Los sensores de presión son dispositivos importantes en varias aplicaciones industriales, y su rendimiento depende en gran medida de la tecnología central utilizada. El elemento sensor de presión, o el núcleo, es el corazón de estos dispositivos y determina su precisión, estabilidad y adecuación para casos de uso específicos.
En este artículo, exploraremos los tipos más utilizados de sensores de presión, incluyendo sensores de presión de película delgada depositada por sputtering, sensores de presión de silicio piezoresistivos, sensores de presión de galga extensométrica, sensores de presión de película gruesa cerámica y sensores de presión capacitivos cerámicos. Compararemos sus principios de funcionamiento, ventajas, limitaciones y aplicaciones ideales.
1. Sensor de Presión de Película Delgada Depositada por Sputtering
Principio de Funcionamiento
La tecnología de película delgada depositada por sputtering implica depositar una capa delgada de metal o aleación metálica sobre un sustrato, generalmente una base de cerámica o silicio. La película delgada se diseña en elementos resistivos, que cambian su resistencia cuando se someten a presión. Estos sensores se utilizan típicamente en aplicaciones de alto rendimiento debido a su alta estabilidad y precisión.
Ventajas
Alta Estabilidad y Precisión a Largo Plazo: Los sensores de película delgada depositada por sputtering proporcionan una estabilidad excepcional a largo plazo y alta precisión.
Amplio Rango de Presión: Pueden manejar un amplio rango de presiones, desde bajas hasta muy altas.
Compensación de Temperatura: Son menos afectados por cambios de temperatura en comparación con los sensores piezoresistivos.
Alta Capacidad de Sobrecarga: pueden soportar condiciones que exceden sus límites nominales sin sufrir daños o degradación significativa del rendimiento, adecuado para aplicaciones donde pueden ocurrir fluctuaciones en presión, temperatura u otras condiciones operativas inesperadamente.
Limitaciones
Mayor Costo: Debido al proceso de fabricación complejo, estos sensores tienden a ser más caros.
Aplicaciones
Los sensores de película delgada depositada por sputtering se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, automatización industrial, sistemas de alta presión, sistemas hidráulicos y equipos pesados.
2.Sensor de Presión de Silicio Piezoresistivo
Principio de Funcionamiento
Los sensores de presión piezoresistivos funcionan basados en el principio de que la resistencia de ciertos materiales semiconductores (típicamente silicio) cambia cuando se someten a deformación mecánica. Se utiliza típicamente un diafragma de silicio, y cuando se aplica presión, el diafragma se deforma. Esta deformación causa un cambio en la resistencia del material, que luego se mide y se convierte en una lectura de presión.
Ventajas
Alta Sensibilidad y Precisión: Los sensores de presión basados en silicio son conocidos por su excelente sensibilidad y mediciones precisas. Y la estabilidad también es buena.
Tamaño Pequeño: La tecnología permite diseños compactos, ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado.
Rentable: Los sensores piezoresistivos son relativamente económicos de producir.
Limitaciones
Sensibilidad a la Temperatura: Estos sensores pueden ser sensibles a las fluctuaciones de temperatura, lo que puede requerir compensación adicional.
Rango de Presión Limitado: Se utilizan típicamente para aplicaciones de presión media y pueden no funcionar bien bajo condiciones extremas.
Aplicaciones
Los sensores de silicio piezoresistivos se utilizan comúnmente en automoción, dispositivos médicos y sistemas HVAC, donde la alta precisión y compacidad son críticas.
3. Sensor de Presión de Galga Extensométrica
Principio de Funcionamiento
Los sensores de presión de galga extensométrica operan utilizando una galga extensométrica, que es un resistor que cambia su resistencia cuando se estira o comprime. La galga extensométrica se adhiere típicamente a un diafragma, que se deforma bajo presión. El cambio en la resistencia de la galga extensométrica se mide para determinar la presión aplicada.
Ventajas
Alta Precisión: Las galgas extensométricas son conocidas por su alta precisión y fiabilidad.
Amplio Rango de Aplicación: Son versátiles y pueden usarse para varios rangos de presión, desde bajas hasta muy altas presiones.
Bajo costo: esta tecnología es bastante madura y ofrece un sentido económico considerable.
Limitaciones
Efectos de Temperatura: Las galgas extensométricas pueden verse afectadas por cambios de temperatura, lo que puede requerir compensación.
Calibración Compleja: Los sistemas basados en galgas extensométricas requieren una calibración precisa para asegurar la exactitud.
Aplicaciones
Los sensores de galga extensométrica se utilizan en aplicaciones que requieren alta precisión, como en aeronaves, instrumentos médicos y maquinaria industrial.
4. Sensores de Presión de Película Gruesa de Cerámica
Principio de Funcionamiento
Los sensores de película gruesa de cerámica se basan en un sustrato de cerámica que está recubierto con una película resistiva. Esta película se aplica mediante un proceso de película gruesa, donde se deposita un material conductor sobre la cerámica. La resistencia del sensor cambia cuando se aplica presión, lo que luego se convierte en una señal eléctrica legible.
Ventajas
Alta Durabilidad: Los sensores de presión de cerámica son resistentes a entornos hostiles, altas temperaturas y productos químicos agresivos. Es fuertemente resistente a la corrosión.
Amplio Rango de Presión: Son adecuados tanto para aplicaciones de baja como de alta presión y temperatura.
Rentable: Son más baratos de producir que los sensores de película delgada.
Limitaciones
Menor Precisión: En comparación con los sensores de película delgada y piezoresistivos, los sensores de película gruesa de cerámica generalmente tienen menor precisión.
Aplicaciones
Los sensores de película gruesa de cerámica se utilizan comúnmente en sistemas automotrices, equipos médicos, sistemas hidráulicos y sistemas de refrigeración.
5. Sensores de Presión Capacitiva de Cerámica
Principio de Funcionamiento
Los sensores de presión capacitiva de cerámica utilizan un diafragma que forma parte de un condensador. Cuando se aplica presión, el diafragma se mueve, cambiando la distancia entre las placas del condensador y, por lo tanto, alterando la capacitancia. Este cambio en la capacitancia se mide y se convierte en datos de presión.
Ventajas
Alta Precisión y Estabilidad: Estos sensores son altamente precisos y estables a lo largo del tiempo, incluso en condiciones ambientales fluctuantes.
Alta Sensibilidad: Los sensores capacitivos de cerámica ofrecen una excelente sensibilidad, especialmente en rangos de baja presión.
Bajo Consumo de Energía: Estos sensores requieren menos energía que otros tipos.
Limitaciones
Sensibilidad al Choque Mecánico: Pueden ser sensibles a los choques mecánicos y vibraciones, lo que puede afectar su rendimiento.
Aplicaciones
Los sensores de presión capacitiva de cerámica se utilizan en aplicaciones de alta precisión, incluidos dispositivos médicos, sensores automotrices y sistemas de monitoreo de presión industrial.
6. ¿Cómo Elegir los Sensores de Presión Adecuados?
Dado que hay tantos tipos de transmisores de presión en el mercado, ¿cómo elegimos el adecuado? Generalmente, depende de los siguientes factores.
Rango de Presión
Seleccione un sensor que coincida con el rango de presión de su aplicación. Asegúrese de que el sensor pueda manejar las presiones máximas y mínimas que espera medir.
Tipo de Presión
La presión se divide en presión manométrica, absoluta y diferencial. Los sensores de presión manométrica miden la presión relativa a la presión atmosférica. Los sensores de presión absoluta miden la presión relativa a un vacío perfecto. Los sensores de presión diferencial miden la diferencia entre dos presiones. Elija según las necesidades de su aplicación.
Condiciones Ambientales
Asegúrese de que los sensores puedan operar dentro de los límites de temperatura requeridos y entornos. Elija los materiales adecuados para diferentes entornos.
Precisión
Asegúrese de que el sensor proporcione la precisión necesaria. Una mayor precisión es esencial para aplicaciones críticas.
Señal de Salida
Diferentes sensores ofrecen diferentes señales, por ejemplo, salida analógica (por ejemplo, 4-20mA, 0-10V, 0.5-4.5V) y salida digital (por ejemplo, RS485, Modbus).
Fuente de Alimentación
Elija un sensor con una fuente de alimentación que coincida con los requisitos de su sistema. Por ejemplo, suministro de CC, alimentación por batería o alimentación por sonar.
Durabilidad y Vida Útil
Considere la clasificación IP del sensor, el rendimiento a prueba de explosiones. Los sensores diseñados para entornos hostiles generalmente duran más y requieren menos mantenimiento.
Costo
Además del costo del producto, considere los costos de mantenimiento y calibración a lo largo del tiempo también.
7. Conclusión
Elegir el sensor de presión adecuado implica evaluar varios factores clave y la tecnología de detección. Ya sea piezoresistivo, capacitivo, de película de pulverización o cerámico, debe coincidir con el requisito específico de su aplicación.
