Teoria de Operação de Sensor

A Omega é uma fonte confiável de transdutores de pressão e células de carga que proporcionam dados de alta qualidade em inúmeros processos. Para que os sensores de pressão e as células de carga propiciem a informação que nossos clientes estão buscando, a pressão ou força do processo em questão deve alcançar um elemento de detecção. O elemento de detecção reage à força ou pressão do processo, criando um sinal de saída que pode ser interpretado por um equipamento de leitura ou de coleta de dados. O elemento de detecção, portanto, é o coração do transdutor ou da célula de carga.

O sistema de medição está formado por um elemento de detecção com quatro sensores de deformação mecânica aplicados a ele. Os sensores de deformação mecânica estão configurados em uma ponte de Wheatstone, onde todos os 4 resistores (nomeados de R1 a R4 na Figura 2) são iguais, e mudam em igual magnitude proporcionalmente quando deformação mecânica é aplicada. Quanto maior a força ou deformação mecânica (sinal de entrada), maior é o sinal de saída. Um equipamento de ponte de Wheatstone requer 4 fios para sua conexão, excitação positiva e negativa, e sinal de saída de sensor positivo e negativo.

Para um sensor de pressão típico, a deflexão de um diafragma produz um sinal de saída de sensor de deformação mecânica. Dependendo da tecnologia de sensor de deformação mecânica, o sinal de saída pode variar de 1 a 3 mV/V (milivolts por volt) até 10 a 30 mV/V. Para calcular seu sinal de saída de escala completa, você teria que multiplicar o sinal de saída do sensor pela voltagem usada para alimentar o equipamento. Por exemplo, para um sensor de 3 mV/V, se usássemos 10 volts DC como nossa voltagem de excitação, esperaríamos ter 3 mV/V x 10 V = 30 mV na escala completa.

Um bom exemplo dessa teoria do sensor é o PX4600. A pressão do processo que o cliente está tentando medir será trazida até o elemento de diafragma através de uma porta de acesso. A pressão causará a deflexão de um diafragma, pressionando o esquema da ponte de Wheatstone do outro lado do diafragma e criando um sinal de saída de mV/V. Esse sinal de milivolts é então lido por um equipamento capaz de funcionar com um sinal de milivolts ou vai para um amplificador ou condicionador de sinal para posterior processamento de sinal.

O PX409-USBH tem um conector USB na extremidade de seu cabo para entrada direta em um computador laptop. A eletrônica incorporada processa o sinal, proporcionando um protocolo de comunicação conveniente e fácil de usar. Para só precisar plugar e usar, utilize nosso software gratuito que está disponível em nosso site. Uma unidade pode ser conectada a um laptop que irá mostrar e coletar dados enquanto proporciona energia para o próprio sensor.

Não amplificado
A maioria das células de carga tem um sinal de saída não amplificado. Sinais de saída não amplificados são comuns em equipamentos que são pequenos demais para serem equipados com eletrônica de condicionamento de sinal, ou onde o ambiente é extremo demais para que a eletrônica sobreviva. Esse é o caso dos produtos PX1004, PX1005 e PX1009, que são não amplificados devido às temperaturas operacionais muito altas e muito baixas nas quais eles estão preparados para funcionar. Sensores não amplificados têm uma capacidade de distância de transmissão bastante pequena, geralmente não maior que de 6,1 a 9,1 m (20 a 30'). Isso ocorre porque a força do sinal é bem pequena. Isso também os torna suscetíveis a ruído eletromagnético vindo do ambiente ao redor.

Amplificado
Sensores amplificados usam eletrônica interna de condicionamento de sinal para criar um sinal mais forte. Isso os torna menos suscetíveis a ruído ambiente e capazes de estar a distâncias maiores de suas unidades receptoras. Sensores com amplificadores internos têm um intervalo de temperatura operacional menor devido a restrições de temperatura da eletrônica de condicionamento de sinal que está dentro do sensor.

Sensores de sinal de saída de corrente podem enviar seu sinal amplificado até a 304,8 m (1000') de distância, e mesmo assim proporcionam alta precisão. Em geral, sensores de sinal de saída de voltagem podem manter precisão até 30,5 m (100').

Digital
O terceiro tipo de sensor, em termos de categorização por sinal de saída, é o sensor de sinal de saída digital. Esse tipo de sinal de saída tem o potencial de proporcionar o menor ruído e as distâncias de transmissão mais longas disponíveis. Existem vários estilos de comunicação disponíveis, como os equipamentos DPG409 e PX409-USBH ou RS485.

Banda de Erro Total
Esse é o desvio máximo de banda para qualquer sinal de saída quando se consideram todas as fontes de erro definidas, como vibração, temperatura ou umidade. Expressa-se como uma porcentagem do sinal de saída avaliado.

Precisão Estática
Sendo o efeito combinado de linearidade, histerese e repetibilidade, a Precisão Estática é expressa como ±% de variação, e se estabelece em referência à BSL (Best Straight Line, ou "melhor ajuste em linha reta"). A banda de erro estático é uma boa medida da precisão que pode ser esperada de um sensor de pressão ou célula de carga a uma temperatura constante.

BSL (Best Straight Line, ou "melhor ajuste em linha reta")
A BSL é o desvio de erro máximo em relação a uma linha base terminal, divida no meio. Para se determinar essa linha, os sinais de saída de zero até a escala completa são usados para criar a linha. Outros pontos de dados são medidos baseados na distância dessa linha. A BSL é a linha que tem a mesma inclinação que a linha base terminal, mas está deslocada de forma que os erros estão igualmente divididos entre cada um dos lados da BSL. A BSL é usada para se descrever desempenho quanto a linearidade.

Não Linearidade
É o máximo desvio da curva de calibração em relação a uma linha reta marcada entre o sinal de saída sem carga e o sinal de saída avaliado. Expressa-se como uma porcentagem do sinal de saída avaliado e é medida somente em relação a carga de pressão crescente.

Histerese
Histerese é a diferença máxima entre leituras de sinal de saída para a mesma pressão aplicada, alcançada a partir de direções opostas. É determinada comparando-se os sinais de saída para um valor de pressão, primeiramente obtido por aproximação a partir de pressão mais baixa e depois por aproximação de pressão mais alta. Quanto mais próximas as duas leituras forem, mais baixa será a histerese. Esse erro é difícil de corrigir.

Repetibilidade
A diferença máxima entre leituras de sinais de saída para cargas de pressão repetidas, sob carga e condições de ambiente idênticas, chama-se repetibilidade. Quanto mais próximas essas leituras forem, melhor será a repetibilidade. Esse erro não pode ser corrigido.