de memoria. Los circuitos T-H se muestran en la figura. 9.

Fig. 9: pista y mantenimiento del circuito con memoria intermedia de entrada

Incluso en este caso se utiliza la característica del trazado del circuito diferencial. La caída de voltaje posible sería igual para las dos capacidades de memoria y las caídas de tensión se eliminan. Hay condensadores relativamente grandes usados como condensadores de memoria (por los órdenes de los microfaradios). Por lo tanto, la tensión que se ve afectada por inyección de carga mínima. Sin embargo las capacidades relativamente grandes requieren mucho tiempo de carga. La principal condición para un correcto funcionamiento del sistema de medición es el tiempo de muestreo muy corto. En este lugar la parte digital de la electrónica es de gran ayuda. El microprocesador asegura una serie de muestreos sucesivos para recargar la memoria de condensadores para el valor exacto de la tensión medida. La línea de tiempo de memoria que recarga el condensador se muestra en la figura. 10. El cronograma de muestreo sería operativamente cambiado en función del voltaje medido.

Fig. 10. Posible calendario de las operaciones

7.4.9. Partes de la electrónica digital La tendencia actual es localizar la memoria no volátil que contiene información sobre los datos del sensor y la calibración directa a la carcasa del sensor. Los datos de calibración permiten calibrar los datos de medición electrónicos de procesamiento. A la luz de la flexibilidad el diseño del dispositivo parece ser la mejor solución para la sensorica en electrónica. Se pueden calcular sobre la base de la corrección de los datos de calibración de los valores medidos. Una óptima solución para la electrónica de procesamiento de datos de medición se el microprocesador de baja potencia. El microprocesador usa se calcula operaciones matemáticas que se necesitan para la calibración final y su gran capacidad de memoria EEPROM o FLA 7.4.9.1. La calibración de los valores medidos Hay muchas maneras de cómo calibrar los valores medidos. La forma más sencilla es la corrección de los valores medidos con tabla de corrección. Esta es una forma relativamente rápida de corregir el comportamiento no lineal, pero no es aplicable para la calibración de los transformadores de alta resolución de más de 12 bits. La otra corrección rápida es la regresión lineal, pero puede utilizar sólo en caso de comportamiento casi lineal. Un equivalente a la regresión lineal pura es la regresión parcial lineal. La característica de corrección se debe dividir en un número de partes y cada parte tiene su propia función. El número de partes depende únicamente del comportamiento de la corrección característica, por lo tanto las piezas individuales tienen una longitud que no es la misma. Obviamente, la solución más sofisticada es una aproximación multinomial de orden n. Es posible linealizar la conversión de toda característica con una fiabilidad variable de hasta R = 99,995%. Esta característica se equilibra con números decimales muy complejos y las funciones de potencia. 7.4.9.2. Diseñado algoritmo de calibración

Como se señaló anteriormente, se desea una calibración de alta precisión, así como un consumo mínimo de energía del microprocesador utilizado. Fue elegida la combinación de regresión lineal parcial y la de 48 bits extendido con valor medido. El principio del valor medido extendido es simple. En el rango de 32 bits, el número máximo es ya casi 4,29.109, mientras que utilizando el número de 32 bits del valor de medición se extiende de 16 bits a lo virtual 4 decimales. Debido a esta ampliación se consigue no solo la alta precisión de la información sino también una elaboración relativamente rápida. En la primera etapa de elaboración, el número medido de 16 bits se multiplica por el número decimal 10^4.Después de que la función de regresión se aplica. Al final, el número de calibrado se divide por 10^4 y se redondea. 7.4.10. Medida de la temperatura La mayoría de las propiedades físicas de los materiales dependen de la temperatura. Esa es la razón por la cual se necesita un valor real de la temperatura. Esta se mide con una precisión de 12 bits en el rango militar -40 a 125 ° C. Con el fin de obtener una medida de temperatura significativa, el sensor de temperatura se debe colocar lo más cerca posible de los condensadores de medida. La pasta de silicona debe ser utilizada para el flujo de calor en aumento. 7.4.11. Fuente de alimentación Uno de los requisitos comunes para la electrónica de sensores, es la separación galvánica de otro sistema de medición, automatización y bucle de corriente 420mA. Prácticamente la única solución útil es swichar los cambiadores. La limitación de la potencia total de 5 mW es necesaria. Incluso si la conmutación de cambiadores de eficiencia alcanza hasta un 96%, este poder pequeño demanda casi la mitad de la potencia total para la función propia. La energía disponible es sólo 2,5 mW. Esta restricción se elimina usando circuitos. 7.4.12. Conclusión Sobre la base de muchas simulaciones y mediciones, el circuito propuesto se puede utilizar para la medición de precisión de capacitancia del sensor de presión diferencial. La resolución de 14 bits de los valores medidos de las capacidades se puede obtener si las principales condiciones se cumplen.

7.5 HIGH-PRECISION SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIA L DE SILICIO INTEGRADAO MONOLÍTICAMENTE CON DIAFRAGMAS DOBLES Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN MICRO OVER-RANGE Se describe un sensor de presión diferencial de silicio que es fabricado con superficies que tienen aberturas de dirigir las sustancias a las presiones que se van a medir, y dispositivos de protección micro over-range. Los dos diafragmas que tienen resistencias piezo calibre de trabajo de manera complementaria el uno al otro como resultado de una diferencia en las presiones respectivas de fluidos condujo a través de las aberturas laterales. La linealidad del sensor y los errores causados por cambios en la temperatura ambiente y presión estática se han mejorado a menos del 0,2%, y se ha obtenido gran estabilidad a largo plazo del punto cero de menos de 0,01%. A lo largo de este trabajo vamos a demostrar el diseño de diferencial sensores de presión y mostrar los resultados experimentales. Los transmisores de presión diferencial son los instrumentos de campo ampliamente utilizados para medir caudales, presiones, niveles de líquidos y así sucesivamente. Los sensores de presión con un solo diagrama de cristal de silicio han demostrado excelentes estabilidades mecánicas y se han producido por la misma tecnología de fabricación usada para los circuitos integrados de silicio, debido a su idoneidad para la producción masiva. Además, un establo de señal eléctrica se obtiene fácilmente por el indicador piezoeléctrico de la resistencia. Es por estas razones, los sensores con un diafragma de silicio se utilizan para medir diferencial de presión. Los sensores de presión diferencial tienen dos requerimientos técnicos: alta presión estática y alta presión diferencial over-range. Estas son causadas por el mal funcionamiento de las válvulas. Por tanto los sensores convencionales de silicio deben ser montados en una caja fuerte de alta presión para estas aplicaciones y los terminales de salida deben estar herméticamente sellados. Además es necesaria una estructura mecánica compleja para proteger a cada diafragma de silicio de alta presión diferencial. Estos estructurales requisitos probablemente dan lugar a un aumento en el coste del sensor.

El siguiente describe un sensor que tiene dos diafragmas con piezoresistores de trabajo de manera complementaria a las presiones respectivas. Esta estructura ha mejorado la linealidad del sensor, y ha reducido gran cantidad de errores causados por los cambios en la temperatura en el ambiente y la presión estática.

Fig. La sección transversal vista del sensor

Diseño Del Sensor La figura muestra una visión representativa del sensor. La sustancia a medir pasa a través de dos aberturas en la base de vidrio Pyrex. La base de vidrio y el chip de silicio del sensor se enlazan con el método de unión anódica. El sensor tiene dos diafragmas que funcionan de manera complementaria una a otra mediante la aplicación de presión diferencial. La sustancia es conducida a través de los huecos a ambos lados de las membranas a través de las aberturas laterales que son formadas en el interior del chip del sensor de silicio. Se colocan medidores de Piezo resistencias en el lado de cada diafragma. El exceso de presión hace que las membranas entren en contacto con los aviones de vuelta, por eso la prevención de los diafragmas de fractura. El sensor es también un buque de alta presión y el pasamuros eléctricos de la superficie de silicio y el vidrio pyrex son sellados herméticamente con estructuras únicas de vinculación. Las capas de ion implantadas se forman como piezoresistores tipo p que lleva en la superficie de silicio, y lidera el tipo p están conectados a los electrodos que se forman en la superficie de vidrio. Se obtienen contactos óhmicos por la unión anódica y proceso de recocido.

Los siguientes experimentos son solo una introducción de la aplicación desarrollada……

7.6 MEDIOS AGRESIVOS EXPUESTOS A UN SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON UNA MEMBRANA DEPOSITADA Consiste en un nuevo diseño de sensor de presión diferencial piezoresistivo presente para ambientes duros y húmedos se. El diseño del sensor se basa en un depósito de membrana, que se deposita en la parte superior, en las interconexiones de polisilicio y piezoresistores. De tal modo que se logra la separación de la superficie de las membranas. Esto permite el recubrimiento de una delgada película usando películas de farfullo que usualmente tienen muy poco paso de cobertura., así que por lo general tienen cobertura del paso pobres. Fue obtenido usando polisilicio piezoresistivo, con una sensibilidad de 11.3 mV / V bar. La exposición de los sensores con membranas de farfulló de silicio amorfo en medios agresivos con pH 11 y 70 ° C durante 20 horas no cambia su rendimiento.

En este trabajo se presenta un nuevo tipo de sensor de presión diferencial de (DP), que combina la interferometría de fibra y el método del espectro de modulación de amplitud (AM). El sistema de detección consiste en dos cavidades interferométricas de Fabry-Perot (FP) con la presión de diafragmas móviles y reflexivos. Las luces de retorno de banda ancha son del tipo de dos sondas FP de sensor, y que se superponen en el dominio de la frecuencia óptica. El tamaño del boquete de aire es mucho más del doble de pequeño que la longitud de coherencia inversamente proporcional a la resolución espectral, mientras que la diferencia de camino óptico (OPD) entre dos canales de fibra está diseñado mucho más grande que la coherencia de longitud. La franja de interferencia superpuesta muestra una señal sinusoidal de amplitud modulada. El intervalo de frecuencia de bajo factor de frecuencia se convierte en los valores de DP sin compensación por los factores no deseados, incluyendo la fuente de energía de fluctuación y la fibra de flexión de pérdidas. El resultado de la muestra experimental, da a conocer que una resolución es tan alta como la kPa 0,08 por THz y precisión tan alto como 1,0% por la escala completa. El sensor de fibra óptica propuesto DP, basado en la coherencia y la técnica AM, muestran la identificación de la DP entre dos sondas de sensores de presión colocadas remotamente. El uso de la frecuencia de exploración con sensores CCD y la electrónica hacen un pacto, rígido y rápido. Además, el cálculo de error por la escala completa puede ser mejorado con las sondas de sensores de reducido tamaño como lo son las estructuras de sondas micromachined. Este sensor interferométrico es capaz de hacer mediciones estables y alejadas de los sensores DP convencionales de petróleo con sellos de tubos capilares. Estas

características nos permiten aplicar el método presentado a cualquier otro parámetro físico sensando en el campo o calibrando o en la aplicación industrial.

8. CONCLUSION Este pequeño proyecto me ayudo a entender como es el comportamiento de los sensores de presión que son ampliamente utilizados en la industria y que ayudan a monitorear flujos de gases en cualquier maquina en que se necesite estar al tanto de la presión que allí reside, gracias a este tipo de sensores se pueden prevenir accidentes y por consecuencia reducir costos, ya que al tener estos tipos de dispositivos se puede realizar tanto el servicio de mantenimiento o prever alguna falla en nuestro sistema.

En general este proyecto fue muy útil para mi ya que aprendí la importancia de saber instrumentar con el propósito de que en un futuro sea más fácil el identificar los tipos de herramientas que se pueden usar para este propósito, ya sea para instrumentar algo en una industria o para hacer investigación científica. Los proyectos que hemos visto en el curso han sido de gran ayuda para entender el ambiente de poner en práctica los conocimientos teóricos a algo que podamos observar en la vida real, que claro, este íntimamente relacionado con nuestra profesión. Además con la gran gama de experimentaciones y aplicaciones expuestas con este dispositivo que son muy interesantes, se amplía el panorama de cuán grande ha sido el avance y las barreras que a diario sobrepasamos

9.BIBLIOGRAFIA http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/sensor-presion-60866.html http://www.instrumentacionycontrol.net/es/articulos-instrumentacion/14-instrumentacion-sistemasde-medicion/89-flujo-medicion-por-presion-diferencial.html http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml http://www.idm-instrumentos.es/Sensores/presion.htm http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/teoria/nivel/diferen.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor http://www.bcmsensor.com/pressure-sensors/pressure-sensors.htm? http://www.allsensors.com/ http://www.ampere.com.mx/detalleproducto.php?IdProducto=155 http://www.gestiopolis.com/recursos6/Docs/Ger/transduc.htm http://www.ampere.com.mx/pdf/Hoja_Tecnica_TransdPre_PW.pdf Documents ieee pdf

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