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Come scegliere un sensore di pressione

La misurazione della pressione, necessaria al controllo della maggior parte dei processi industriali, viene effettuata grazie ai sensori di pressione.

Il sensore di pressione converte un’informazione di pressione in un segnale elettrico. La maggior parte di questi dispositivi determina la pressione misurando la deformazione che essa imprime ad una membrana, o più precisamente la deformazione che risulta dalla differenza tra la pressione esercitata su un lato e sull’altro della membrana.

I fabbricanti utilizzano termini diversi per designare questi prodotti. Se i termini “sensore di pressione” e “trasduttore di pressione” possono essere considerati sinonimi, il termine “trasmettitore di pressione”, invece, designa un sensore di pressione elettronico in grado di emettere un segnale standardizzato. In questa guida tratteremo esclusivamente i sensori e non i trasmettitori.

Sensori di pressione: consultare i prodotti

  • Quali sono i diversi tipi di sensori di pressione?

    Esistono 3 tipi di pressione e quindi di sensore. La maggior parte di questi dispositivi determina la pressione misurando la deformazione che essa imprime ad una membrana. Più precisamente, poiché tale membrana possiede due lati, la pressione esercitata su un lato e sull’altro non è la stessa. La deformazione misurata dal sensore corrisponde dunque alla differenza di pressione tra un lato e l’altro della membrana. In base alla tecnologia di cui si avvalgono, o più precisamente in base alla pressione usata come riferimento, i sensori possono essere suddivisi in tre gruppi:

    • Sensori di pressione assoluta: uno dei due lati della membrana è esposto al vuoto, ossia a una pressione uguale a zero, e la deformazione della membrana corrisponde quindi esattamente alla pressione che si intende misurare.
    • Sensori di pressione relativa: uno dei due lati della membrana è esposto alla pressione atmosferica, e la misura della deformazione corrisponde quindi alla differenza tra pressione da misurare e pressione atmosferica.
    • Sensori di pressione differenziale: la misura della deformazione della membrana corrisponde alla differenza di pressione tra i due ingressi del sensore, posti uno da un lato e uno dall’altro della membrana stessa.

    Che tipo di pressione?

    • pressione assoluta
    • pressione relativa
    • pressione differenziale
  • Perché scegliere un sensore di pressione assoluta?

    Sensore di pressione assoluta della marca VEGA
    Sensore di pressione assoluta della marca VEGA

    Prima di tutto ricordiamo la differenza tra un sensore di pressione assoluta e un sensore di pressione relativa: il primo ha come pressione di riferimento il vuoto laddove il secondo, che usa come riferimento la pressione atmosferica ambiente, misura la differenza tra essa e la pressione di processo.

    La scelta del sensore dipenderà quindi da come desiderate calcolare il livello di pressione, ossia se desiderate utilizzare come riferimento la pressione atmosferica oppure no. I sensori di pressione assoluta sono peraltro gli unici in grado di misurare la pressione atmosferica, ed è per questa stessa ragione che trovano impiego nella misurazione della pressione barometrica. Questo tipo di sensori, ad esempio, viene usato nella misurazione dell’altitudine proprio perché al variare di questa varia anche la pressione atmosferica.

    Per quanto riguarda la pressione atmosferica, questa può variare di circa 30 mbar per effetto delle condizioni meteorologiche e di circa 200 mbar per effetto dell’altitudine. Più precisamente, questa variazione di pressione di 200 mbar corrisponde alla differenza tra pressione atmosferica a livello del mare e pressione atmosferica a 2000 m di altitudine. Le misure dei sensori di pressione relativa, di conseguenza, possono presentare un margine di errore dovuto a tali variazioni. Questo errore può essere trascurabile qualora si misurino alte pressioni, ma significativo per la misurazione di pressioni basse. Per misurare pressioni basse, di conseguenza, sarà preferibile optare per un sensore di pressione assoluta.

    Punti più importanti

    • pressione assoluta
    • vuoto come pressione di riferimento
    • misurazione della pressione atmosferica
    • misurazione di basse pressioni
  • Perché scegliere un sensore di pressione relativa?

    Sensore di pressione relativa della marca IFM
    Sensore di pressione relativa della marca IFM

    Innanzitutto, ricordiamo la differenza tra un sensore di pressione assoluta e un sensore di pressione relativa. Il sensore di pressione effettua la misurazione usando il vuoto come pressione di riferimento. Il sensore di pressione relativa, invece, ha come riferimento la pressione atmosferica ambiente e quindi misura la differenza tra pressione di processo e pressione atmosferica. La scelta del sensore dipenderà quindi da come desiderate calcolare il livello di pressione, ossia dal fatto che preferisate usare come riferimento la pressione atmosferica oppure no.

    Il vantaggio del sensore di pressione relativa è quello di eliminare l’influenza della pressione atmosferica sulla misurazione. I sensori di pressione relativa, ad esempio, prendono in considerazione la pressione atmosferica e, di conseguenza, sono in grado di misurare la pressione idrostatica di un liquido contenuto in un serbatoio. Questi sensori riescono a determinare il livello del liquido in questione proprio perché sulla superficie di tale liquido si esercita un pressione atmosferica che sono in grado di misurare.

    Punti più importanti

    • pressione relativa
    • pressione atmosferica come riferimento
  • Perché scegliere un sensore di pressione differenziale?

    Sensore di pressione differenziale della marca Omega (si notino i due ingressi del sensore)
    Sensore di pressione differenziale della marca Omega (si notino i due ingressi del sensore)

    I sensori di pressione differenziale possiedono due ingressi di pressione e trovano impiego nelle applicazioni in cui sia necessario conoscere la differenza di pressione tra due punti. Questi sensori vengono utilizzati per esempio nelle applicazioni di misurazione della portata degli organi di strozzamento.

    Punti più importanti

    • pressione tra due punti
    • differenza di pressione
  • Che tecnologia scegliere?

    Sensore di pressione piezoresistivo della marca Keller
    Sensore di pressione piezoresistivo della marca Keller

    Non appena avrete determinato il tipo di pressione che dovete misurare, potrete optare per la tecnologia del sensore.

    Nei sensori di pressione piezoresistivi, la pressione è la forza esercitata su un elemento sensibile e si traduce in una variazione della sua resistenza. I sensori di pressione piezoresistivi sono molto sensibili, sono resistenti ed hanno una buona tenuta termica, ma il loro segnale di uscita è debole.

    Nei sensori di pressione piezoelettrici, la pressione viene esercitata su un materiale piezoelettrico e produce quindi una tensione ai terminali di tale elemento. Questi sensori possono offrire un ampio range di misurazione ed hanno anche un’ottima tenuta termica, ma sono meno precisi dei sensori piezoresistivi e il loro segnale di uscita è più debole.

    Nei  sensori di pressione capacitivi, la membrana costituisce una delle placche del condensatore. Per effetto della pressione, la membrana si deforma facendo variare la capacità del condensatore. Questi sensori offrono grande precisione sensibilità e consentono di misurare basse pressioni, dell’ordine del millibar; d’altra parte, però, sono sensibili alle vibrazioni, che possono rendere instabile la misurazione.

    Punti più importanti

    • sensore di pressione piezoresistivo
    • sensore di pressione piezoelettrico
    • sensore di pressione capacitivo
  • Come scegliere un sensore di pressione?

    Sensore di pressione a membrana affacciata della marca Honeywell
    Sensore di pressione a membrana affacciata della marca Honeywell

    Una volta che avrete deciso se per voi è preferibile misurare la pressione assoluta, relativa o differenziale, e che avrete di conseguenza deciso per che tecnologia optare, non vi resterà altro da fare che scegliere il modello di sensore.

    • Innazitutto è essenziale optare per un sensore il cui range di misura corrisponda all’intervallo di pressioni da misurare. Per definire tale range, dovrete determinare le condizioni normali di utilizzo e le eventuali variazioni occasionali di pressione.
    • Un altro criterio di scelta molto importante è la temperatura di funzionamento. La maggior parte dei sensori sopporta temperature che vanno da -25° C a 100° C. Al di là di queste temperature, sarà necessario optare per sensori in grado di resistere a temperature più elevate.
    • Inoltre, è essenziale scegliere un sensore di pressione il cui segnale di uscita corrisponda al vostro circuito di misura o di regolazione.
    • Per finire, l’ultimo criterio di scelta importante è la configurazione del sensore e il modo di installazione nel punto di misura. La maggior parte dei sensori sono filettati, in maniera da poter essere montati facilmente su un tubo, in un serbatoio, ecc. Esistono inoltre sensori dotati di flange, sensori miniaturizzati saldabili su circuito stampato, ecc. I sensori a membrana affacciata hanno anch’essa dei vantaggi in fatto di installazione. In questa configurazione, infatti, la membrana del sensore è allo stesso livello della parete del tubo, e ciò permette di evitare problemi di intasamento. Questo tipo di sensori viene usato soprattutto per i fluidi carichi di particelle solide, in particolar modo nel settore agroalimentare.

    Punti più importanti

    • pressione assoluta, pressione relativa, pressione differenziale
    • tecnologia
    • range di pressione
    • temperatura di processo
    • segnale di uscita
    • installazione
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