Transdutores de Pressão de Alta Temperatura e Elementos de Refrigeração

A medição de pressão é muitas vezes uma tarefa desafiadora devido a ambientes agressivos, frequentemente encontrados em fabricação industrial. As altas temperaturas são um problema específico para componentes eletrônicos, que geralmente possuem uma baixa tolerância ao calor. Os transdutores de alta temperatura são a solução mais comum para medir a pressão em ambientes quentes e, embora reduzam calor com um elemento de refrigeração, essa pode ser uma escolha melhor para algumas aplicações. Por exemplo, os sensores normais são geralmente adequados para funcionamento a temperaturas inferiores a 80°C (176°F). A medição de pressão, portanto, tende a ser uma questão de escolher entre um transdutor de alta temperatura e um elemento de refrigeração, cada um com as
desvantagens e vantagens específicas.

Os transdutores, em geral, convertem a energia de uma forma para outra, embora a energia seja normalmente um sinal. São usados rotineiramente em sistemas automatizados, que muitas vezes são controlados por medições de grandezas físicas como força, movimento, temperatura e pressão. Um sensor é um tipo específico de transdutor que detecta uma propriedade física do seu ambiente e relatórios que mudam, geralmente sob a forma de um sinal elétrico. Por exemplo, um sensor de pressão detecta a pressão e a informa para um medidor que exibe a pressão.

Um transdutor de pressão de alta temperatura não contém componentes eletrônicos, fornecendo uma maior tolerância para o calor do que de transdutores de pressão convencionais. Estes dispositivos são normalmente classificados para temperatura até 343°C (649,4°F), dependendo do modelo específico. Um transdutor de pressão deste tipo pode fornecer medições altamente estáveis em altas temperaturas. Por exemplo, alguns modelos podem medir pressão com uma precisão de 0,25% e uma variação térmica de 0,1% a 38°C (100°F).

A faixa de pressão de um transdutor de pressão de alta temperatura pode variar consideravelmente, de 15 libras por polegada quadrada (psi) a mais de 10.000 psi. Um documento de calibração do Instituto Nacional de Normas e Tecnologia (NIST) pode estar disponível para estes transdutores de pressão. Os fabricantes também podem calibrar seus transdutores em várias fases em seu ciclo de vida.

Este nível elevado de desempenho é possível pelo uso de tecnologia de película fina, que utiliza por meio de depósitos de pulverização para formar uma ligação molecular entre o medidor e o substrato. Esta técnica de fabricação praticamente elimina mudanças para calibração do transdutor, incluindo arrastamento, variação e mudança. Os transdutores de pressão de alta temperatura também devem ter uma cavidade de pressão feita de aço inoxidável e uma caixa com duplo isolamento para garantir a integridade da unidade em um ambiente severo de funcionamento. Uma construção bem soldada aumentará mais ainda a tolerância de um transdutor de pressão por estresse físico.

Os transdutores de pressão de alta temperatura fornecem um milivolt de saída, ou seja, que exigem um amplificador externo para convertê-lo em um sinal de 4 a 20 mA ou 0 a 10V. A necessidade de um amplificador externo também aumenta o preço do sistema.

Uma nova técnica para a transmissão de temperatura de um transdutor para um dispositivo de exibição envolve a montagem de um amplificador tipo trilho DIN. Essa abordagem permite que o amplificador aceite muitas entradas e processos para os sinais de temperatura comum. A saída pode utilizar apenas dois cabos, apesar de uma perspectiva de 3 cabos isolar a tensão. Um amplificador que usa uma saída de relé duplo também deve isolar os relés. O sinal de saída para este tipo de amplificador é tipicamente entre 4 e 20 mA. A faixa de temperatura em um transmissor de temperatura de trilho montado também deve ser linear com relação à temperatura.

Um transmissor de temperatura deve permitir fácil configuração através de uma porta USB. Esse recurso permite ao usuário conectar o transmissor a um PC com um cabo USB padrão e carregar dados de configuração do transmissor. O usuário pode usar software para fazer as alterações desejadas e baixar a nova configuração de volta para o transmissor. O transmissor não requer energia adicional durante este processo, já que está recebendo a energia necessária através da interface USB.

Este tipo de transmissor deve também aceitar entradas isoladas de um botão, com ajustes de compensação na mesma faixa como o sinal de saída. Um indicador de LED indica a fase de compensação, durante este processo. A função de compensação deve ser bloqueada se não requer ajuste durante a configuração. O LED indica quando o sinal de entrada estiver fora do intervalo durante as operações normais.

Os elementos de refrigeração geralmente usam o princípio da transferência de calor por convecção, que é o mecanismo pelo qual o calor é transferido devido ao movimento de fluidos. Em contraste, a transferência de calor condutiva é a transferência de energia devido a vibrações moleculares. Além de elementos de refrigeração, a convecção é também utilizada em muitas outras práticas de engenharia.

Um elemento de refrigeração pode ser capaz de reduzir a temperatura do meio, que normalmente é uma solução muito mais barata do que um transdutor de alta temperatura. Esta abordagem permite que a pressão permaneça inalterada, assumindo que a densidade do meio não é significativamente afetada por mudanças de temperatura dentro da faixa de funcionamento normal. Os elementos de refrigeração funcionarão normalmente no ar e na água, mas são inadequados para meios de óleo como fluido hidráulico. Um transdutor de alta temperatura deve ser utilizado nestas aplicações, já que a viscosidade desse meio é altamente dependente da temperatura.

Um elemento de refrigeração deve ser construído em aço inoxidável para fornecer a máxima resistência à corrosão da maioria dos meios de comunicação de processo. O teor de níquel deste aço é tipicamente 1,25%, com um teor de cromo na faixa de 0,65% e 0,8%. O elemento de refrigeração deve tolerar uma pressão máxima de 5.000 psi a 38°C (100,4° F) e 3.500 psi a 400°C (752°F). Ele também deve reduzir a temperatura de um processo líquido de 260 a 38°C (500 a 100,4°F) no elemento de detecção.