Sensores y Transmisores

Unidad 2. Sensores y transmisores

2.1 Medición de presión
Se denomina presión a la magnitud que relaciona la fuerza aplicada a una superficie y el área de la misma (solo aplicada a fluidos). La presión se mide con manómetros o barómetros, según el caso.
La presión queda determinada por el cociente entre una fuerza y el área sobre la que actúa esa fuerza. Así, si una fuerza F actúa sobre unasuperficie A, la presión P queda estrictamente definida por la siguiente expresión:

Los sensores de presión pueden agruparse en:
• Basados en principios mecánicos, como deformación por fuerza.
• Basados en principios eléctricos, por conversión de una deformación o fuerza a una propiedad eléctrica.

Clases de presión que miden los instrumentos

Manómetro de tubo en forma de “U”
La formamás tradicional de medir presión en forma precisa utiliza un tubo de vidrio en forma de "U", donde se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones bajas el manómetro en U de mercurio sería poco sensible).
El manómetro en forma de "U" conforma un sistema demedición más bien absoluto y no depende, por lo tanto, de calibración. Esta ventaja lo hace un artefacto muy común. Su desventaja principal es la longitud de tubos necesarios para una medición de presiones altas y, desde el punto de vista de la instrumentación de procesos, no es sencillo transformarlo en un sistema de transmisión remota de presión.



Tubo Bourdon
El tubo Bourdon funciona enbase a la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como módulo de Young. Si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según: Carga = D*Y. . . Entonces, ante deformaciones pequeñas de materiales elásticos, se pueden cuantificarlas cargas (fuerzas) solicitantes.
El tubo Bourdon es tal vez el manómetro más común en plantas de procesosque requieran medición de presiones. Consiste de un tubo metálico achatado y curvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo. Al aplicar una presión al interior del tubo, la fuerza generada en la superficie exterior de la "C" es mayor que la fuerza generada en la superficie interior, de modo que se genera una fuerza neta que deforma la "C" hacia una "C" más abierta. Esta deformación es unamedición de la presión aplicada, que puede determinarse por el desplazamiento mecánico del puntero conectado al tubo Bourdon, o mediante un sistema de variación de resistencia o campos eléctricos o magnéticos. Otras formas típicas del tubo son espirales y helicoidales.
Otros basados en fuerza
Fuelle: Es un recipiente cerrado, con lados que pueden expandirse o contraerse como un acordeón. Laposición del fuelle sin presión puede ser determinada por el mismo fuelle o por un resorte. La presión es aplicada sobre la cara del fuelle y su deformación y su posición dependen de la presión.
Diafragma: Es un sensor que está típicamente construido por dos discos flexibles y cuando una presión es aplicada sobre una cara del diafragma, la posición de la cara del disco cambia por deformación. Laposición está relacionada con la presión.
Resistivo: Bandas Extensométricas
Los sensores de presión modernos usan el principio de elasticidad, pero la deformación es convertida en una señal eléctrica mediante bandas extensométricas, conocidas como “strain gauges” o “strain gages”. Este medidor se construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado, adosándole un alambre, una tira semiconductorao pistas conductoras. Al deformarse el soporte de la banda, se "estira" o se "comprime" elsensor, variando así su resistencia. El cambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de la deformación sufrida. En términos de su caracterización, dada la resistencia sin deformación, la aplicación de una fuerza deformante producirá un cambio de resistencia, cuya medición permite calcular la...