Às vezes não é significativo identificar a pressão total de um líquido (ou) de um gás, mas como alternativa, simplesmente a variação entre dois pontos dentro do sistema que está sendo observado precisa ser identificada. Portanto, nessas condições, é utilizado um sensor de pressão diferencial. Este sensor fornece uma medição comparativa entre dois pontos antes e depois de uma válvula dentro de uma tubulação. Se a válvula estiver completamente aberta, a pressão nos dois lados deverá ser semelhante. Se houver uma variação na pressão, pode ser que a válvula não esteja aberta (ou) haja uma obstrução. Este artigo explica brevemente o sensor de pressão diferencial , seu funcionamento e suas aplicações.
O que é um sensor de pressão diferencial?
Um sensor de pressão diferencial é um tipo de sensor usado para medir a variação da pressão em dois pontos e fornece uma medição relativa entre esses dois pontos. Essa pressão sensores são bem conhecidos por sua confiabilidade e qualidade. A função do sensor de pressão diferencial é fornecer dados relativos à conexão mútua de duas faixas de pressão dentro de gases, líquidos e vapor. Eles são utilizados para decidir a variação de pressão de forma segura e confiável. Este sensor tem inúmeras aplicações em diversos setores, incluindo controle e otimização. Eles também podem ser encontrados em sistemas críticos de segurança, monitoramento de filtros e medição de nível em recipientes fechados.
Esses sensores são projetados principalmente com detecção capacitiva tecnologia. Este sensor possui diafragmas finos, dispostos entre duas placas metálicas paralelas. Sempre que uma força externa é fornecida, o diafragma flexionará um pouco, causando uma alteração na capacitância e, portanto, uma alteração no O/P do sensor.
Sensor de pressão diferencial funcionando
O sensor de pressão diferencial funciona medindo a queda de pressão entre dois pontos dentro de um tubo. Num ponto do tubo, ele informa a condição de carga do filtro de partículas e verifica seu funcionamento, enquanto em outro ponto controla a recirculação dos gases de escape de baixa pressão. Geralmente, esses sensores são fornecidos com duas portas onde os tubos podem ser conectados. Depois disso, os tubos são acoplados simplesmente ao sistema onde a medição será feita.
Circuito Sensor de Pressão Diferencial
O circuito do sensor de pressão diferencial usando dois medidores de tensão é mostrado abaixo. Este circuito usa um par de extensômetros correspondentes. Sempre que a pressão diferencial for aumentada, um extensômetro será comprimido enquanto o outro extensômetro será esticado. No circuito a seguir, um voltímetro registrará o desequilíbrio do circuito da ponte e será exibido como uma medição de pressão:
Usando este circuito, podemos determinar o seguinte:
Reconheça qual porta do circuito é a porta de “alta” pressão.
A porta “B” no circuito é a porta de “alta” pressão.
Se o resistor fixo R1 não abrir, reconheça o que o voltímetro registra.
Se o resistor fixo ‘R1’ não abrir, o voltímetro no circuito aumenta completamente.
Identifique um componente de falha que aumenta completamente o voltímetro.
Um componente de falha que aumenta completamente o voltímetro é o seguinte:
O extensômetro1 falha, ele entrará em curto.
O extensômetro 2 falha e então ele abrirá.
Quando ‘R1’ falhar, ele será aberto.
Quando 'R2' falhar, ele entrará em curto.
Sensor de pressão diferencial MPX7002DP em interface com um Arduino Uno
O sensor de pressão diferencial MPX7002DP faz interface usando um Arduino Uno é mostrado abaixo. Essa interface ajuda no projeto de um dispositivo médico de código aberto. Este dispositivo médico é usado por médicos e também por profissionais médicos para tratar uma variedade de distúrbios respiratórios. Aqui é usada uma placa de interrupção do sensor de pressão diferencial que usa o sensor de pressão diferencial MPX7002DP.
Os componentes necessários para fazer esta interface incluem principalmente; um sensor de pressão diferencial MPX7002DP e uma placa Arduino Uno. As conexões desta interface seguem como;
O GND do sensor de pressão diferencial MPX7002DP está conectado ao pino GND da placa Arduino Uno.
O pino +5V do sensor está conectado ao +5V do Arduino.
O pino analógico do sensor está conectado ao pino A0 do Arduino.
Depois que todas as conexões forem feitas, carregue o código no Placa Arduino que lê o sensor de pressão no Arduino.
//Código de teste MPX7002DP
// Este código exercita o MPX7002DP
//Sensor de pressão conectado a A0
int sensorPin = A0; //selecione o pino de entrada para o Sensor de Pressão
int sensorValor = 0; //variável para armazenar o valor Raw Data vindo do sensor
float valor de saída = 0; //variável para armazenar o valor kPa convertido
configuração vazia() {
//Inicie a porta serial em 9600 bps e espere a porta abrir:
Serial.begin(9600);
enquanto (!Serial) {
; //aguarde a conexão da porta serial. Necessário apenas para porta USB nativa
}
pinMode(sensorPin, INPUT); // Sensor de pressão está no pino analógico 0
}
loop vazio() {
// lê o valor do sensor:
sensorValue = analogRead(sensorPin);
// mapeia os dados brutos para kPa
outputValue = mapa(sensorValue, 0, 1023, -2000, 2000);
// imprime os resultados no monitor serial:
Serial.print(“sensor = ”);
Serial.print(sensorValue);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(valorSaída);
// espera 100 milissegundos antes do próximo loop
// para o conversor analógico-digital e
// sensor de pressão para estabilizar após a última leitura:
atraso(100);
}
A saída do sensor de pressão diferencial está conectada ao pino analógico A0. Portanto, os dados reais serão armazenados como um valor inteiro dentro de uma variável sensorPin.
Os dados analógicos convertidos brutos são armazenados em uma variável inteira conhecida como sensorValue.
Os dados de saída alterados em kPa serão armazenados em uma variável flutuante conhecida como outputData.
As comunicações seriais na função de configuração são inicializadas e a variável sensorPin pode ser declarada como uma entrada.
Os dados do sensor na função de loop são lidos do pino analógico e mapeados para um valor kPa.
Depois disso, os dados são enviados para o terminal serial, para então serem revisados.
Para permitir que o sistema seja resolvido, um atraso de cem milissegundos é introduzido
Depois disso, todo o procedimento se repete para sempre!
Tipos de sensores de pressão diferencial
Os tipos de sensores de pressão diferencial comumente usados são; resistivo, piezoelétrico, capacitivo, MEMS e óptico.
Tipo resistivo
Um sensor de pressão diferencial resistivo usa a mudança na resistência elétrica de um extensômetro para medir variações de pressão. Está ligado ao diafragma que fica descoberto ao meio de pressão. O extensômetro inclui um elemento resistivo de metal em um suporte flexível e é conectado ao diafragma, (ou) depositado diretamente com processos de película fina. O diafragma de metal fornece alta capacidade de sobrepressão e pressão de ruptura.
A medidor de tensão é depositado em um diafragma cerâmico com um procedimento de deposição de filme espesso. Em comparação com dispositivos de diafragma metálico, a pressão de ruptura e a tolerância à sobrepressão são normalmente muito mais baixas. Esses sensores aproveitam a mudança na resistividade dos materiais semicondutores sempre que submetidos a deformação devido à deflexão do diafragma. A magnitude da mudança será cem vezes melhor em comparação com a mudança de resistência gerada dentro de um extensômetro de metal. Assim, estes sensores medem alterações de pressão menores do que os sensores de cerâmica ou metal.
Tipo Piezoelétrico
Este tipo de sensor de pressão diferencial utiliza a propriedade dos materiais piezoelétricos para produzir uma carga sobre a superfície sempre que a pressão é fornecida. Aqui, a força aplicada e a magnitude da carga são proporcionais entre si e a polaridade expressa seu caminho. A carga se acumula e se dissipa rapidamente quando a pressão se altera, permitindo medições de pressão dinâmica que mudam rapidamente.
Tipo óptico
Este tipo de sensor de pressão diferencial usa interferometria para medir mudanças induzidas por pressão dentro da fibra óptica que são ininterruptas por interferência eletromagnética. É usado em ambientes ruidosos (ou) próximos a fontes como equipamentos de radiografia. Estes podem ser formados com pequenos componentes (ou) tecnologia MEMS que é medicamente segura para uso tópico. Mede a pressão em vários pontos ao longo da fibra óptica.
Tecnologia MEMS
O termo MEMS em sensor MEMS significa “Sistema Micro-Eletro-Mecânico”, que possui um mecanismo de detecção de pressão capacitivo ou piezoelétrico que é fabricado em silício com resolução de nível de mícron. A saída elétrica de MEMS de pequena magnitude pode ser convertida em um sinal analógico (ou) digital por meio de componentes eletrônicos de condicionamento de sinal co-embalados. Esses são pequenos dispositivos de montagem em superfície, normalmente com cerca de 2 a 3 mm de cada lado.
Consulte este link para ver as etapas para a fabricação de MEMS .
Como testar o sensor de pressão diferencial?
O sensor de pressão diferencial pode ser testado com um multímetro ajustando-o para 20V e um manômetro. O processo passo a passo de teste é discutido abaixo.
- Primeiro, conecte o multímetro GND ao terminal negativo da bateria e execute uma verificação rápida verificando a tensão da bateria. Deve ser aproximadamente 12,6 V ligando a bateria e desligando o motor.
- Consulte o manual de serviço do fabricante para reconhecer o sinal, GND, referência de 5 V e faça a sonda traseira dos fios.
- Ligue a chave de ignição sem ligar o motor. Portanto o multímetro deve exibir uma tensão na faixa de 4,5 a 5V principalmente para a referência de 5V, um 0V estável para o fio GND. Para o fio de sinal, varia de 0,5 e 4,5 volts.
- Ligue o motor através do fio de sinal sondado.
- Inverta o motor e observe se há alguma alteração na leitura da tensão. Se não houver alteração, verifique as mangueiras de conexão através de um manômetro.
- Retire as mangueiras do sensor de pressão com o motor ainda funcionando.
- Com a ajuda de um manômetro, calcule a pressão de ambas as mangueiras. Para obter precisão adequada, utilize um manômetro de contrapressão de exaustão para medir 0 a 15 PSI.
- Verifique novamente a tensão do sinal e a tensão deve ser um número entre os valores de pressão da mangueira.
Se a sua tensão mudar muito ou os valores da pressão não forem iguais à leitura da tensão, o sensor de pressão diferencial está com defeito e precisará ser trocado.
Sintomas
Os sintomas ruins dos sensores de pressão diferencial incluem contaminação, componentes eletrônicos danificados devido ao forte calor do motor e entupimentos e lesões por vibração devido à experiência prolongada na seção do motor.
- O problema mais comumente causado neste tipo de sensor é o dano ao diafragma. Portanto, isso faz com que o sensor de pressão diferencial fique distorcido (ou) perca a capacidade de flexionar e reagir às mudanças na pressão.
- Mais um problema é o dano à região da porta do sensor devido ao alojamento de contaminação ou detritos dentro do tubo e restringindo o fluxo adequado de líquido no sensor.
- Sempre que o sensor de pressão diferencial termina de sinalizar ao PCM para reiniciar, este sensor fica obstruído por poluentes.
- Alguns dos sinais que especificam o sensor de que ele não está se regenerando corretamente devido à falha do sensor, baixa economia de combustível, baixo desempenho do motor, altas temperaturas do motor, aumento da fumaça preta do escapamento, temperaturas máximas de transmissão, etc.
- Sempre que o sensor falha, os gases de escape não podem ser completamente purgados quando a contrapressão empurra os gases de volta para a câmara de combustão, fazendo com que o sensor se misture com o óleo do motor.
- Os principais sintomas de falha do sensor de pressão diferencial incluem; falha de ignição/detonação, falta de potência do motor, verifique se a luz do motor está acesa, uso extremo de combustível e o motor dará partida ruim.
- Ao solucionar problemas dos sensores do motor, é recomendável procurar primeiro quaisquer sinais de danos visíveis. Verifique todas as conexões, começando pelo conector elétrico do sensor, e procure por danos, como rachaduras ou derretimento. Quaisquer fios danificados precisarão ser substituídos.
- Em seguida, inspecione as mangueiras conectadas ao sensor. Novamente, procure por qualquer dano, como rachaduras ou derretimento.
- Se as mangueiras estiverem danificadas, elas precisarão ser substituídas e provavelmente redirecionadas para que não sejam danificadas da mesma forma novamente. Se as mangueiras parecerem estar em boas condições físicas, verifique se há algum bloqueio ou obstrução. Se estiverem entupidas, as mangueiras precisarão ser limpas ou substituídas.
Usos/Aplicações
As aplicações do sensor de pressão diferencial são discutidas abaixo.
- Os sensores de pressão diferencial são utilizados na área médica para tratamento de trombose venosa profunda.
- Eles também são usados em bombas de infusão, respiradores e equipamentos de detecção de respiração.
- Esses sensores são encontrados em vários locais para detecção de fluxo, detecção de nível ou profundidade e testes de vazamento.
- Sensores de pressão diferencial são freqüentemente encontrados em ambientes industriais, onde uma variação de pressão pode ser utilizada para decidir o fluxo de líquidos ou gases.
- Eles são usados em estações de tratamento de efluentes, processamento submarino de petróleo e gás e sistemas de aquecimento remoto que usam água aquecida (ou) vapor.
- Geralmente, eles são usados para monitoramento e controle de pressão diferencial de água, gases e óleo.
- Eles também são encontrados na medição de nível em recipientes fechados, monitoramento de filtros e sistemas críticos de segurança.
- Esses sensores são usados em inúmeras aplicações em data centers.
- Eles são muito úteis na medição de vazão em tubos Venturi, tubos Pitot, placas de orifício e outras aplicações baseadas em vazão.
- O sensor de pressão diferencial é usado para monitorar o fluxo do processo, medir níveis seguros em tanques de líquidos e gerenciar circuitos de controle.
- Eles são usados em salas limpas, HVAC e automação predial, hospitais, câmaras de isolamento, laboratórios, indústria farmacêutica, etc.
- Os dispositivos extremamente precisos utilizam esses sensores para todos os gases não agressivos e não inflamáveis.
- Eles podem ser usados para monitorar filtros em diferentes aplicações
- Sensores de pressão diferencial podem ser encontrados em sistemas de proteção contra incêndio em suas unidades de sprinklers.
- Estes são muito úteis sempre que a quantidade de líquido dentro de um recipiente fechado também deve ser medida.
Portanto, esta é uma visão geral de um diferencial sensor de pressão, está funcionando e suas aplicações. Este sensor é um componente essencial em diferentes aplicações em vários setores. Este sensor pode medir variações de pressão com alta precisão, o que permite o processo seguro e eficiente de muitos sistemas.
Os dispositivos de medição são simplesmente expostos a uma ampla gama de tensões térmicas, químicas ou mecânicas, de modo que os valores medidos variam e perdem precisão com o tempo. Por exemplo, histerese ou deslocamentos de zero podem levar a riscos de segurança e a uma redução na eficiência do processo. Portanto, a calibração frequente não pode evitar tais alterações, embora as detecte dentro do tempo. Assim, sugere-se realizar uma calibração anual uma vez nos dispositivos de medição de pressão elétrica e mecânica. Aqui fica uma pergunta para você: o que é um sensor de pressão?
