Diverse condizioni di misura, intervalli e materiali utilizzati nella costruzione di un sensore portano a una varietà di design di sensori di pressione. Spesso è possibile convertire la pressione in qualche forma intermedia, come lo spostamento, rilevando la quantità di deflessione su un diaframma posizionato in linea con il fluido. Il sensore converte poi questo spostamento in un’uscita elettrica come la tensione o la corrente. Data l’area nota del diaframma, è possibile calcolare la pressione. I sensori di pressione sono confezionati con una scala che fornisce un metodo per convertire in unità ingegneristiche.
I tre tipi più universali di trasduttori di pressione sono il ponte (basato su estensimetri), la capacità variabile e il piezoelettrico.
Bridge-Based
Di tutti i sensori di pressione, i sensori a ponte di Wheatstone (basato su estensimetri) sono i più comuni perché offrono soluzioni che soddisfano vari vincoli di precisione, dimensione, robustezza e costo. I sensori a ponte possono misurare la pressione assoluta, relativa o differenziale in applicazioni ad alta e bassa pressione. Usano un estensimetro per rilevare la deformazione di un diaframma sottoposto alla pressione applicata.
Figura 2. Sezione trasversale di un tipico sensore di pressione a ponte
Quando un cambiamento di pressione causa la deflessione del diaframma, un corrispondente cambiamento di resistenza viene indotto sull’estensimetro, che si può misurare con un sistema DAQ condizionato. Potete incollare gli estensimetri a foglio direttamente su un diaframma o su un elemento collegato meccanicamente al diaframma. A volte si usano anche estensimetri al silicio. Per questo metodo, si incidono resistenze su un substrato a base di silicio e si usa un fluido di trasmissione per trasmettere la pressione dal diaframma al substrato.
Sensori di pressione capacitivi
Un trasduttore di pressione a capacità variabile misura il cambiamento di capacità tra un diaframma metallico e una piastra metallica fissa. La capacità tra due piastre metalliche cambia se la distanza tra queste due piastre cambia a causa della pressione applicata.
Figura 3. Trasduttore di pressione capacitivo
Sensori di pressione piezoelettrici
I sensori piezoelettrici si basano sulle proprietà elettriche dei cristalli di quarzo piuttosto che su un trasduttore a ponte resistivo. Questi cristalli generano una carica elettrica quando sono tesi. Gli elettrodi trasferiscono la carica dai cristalli a un amplificatore incorporato nel sensore. Questi sensori non richiedono una fonte di eccitazione esterna, ma sono suscettibili a urti e vibrazioni.
Figura 4. Trasduttore di pressione piezoelettrico
Sensori di pressione condizionata
I sensori che includono circuiti integrati, come gli amplificatori, sono chiamati sensori amplificati. Questi tipi di sensori possono essere costruiti utilizzando trasduttori a ponte, capacitivi o piezoelettrici. Nel caso di un sensore amplificato a ponte, l’unità stessa fornisce resistenze di completamento e l’amplificazione necessaria per misurare la pressione direttamente con un dispositivo DAQ. Anche se l’eccitazione deve ancora essere fornita, la precisione dell’eccitazione è meno importante.
