Le temperature ambientali hanno una forte influenza sulla funzionalità e sull’accuratezza dei sensori di pressione. Le temperature artiche, in particolare, ad esempio rappresentano una bella sfida.
Nella misurazione della pressione su base piezoresistiva, i semiconduttori diffusi sulla membrana di silicio funzionano da estensimetri. Quando una pressione agisce sulla membrana, gli estensimetri si deformano e si verifica una variazione di resistenza. Questa variazione genera infine la pressione rilevata. I resistori, però, dipendono anche dalla temperatura, per cui la sensibilità del sensore di pressione diminuisce al diminuire della temperatura. Il trasmettitore di pressione, in queste condizioni quindi, non è più preciso come lo è a temperatura ambiente.
A causa di questa caratteristica i produttori di trasmettitori di pressione indicano sempre anche il comportamento del prodotto a determinate condizioni di temperatura. Per ottenere un comportamento il più possibile lineare, i trasmettitori di pressione vengono oggi compensati elettronicamente per un intervallo di temperatura relativamente ampio (compensazione della temperatura). Questo significa che gli errori di temperatura vengono calcolati automaticamente, permettendo ai trasmettitori di pressione di fornire misurazioni precise per un intervallo di temperatura relativamente ampio. Tuttavia, non è possibile eliminare del tutto gli effetti della temperatura. Per questo motivo, nelle schede tecniche dei produttori sono solitamente indicati i dati di accuratezza per diversi campi di temperatura.
Freddo estremo: trasmettitori di pressione senza O-ring
Il freddo non influisce solo sui resistori dei semiconduttori utilizzati. Esistono altri quattro fattori a cui va prestata attenzione quando si cerca uno strumento di misurazione adatto alle applicazioni all’esterno nelle regioni fredde. Tra questi rientra l’utilizzo degli anelli di tenuta. Temperature inferiori a -20 gradi Celsius fanno diventare fragili i materiali di tenuta tra il connettore di pressione e la membrana. La conseguenza , per via delle perdite, è che il sensore diventa inutilizzabile. Per questo motivo, nelle regioni con freddo estremo non bisogna utilizzare i trasmettitori di pressione con O-ring montati. In questi casi la scelta giusta è un trasmettitore di pressione compatto, in cui il connettore di pressione e la cella di misura sono direttamente saldati insieme.
Formazione di ghiaccio: attenzione alla pressione di sovraccarico
Anche il congelamento può influenzare la funzionalità di un sensore. Prendiamo ad esempio i pozzi di gas naturale nelle regioni artiche: all’interno dei tubi che trasportano il gas può trovarsi anche dell’acqua. Quando l’acqua gela, la pressione che agisce sul trasmettitore di pressione potrebbe aumentare ad una misura per cui il sensore non è stato costruito. La conseguenza può essere la lacerazione della membrana. Quando esiste il pericolo che il sensore si congeli, bisogna quindi prestare attenzione ad una pressione di sovraccarico corrispondente.
Nella misura di pressione piezoresistiva la pressione viene applicata indirettamente alla membrana di silicio attraverso un mezzo di trasferimento. Solitamente si tratta di un olio. Con il diminuire delle temperature aumenta la viscosità dell’olio. A seconda dell’olio e della temperatura, l’olio può congelarsi o indurirsi. Anche questo cambiamento influenza in modo negativo il funzionamento del trasmettitore di pressione.
Bisogna inoltre prendere in considerazione anche la resistenza alla condensa: se all’interno del trasmettitore di pressione si trova dell’aria mista a vapore acqueo, a temperature ambientali fredde si forma la condensa, che può danneggiare l’elettronica, rovinando il sensore.
Conclusioni
Gli utenti che utilizzano i sensori di pressione a temperature basse devono assicurarsi che i singoli componenti siano saldati direttamente senza O-ring e che siano resistenti alla condensa. Inoltre, è importante valutare se il trasmettitore di pressione può ghiacciare, entrando ad esempio in contatto con l’acqua. In questo caso è necessario scegliere un trasmettitore con una pressione di sovraccarico corrispondente. Ovviamente, come in ogni applicazione, il trasmettitore di pressione deve essere compensato per l’intervallo di temperatura previsto.