Instrumentação cap 7, Notas de estudo de Tecnologia Industrial
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Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 100

Índice

7 – SENSOR DE PRESSÃO .................................................................................... 101

7.1 - CÉLULAS DE CARGA ......................................................................................... 101 7.1.1 - Tipos e fabricação...........................................................................................................102 7.1.2 - Principais tipos de células de carga ................................................................................103 7.1.3 Especificações / Características.........................................................................................104 7.1.4 - Fatores que interferem na medição de pressão / deformação ...........................................105 7.1.5 - Aplicações típicas e generalidades ..................................................................................105

7.2 - TRANSDUTOR de PRESSÃO PIEZOELÉTRICO ............................................ 109 7.2.1 - Princípio de funcionamento: ...........................................................................................109 7.2.2 - Características gerais: .....................................................................................................110 7.2.3 - Especificações ...............................................................................................................111 7.2.4- Comportamento...............................................................................................................111 7.2.5- Condicionador de Sinais ..................................................................................................112 7.2.6- Calibração .......................................................................................................................112

7.3 - TUBOS DE BOURDON........................................................................................ 113

7.4 - SENSORES DE PRESSÃO ÓPTICOS ................................................................. 114

7.5 - SENSOR DE PRESSÃO INTEGRADO............................................................... 115

7.6 – SENSOR DE PRESSÃO CAPACITIVO .............................................................. 119

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 101

Capítulo 07

7 – SENSOR DE PRESSÃO

7.1 - CÉLULAS DE CARGA

Células de carga são estruturas mecânicas, planejadas à receber esforços e deformar-se dentro do regime elástico a que foram planejadas. Esta deformação, embora pequena, é suficiente para geral um sinal de saída linear e compatível a carga aplicada.

O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência ôhmica do extensímetro (strain-gage), quando submetido a uma deformação, ou seja, a célula de carga sensoriza a deformação da peça a ser medida pela sua própria deformação e transduz em variação de resistência ôhmica. Essa variação decorre do estreitamento da seção transversal do extensímetro.

Figura 7.1 Detalhes de construção

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 102

7.1.1 - Tipos e fabricação

O extensímetro elétrico de resistência é um elemento sensível que transforma pequenas variações de dimensões em variações equivalentes de sua resistência elétrica. Sua utilização constitui um meio de se medir e registrar o fenômeno da deformação como sendo uma grandeza elétrica.

O extensímetro elétrico é utilizado para medir deformações em diferentes estruturas tais como: pontes, máquinas, locomotivas, navios e associado a instrumentos especiais (transdutores) possibilita a medição de pressão, tensão, força, aceleração e outros instrumentos de medidas que são usados em campos que vão desde a análise experimental de tensão até a investigação e práticas médicas e cirúrgicas.

As características do extensímetro elétrico de resistência podem ser resumidas no seguinte:

• Alta precisão de medida; • Baixo custo; • Excelente resposta dinâmica; • Excelente linearidade; • Fácil de instalar; • Pode ser utilizado imerso em água ou em atmosfera de gás corrosivo,

desde que se faça o tratamento adequado; • Possibilidade de se efetuar medidas à distância.

Devido a todas estas vantagens atualmente o extensímetro elétrico de resistência é indispensável a qualquer equipe que se dedique ao estudo experimental de medições.

Os extensímetros fabricados pelo processo de impressão consistem em uma camada muito fina de folha de metal (3 a 8 microns de espessura), parte da qual é removida por corrosão química tal que somente o padrão do desenho em formato de grade é obtido. Esta grade metálica é fixada a um material isolante também muito fino que serve de suporte para o extensímetro.

Os metais utilizados para fabricação de strain-gages são ligas de resistividade elevada como Constantan (45% Ni, 55% Cu) ou Nicromo (80% Ni, 20% Cr), para se obter resistências padronizadas de 60, 120, 240, 350, 500 e 1kΩ.

Existem dois padrões de strain-gages para esta tecnologia:

Normal (fig.1a): mais longo no sentido do eixo para reduzir os efeitos da deformação transversal;

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 103

Alargado (fig.1.b): usado quando as deformações transversais são desprezíveis, permite maiores tensões de excitação, devido sua largura maior.

a) b)

Figura 7.2- Exemplos de modelos de extensímetro

Devido à versatilidade da técnica da impressão fotográfica, podem ser produzidos strain-gages de muitas outras formas, para diversas aplicações.

7.1.2 - Principais tipos de células de carga

De acordo com o tipo de deformação que se pretende medir, as células de carga dividem-se em:

Flexão (bending): medem as deformações de tração ou compressão decorrentes do carregamento de viga em balanço. Normalmente utilizadas em medições de 0,5 a 200 kg.

Cisalhamento1 (shear beam): medem

as deformações geradas por tensões de cisalhamento atuantes. Normalmente utilizadas de 200 kg a 50 toneladas.

Compressão (canister): medem as

tensões de compressão geradas pela

Figura 7.3 – Tipos de instalação

F

traçã o

compress ão

F

F

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 104

carga. Este tipo de célula se utiliza normalmente para forças acima de 50 t de intensidade.

7.1.3 Especificações / Características

Os principais critérios que devem ser utilizados na medida de uma célula de carga são: • Capacidade nominal

A força máxima que leva, deverá medir (os fatores de segurança − 50% de sobrecarga contra danos de funcionameto e 300% para a ruptura − são intrísecos à própria célula).

Sensibilidade Quando a célula de carga está carregada, este valor é dado em milivolt

por volt aplicado e, normalmente, entre 2 e 3 mV/V. Isto significa que uma célula de carga de 30 kg de capacidade nominal e 2mV/V de sensibilidade, com uma tensão de excitação na entrada de 10V, quando sujeita a uma força de 30 kg apresentará na saída uma variação de tensão de 20 mV.

Precisão O erro máximo admissível relacionado em divisões da capacidade

nominal. As células de carga nesta caso podem ser divididas em:

baixa precisão: até 1.000 divisões (ou 0,1% da capacidade nominal); média precisão: de 3.000 a 5.000 divisões (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal); alta precisão: 10.000 divisões (ou 0,01% da capacidade nominal).

Formato De acordo com a aplicação, determinados formatos são requeridos,

considerando-se se a carga é apoiada (células tipo viga) ou se a carga é sustentada (célula tipo Z), ou ainda se a carga introduz momentos tensores na célula (célula tipo single-point). Em suma, forma geométrica, de conduzir a uma “linearidade” das medidas, seguindo as formas da peça.

Ambiente de trabalho Ambientes úmidos ou quimicamente agressivos requerem células de

carga herméticas, com grau de proteção IP67, que se consegue normalmente nas do tipo shear-beam. Deve ser evitado o uso de células de carga em ambiente sujeito à vibração intensa, apesar do projeto das mesmas incluir uma verificação de freqüência natural, no sentido de se evitar o fenômeno de ressonância. O uso de células de carga em ambientes explosivos deve ser acompanhado por barreiras de segurança intrínseca, que inserem resistências em série nos circuitos, o que poderia baixar as tensões de excitação. É recomendável o uso de indicadores que compensem esta diminuição através de ligações a 7 fios (tipo Kelvin).

Dispositivos de montagem

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 105

Devem ser escolhidos visando não transmitir à célula de carga nenhum outro esforço que não seja o da força a medir e, portanto, visando assegurar para a carga todos os graus de liberdade de deslocamento possíveis, à exceção do relativo à direção da força de medir.

Tempo de pesagem Muitas vezes, dispõe-se de um tempo limitado para se efetuar a

pesagem. Neste caso deve-se considerar 1 segundo como um tempo mínimo para estabilizar o valor medido.

7.1.4 - Fatores que interferem na medição de pressão / deformação

Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há necessidade de se “compensar” os efeitos de temperatura através de introdução no circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma inversa a dos extensímetros. Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem e que deve ser controlado com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga é o da “histerese” decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam com as descargas respectivas.

Outro efeito que também deve ser controlado, é a “repetibilidade”, ou seja, indicação da mesma deformação decorrente da aplicação da mesma carga sucessivamente, também deve ser verificada e controlada através do uso de materiais isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a célula de carga.

Finalmente, deve-se considerar o fenômeno da “fluência” ou creep, que consiste na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e apresente-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja incrementos na mesma.

7.1.5 - Aplicações típicas e generalidades

A mais popular aplicação das células de carga é nas balanças comerciais eletrônicas. Elas utilizam uma célula única, especialmente desenvolvida para suportar, sem prejuízo de medição, um esforço de torção, decorrente da carga eventualmente colocada na extremidade do prato.

Outra aplicação freqüente é na pesagem de tanques e silos, que permite um controle muito preciso do material recebido, em estoque e descarregado pelo reservatório. Neste caso especial, cuidado deve ser tomado com as escadas, tubulações e eletrodutos: as primeiras não devem interconectar o reservatório ao solo e as duas últimas disporem de conexões flexíveis e, se possível diante do deslocamento vertical do reservatório. Sempre que possível, deve-se utilizar três células de carga para uma distribuição mais uniforme da carga (o quarto apoio é geometricamente redundante) e, preferencialmente,

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elas devem estar situadas acima do centro de gravidade, de forma a tornar o sistema autocentrante. Finalmente, em muitos casos que exista ação de ventos ou estruturas muito esbeltas ou existência de agitadores, deve-se prever tirantes de segurança limitantes ao deslocamento.

Equipamentos de dosagem é outra aplicação importante para células de carga, em que um determinada fórmula de mistura é estabelecida através de set-points na instrumentação, que comandará abertura e fechamento de válvulas, cada vez que é retirada determinada quantidade de material de cada reservatório. Neste caso, o princípio da dosagem pode ser “contínuo” (com as células de carga instaladas em cada reservatório, subtraindo o valor descarregado do mesmo), ou por “batelada” (em que as células de carga ficam instaladas em um reservatório auxiliar, no qual os tanques, em de cada vez, descarregam o material adicionando valores de acordo com uma fórmula pré- definida). Na escolha do método de dosagem contínuo ou de batelada, deve-se levar em consideração a precisão necessária do sistema, que é definida como o erro admissível do componente de menor peso na fórmula. Obviamente que o processo por batelada conduz a uma maior precisão absoluta, dado que a capacidade nominal das células de carga que o suportam é menor do que as instaladas nos reservatórios. Por outro lado, o uso do sistema contínuo permite acessoriamente o controle do nível dos reservatórios que o compõe.

A aplicação de células de carga em balanças rodoviárias, principalmente quando associadas a sistemas computadorizados, permite controle do fluxo de mercadorias a granel nos estabelecimentos industriais com a memorização do peso vazio dos veículos e a possibilidade de obtenção de até dez mil divisões da capacidade nominal da balança. Diversas soluções de dispositivos de montagem para células de carga de balanças de veículos já foram desenvolvidas, sendo a mais popular a que utilizam um par de elos, que permite cinco graus de liberdade de deslocamento para a plataforma, deixando a célula de carga inteiramente livre para receber unicamente a força vertical da carga aplicada.

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 107

Figura 7.4 Células de carga em paralelo

Transdutores a extensímetro têm uma resposta em freqüência muito boa, podem ser usados em medições estáticas ou dinâmicas e podem ser excitados tanto com corrente CC como CA. São também adaptáveis à conversão analógica-digital, de forma que as unidades de pressão possam ser lidas em um mostrador de LEDs e em unidades de leitura numéricas ou alfabéticas.

Utiliza-se comumente em células de carga quatro extensímetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone (inclusive para evitar efeitos de temperatura) e o desbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensímetros, é proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento que se obtém o valor da força aplicada.

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Ponte de Wheatstone

Células de carga em ponte: 1 e 3 - tração 2 e 4 - compressão

Tensões: na junção 1-4 a 2-3: tensão de saída na junção 1-2 a 3-4: tensão de excitação

Figura 7.5 – Esquema interno de um Estensímetro

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 109

cortesia GEFRAN BRASIL

7.2 - TRANSDUTOR de PRESSÃO PIEZOELÉTRICO

7.2.1 - Princípio de funcionamento:

Estes transdutores baseiam-se na propriedade do cristal de quartzo, que se deforma elasticamente, produzir um potencial elétrico em seus terminais através de certo plano cristalográfico.

Com este dispositivo pode-se operar num campo de freqüência(range) de solicitação de 100 kHz com linearidade melhor que 1%; porém a tensão medida é muito pequena (ex.: 1 mV por kg/cm2 ),é por isso que o elemento piezoelétrico é sempre conectado a um amplificador eletrônico. O campo de pressão de trabalho é compreendido entre 0,1 e 5000 kg/cm3 .

Figura 7.6

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 110

7.2.2 - Características gerais:

Estes transdutores baseiam-se na propriedade do cristal de quartzo, que se deforma elasticamente, produzindo um potencial elétrico em seus terminais através de certo plano cristalográfico.

Os transdutores de pressão piezoelétrico são duros, de estruturas elétricas que transformam a deflexão causada pela força em sinais elétricos que são mais convenientes para aparelhos registradores ou para o processamento. A ação da pressão num diagrama de fluxo cria a força. O elemento sensitivo piezoelétrico gera sinais de carga, que são convertidos em tensões e amplificados pelo condicionador de sinais.

Os sensores de pressão piezoelétrico responde a pressão pulsante e transitórias. Eles medem pressão relativa a um nível inicial, média ou conhecido em algum ponto do processo. Eles não podem medir pressões estáticas por mais de alguns segundos, exceto sobre controle cuidadoso, temperaturas constantes e condições de laboratório.

Figura 7.7 – Aspectos construtivos

Alguns modelos de campo de freqüência mais alta utilizando cristal de quartzo ou turmalina pode ser calibrado estaticamente pelos métodos convencionais rápidos. Operando sobre um campo de freqüência dinâmico mais extenso do que 10000 para 1, o transdutor de pressão piezoelétrico abrange o equivalente de vários campos de freqüência ordinários. Por causa dos componentes que automaticamente eliminam sinais estáticos, os sensores piezoelétrico medem minúsculas variações na pressão em qualquer nível. Modelos sofisticados utilizam vários de modificação do comportamento, isolando, equilibrando e filtrando para reduzir a sensibilidade a entradas ambientais. Utilizando uma variedade de ambos cristais, naturais e feitos pelo homem, os transdutores de pressão piezoelétrico são utilizados em muitas formas e

tamanhos. Muitos adaptadores padrões e especiais de montagem facilitam a instalação e isolam o elemento sensitivo do ambiente intenso.

. Figura 7.8 - Transmissor de pressão

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7.2.3 - Especificações

Abaixo estão as especificações do modelo BP, que se vê na figura seguinte:

Figura 7.9 - Transmissor de pressão modelo BP

Classe de precisão(%F.S.): 0,5 Campo de medição (BAR): de 0/1 até 0/35 Máxima pressão (durante 20s): 3 vezes F.S. Tensão de alimentação (Vd.c.): 12 a 30 Sinal de saída a pressão nominal: 20mA Sinal de saída a pressão ambiente: 4mA Campo de compensação: 0...+70ºC Faixa máxima de temperatura de utilização: -30...+85ºC Grau de proteção: IP65

A maioria dos sensores de pressão piezoelétrico utilizam elementos sensitivo de quartzo cristalino, por causa da sensibilidade dos mesmos a baixas temperaturas e respostas estáticas em curto tempo. Alguns possuem uma camisa de parede fina contém e oprime os elementos de cristal de quartzo. Versátil, os elementos de cerâmica feitos pelo homem, rapidamente se adaptam a formas especiais e reduz significativamente os custos em aplicações tais como microfones.

Para aplicações de ondas de choque e detonação, os quais provocam ressonâncias estruturais, sensores de turmalina não acumulada anteriormente que sofre desvio próximo a zero devido à mudanças no padrão de pressão residual.

7.2.4- Comportamento

Sensores de pressão piezoelétrico geralmente supera em estabilidade,linearidade e amplos campos de freqüência de operação. A resposta de alta freqüência do sensor de pressão piezoelétrico é determinado pelo comportamento ressonântico da estrutura mecânica do sensor ou pelos filtros eletrônicos, localizados interna ou externamente. A resposta de alta freqüência de modelos básicos é bastante plana, incluso nos 20% da primeira ressonância estrutural. Em alguns modelos, os filtros eletrônicos estende este plano campo de freqüência de operação, mas introduz uma defasagem.

Descargas eletrônicas e circuitos de acoplamento, operando em série, controlam o comportamento da baixa freqüência dos sistemas piezoelétricos. Estes circuitos atenuam o comportamento de sinais de freqüência muito baixa, cujos cilindros desligados a baixa freqüência responde e causa sinais transitórios para declinar exponencialmente.

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 112

7.2.5- Condicionador de Sinais

Principalmente pela razão prática, método de tensão, quartzo, ICP(Ingrated-circuit-piezoeletrico -> circuito integrado piezoéletrico), sensores de pressão ou amplificadores e isolação microeletrônica embutidos são bastantes populares hoje. Sistemas amplificadores para carga são extensivelmente usado em sistemas de alta temperatura e em aplicações balísticas de alta pressão, onde no passado, a calibração estática era o único método viável.

7.2.6- Calibração

Para medir com a mais alta precisão, o transdutor de pressão piezoéletrico seria calibrado acima do campo de freqüência especificado. Modelos de modo de carga em quartzo e trumalina são calibrados pelos rápidos recursos estáticos convencionais.

Tipos de cerâmica e ICP requerem uma calibração dinâmica pelo pulso. Métodos de comparação geralmente utilizam quartzo de precisão calibrado estaticamente e sensores de turmalina como padrões de referência.

Geradores de pulso aplicam uma mudança de passo conhecido na pressão, com aproximadamente 1 ms de tempo de elevação. Os sensores de referência de trumalina agora oferece uma alternativa para calibração de altas pressões.

7.2.7 - Aplicações

As aplicações são muitas. Os sensores de pressão piezoéletrico ajudam a testar o comportamento e monitorar a sanidade de unidades acústicas, hidráulicas, pneumáticas, estruturas de fluidos e processos associados. Eles são envolvidos nos testes, modificação e controle do comportamento de máquinas, instrumentos, carros, aviões, navios, motores de foguetes, locomotivas, caldeiras, geradores, esterilizadores, prensas, injetoras de plástico, sistema de controle, aplicações sanitárias, fornos para tratamento térmico, sistemas de refrigeração, indústria alimentícia, válvulas, silenciadores, munições, armas de fogo, bombas(granada), explosivos, injetoras de aquecimento, acionadores, máquinas pneumáticas, compressores, medidores de fluxo e impressora jato de tinta.

Nestes casos, os transdutores piezoéletricos medem fenômenos dinâmicos, tais como pulsos, pulsações, oscilações, variações, mudanças, ondas, colisões e explosões.

Os transmissores são utilizados em bombas, caldeiras, geradores, motores diesel, esterilizadores, prensas, injetoras de plástico, unidades hidráulicas, aplicações sanitárias, fornos para tratamento térmico, sistemas de refrigeração e indústria alimentícia.

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7.3 - TUBOS DE BOURDON

O Tubo de Bourdon consiste em traduzir a pressão do fluído em um deslocamento a fim de fornecer um sinal elétrico proporcional a pressão. O tubo de Bourdon consta de um tubo metálico de seção transversal elíptica, ou quase elíptica, tendo uma de suas extremidades em contato com a fonte de pressão.

Pela aplicação de pressão na parte interna, o tubo de Bourdon tende a tomar a forma de um tubo de seção circular, e então há uma distensão no sentido longitudinal. Um outro dispositivo sente a deformação e a transforma em um sinal elétrico.

Os dispositivos mais comuns utilizados, como o sensor de deformação de elemento de sensor primário, são os sensores resistivos (potenciômetros) de deslocamentos, o sensor condutivo tipo transformador diferencial (LVDT). O sensor primário pode ser tanto o tubo de Bourdon como o diafragma ou fole. O Tubo de Bourdon é o mais empregado de todos.

O Tubo de Bourdon pode ser utilizado para transformar pressão medida num movimento indicador. Para tanto, se faz necessário que a outra extremidade esteja fechada e ligada a uma haste que comunicará seu movimento a uma alavanca dentada e essa por sua vez, irá mover-se em torno de um ponto fixo, indicando no mostrador o valor da pressão.

O Tubo de Bourdon é o mais empregado de todos e consiste, como se vê, na transformação de pressão medida num movimento indicador.

Os Tubos de Bourdon industriais podem Ter diversos tamanhos, conforme sejam constituídos de uma simples forma da letra C, uma espiral ou ainda de uma helicóide, dependo da pressão a ser medida. O tipo C é para uso geral até 1000 kg/cm2 de maneira geral.

As vantagens do tipo espiral e do tipo helicoidal são: obter movimento de maior amplitude, mais força, resposta mais rápida, isenção da faixa morta e, portanto, maior precisão.

Para a regulação, pode-se aproveitar a força desenvolvida pelo movimento do tubo de Bourdon para acionar um dispositivo de transmissão pneumática, sendo que as diversas formas do tubo de Bourdon influem apenas na sensibilidade do instrumento.

Um fator bastante importante nesses aparelhos é a elasticidade do material de que é feito o tubo. Geralmente empregam-se ligas de cobre e níquel por terem baixos coeficientes de dilatação pelo calor. O aço inoxidável também é utilizado, mas uma variação de temperatura de 50o C pode causar 2% de erro.

Devido à elasticidade do material não ser ilimitada, esses aparelhos devem ser usados sempre dentro dos limites de pressão para os quais foram construídos, mas também não se deve utilizá-los dentro de faixas muito menores do que as de suas limitações, pois isto acarretaria perda de sensibilidade do tubo.

Um tubo de Bourdon, por exemplo, construído para ser usado numa faixa de 0 a 20 atmosferas, deve ser usado sempre dentro dessa limitação, jamais além dela, nem, ainda, numa faixa muito menor, como, por exemplo, de 0 a 2 atmosferas.

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 114

Tenha-se em mente sempre que ultrapassar o limite máximo superior significa arriscar-se a estragar o tubo de Bourdon, e permanecer muito além desse mesmo limite significa perder em sensibilidade.

A figura 7.9 mostra um transdutor de pressão com tubo de Bourdon em forma de “C” e um LVDT como sensor secundário.

7.4 - SENSORES DE PRESSÃO ÓPTICOS

É um circuito transmissor, que opera por principio óptico, é montado num manômetro de processo com elemento elástico estável e movimento de fácil calibração. Segundo este principio, a aplicação da pressão no tubo Bourdon desloca uma palheta, que por sua vez interrompe proporcionalmente a incidência de um feixe de luz infravermelha emitido por um “LED”, sobre o primeiro de um “par casado” de fotodiodos. O segundo fotodiodo de um “par casado” recebe sempre uma mesma quantidade de luz deste feixe, gerando um sinal utilizado para compensar os efeitos produzidos pelo envelhecimento de componentes e variações de temperatura.

Esse instrumento é acondicionado em caixa herméticamente selada de frente sólida com 4 ½” de diâmetro, acoplando internamente a um sistema de tubo Bourdon, um módulo eletrônico que converte o sinal da pressão em saída analógica de corrente.

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 115

Figura 7.10 - Sensor de nível óptico a tubo de Bourdon

Figura 7.11 - Sensor de nível óptico a diafragma

7.5 - SENSOR DE PRESSÃO INTEGRADO

Atualmente, a metade da produção mundial de sensores de pressão são fabricados com a tecnologia de “microtrabalho” do silício ou “micromachining”. O funcionamento de todos os sensores é na grande maioria das vezes baseado em dois princípio de tradução clássicos, isto é: O piezoresistivo e o capacitivo.

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 116

O primeiro desfruta das caracteristicas particulares dos resistores (piezoresistores), formado sobre uma lamina sutil de silicio (dafragma). Estes resistores sofrem a ação de deformação mecânica mudando o valor das suas resistencias.

Figura 7.12 Estrutura de sensor de pressão. Os quatros piezoresistores se localizam no centro das membranas

O diafragma é obtido cavando com reagente quimico um pequeno bloco de silício (tipo n), formando desta forma uma cavidade onde o diafragma será o fundo. Os piezoresistores são do tipo “p” e são formados na parte interna da membrana atraves do processo de difusão ou outro semelhante.

A maioria dos sensores pressão se baseiam no efeito prezo resistivo e Utiliza quatro resistores ligados em ponte. Sob a ação de uma pressão, os quatros resistores se deformam, mas uma pressão em particular cujo eixo foi montado na membrana faz com que dois fiquem em pressão e dois em compressão, produzindo deste modo um desbalanceamento da ponte, e consequentemente uma tensão e sadia, diretamente proporcional a pressão que esta sujeito.

O sistema de transdução pressão/tensão realizado por um só resistor é utilizado somente pela MOTOROLA. O piezoresistor vem colocado, neste caso, transversalmente com um angulo de 45º sobre uma das bordas da membrana.

Figura 7.13 Símbolo e aspecto físico real

Instrumentação e Controle Capitulo 07 Sensores de Pressão 117

Figura 7.14 Esquema completo do tradutor da MOTOROLA da série MPX.

Figura 7.15 Seção de um CHIP sensor de pressão MPX da MOTOROLA dentro de seu encapsulamento. Um gel de silicone isola a superfície do CHIP e fios contra agentes

líquidos ou gasoso.

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7.6 – SENSOR DE PRESSÃO CAPACITIVO

O sistema capacitivo é bem menos utilizado. É composto por uma base e um diafragma. Submetendo o sensor a uma certa pressão, o diafragma de contrai e aproxima-se da base, variando a distância entre ambos e consequentemente a capacitância, ou seja, os dois funcionam como as armaduras de um capacitor variável. A partir dessa variação, pode-se medir a pressão submetida quando estabelecido um referencial. A construção com certos materiais (como cerâmica) pode proporcionar características mecânicas desejáveis, como elasticidade, estabilidade térmica e alta resistência, deixando-o mais estável e aumentando a vida útil sensor.

Figura 7.16 Aspecto de um sensor de pressão capacitivo

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