I trasmettitori di pressione elettronici vengono utilizzati in una varietà di applicazioni, dall’ingegneria meccanica all’industria manifatturiera, fino all’industria alimentare e farmaceutica. Il rilevamento della grandezza fisica della pressione può avvenire tramite diversi principi di misura. In questo articolo presentiamo i principi più comuni.
Nella misurazione elettronica della pressione si fa solitamente distinzione tra sensori a film sottile, sensori a film spesso e sensori di pressione piezoresistivi. Tutti e tre questi principi di misura hanno in comune il fatto che la grandezza fisica della pressione viene convertita in un segnale elettrico misurabile. Ugualmente fondamentale per tutti e tre questi principi di misura è un ponte di Wheatstone, dispositivo di misura per la rilevazione di resistenze elettriche, costituito da quattro resistori collegati tra loro.
I sensori di pressione piezoresistivi: alta precisione e prezzi convenienti
I trasmettitori di pressione piezoresistivi si basano su estensimetri a semiconduttore. Il materiale utilizzato è il silicio. Su un chip in silicio vengono diffusi quattro resistori collegati a un ponte di Wheatstone. Con la pressione il chip in silicio si deforma e questo fa sì che la conduttività dei resistori diffusi, cambi. Da questa variazione di resistenza è possibile infine rilevare la pressione.
Poiché l’elemento del sensore piezoresistivo è molto sensibile, deve essere schermato dall’influenza del fluido di misura. Il sensore viene pertanto posizionato in un separatore. La pressione viene trasmessa attraverso un liquido che circonda l’elemento del sensore. Solitamente si tratta di un olio di silicone. Tuttavia, nelle applicazioni con necessità di igiene come nell’industria alimentare e farmaceutica si utilizzano anche altri fluidi di trasmissione. Realizzare una cella di misura asciutta da cui non fuoriesca il liquido in caso di guasto non è, infatti, possibile.
I vantaggi:
- sensibilità molto elevata, pressioni misurabili nel campo dei mbar
- elevati campi di misura della pressione possibili, da pochi mbar fino a 2000 bar.
- protezione da sovraccarico molto elevata
- eccellente accuratezza fino allo 0,05% dell’intervallo di misura
- design del sensore molto compatto
- comportamento dell’isteresi molto buono e buona ripetibilità
- economico in comparazione con altri sensori
- pressioni statiche e dinamiche
Gli svantaggi:
- necessita di fluido di trasmissione
- necessita di compensazione della temperatura
Sensori a film sottile: stabilità a lungo termine e prezzi elevati
A differenza dei sensori di pressione piezoresistivi, i sensori a film sottile si basano su un corpo principale metallico. Su questo corpo i quattro resistori collegati a un ponte di Wheatstone vengono applicati secondo un processo chiamato “sputtering”. Anche in questo caso, dunque, la pressione viene rilevata tramite una variazione di resistenza causata dalla deformazione. Oltre agli estensimetri possono essere inseriti anche i resistori di compensazione della temperatura. Non è necessario alcun fluido di trasmissione, come invece lo è con i sensori di pressione piezoresistivi.
I vantaggi:
- dimensioni molto piccole
- pressioni misurabili fino a 8000 bar
- eccellente stabilità a lungo termine
- non necessita di compensazione della temperatura
- elevata accuratezza
- elevata pressione di scoppio
- pressioni statiche e dinamiche
Gli svantaggi:
- sensibilità inferiore rispetto ai sensori di pressione piezoresistivi, pertanto le pressioni basse sono meno facilmente misurabili
- costoso se comparato ad altri sensori
Sensori a film spesso: particolarmente resistenti alla corrosione
Come materiale di base per i sensori a film spesso viene utilizzata la ceramica (ossido di alluminio). Questi sensori di pressione sono monolitici, il che significa che il corpo del sensore è costituito da un unico materiale. Questa caratteristica assicura un’eccellente stabilità a lungo termine. Inoltre, la ceramica è particolarmente resistente alla corrosione di sostante aggressive. Con questo tipo di sensori il ponte di Wheatstone viene stampato sul corpo principale mediante una tecnologia a film spesso e poi viene impresso a temperature elevate.
I vantaggi:
- ottima resistenza alla corrosione
- non necessita di compensazione della temperatura
- elevata stabilità a lungo termine
- non necessita di separatore
Gli svantaggi:
- non adatto alle misure di pressioni dinamiche
- intervallo di pressione con limite superiore massimo a circa 400 bar