Modelo TP
Universidade Federal do Paraná
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina Instrumentação Eletrônica - TE149
Prof. Eduardo parente Ribeiro
Trabalho sobre Transdutores
TRANSDUTOR DE PRESSÃO - MODELO TP/0025/R/P/MP - HYTRONIC
Aluno: Miguel Joaquim Albano Júnior
E-mail: klinguelfus@hotmail.com">miguel_albano_jr@yahoo.com.br
GRR 20013001
Introdução
A pressão, entre todas as variáveis de um processo, se destaca pela sua importância, pois podemos obter outras variáveis, como temperatura, vazão ou nível de um fluido, através dela. Neste trabalho serão apresentadas as principais características do transdutor de pressão TP, fabricado pela empresa HYTRONIC. Serão abordadas as especificações de um dos modelos de transdutores TP oferecidos pela empresa, o modelo TP/0025/R/P/MP.
Figura 1 - Exemplo de um transdutor modelo TP - Fonte [1]
Figura 2 - Exemplo de sensor piezoresistivo - Fonte [3]
Transdutor de pressão
Os transdutores de pressão TP possuem um elemento sensor que converte a pressão aplicada pelo fluido em sinal elétrico e este sinal elétrico proporcional é disponibilizado para leitura remota da pressão.
Figura 3 - Esquema de um sensor piezoresistivo - Fonte [3]
Este sensor consiste em quatro piezoresistores idênticos difundidos ou implantados a uma membrana de silício monocristalino. A deformação, devido a pressão aplicada, causa a variação de tensão mecânica nas extremidades do diafragma. Os piezoresistores transformam estas tensões mecânicas em variações de resistência elétrica, através do efeito piezoresistivo. Finalmente, estes resistores são conectados, através de condutores de alumínio, em uma configuração tipo ponte de Wheatstone.
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Figura 4 - Esquema de um sensor de silício monocristalino[1]
O piezoresistor é, basicamento, um dispositivo que varia sua resistência elétrica com a variação da tensão mecânica, sobre qual ele é submetido. É constituído por um material semicondutor, tal qual germânio, silício policristalino, silício amorfo, ou silício monocristalino.
Figura 5 - Esquema de um piezoresistor - Fonte [5]
A ponte de Wheatstone converte as variações das resistências em uma diferença de potencial elétrico. A tensão de excitação aplicada nos terminais Exc induzem uma diferença de potencial, proporcional a pressão, nos terminais VOUT.
Figura 6 - A ponte de Wheatstone - Fonte [7]
A empresa
“A Hytronic é uma empresa brasileira fundada em 1988 com a finalidade de projetar, construir e fornecer componentes e sistemas de alta qualidade para o mercado brasileiro de automação, usando a mais atualizada tecnologia.”
Rua Agostinho Gomes, 568 - Ipiranga - São Paulo - SP - CEP 04206-000
Tel/Fax: (11) 6169-9875
Especificações
Modelo TP
Tipo de sensor: Piezoresistivo (pressões relativas ou absolutas).
Faixas de pressão: 0...0,1; 0...1,6; 0...2,5; 0...4; 0...6; 0...10; 0...16; 0...25; 0...40; 0...60; 0...100; 0...160; 0...250; 0...400; 0...600; 0...1000 bar
Sobre pressão admissível: 2 x FE ou 1500 bar (o que for menor).
Material em contato com o fluido: Aço inoxidável AISI 316.
Temperatura de operação: 0...70 ºC (opcional -25...85 ºC).
Repetibilidade+Histerese+Linearidade: ± 0,25% FE.
Sinal de Saída: 10 mV/V (valor referência).
Alimentação: 10 Vcc (máximo 15 Vcc).
Resistência da ponte: 12700 (valor aproximado).
Efeito da temperatura no zero: FE>10 bar (máx 0,01% FE/ºC). FE<10 bar (máx 0,03% FE/ºC).
Efeito da temperatura no span: Máximo 0,015% FE/ºC.
Conexão ao processo: ¼" BSP ou NPT, ou rasante ¾" BSP.
Conexão elétrica: Conector ou prensa-cabos PG7 (grau de proteção IP54) com 1 m de cabo.
Temperatura compensada: 0...70 ºC (opcional -25...85 ºC).
Vida mecânica: 40 x 10 ciclos.
Tempo de resposta: 2 ms.
Choque mecânico: max 30 g.
Como modelo de exemplo, estamos utilizando o modelo TP/0025/R/P/MP, cuja principais especificações são:
Modelo TP/0025/R/P/MP:
Tipo de sensor: Piezoresistivo (pressões relativas).
Faixa de pressão: 0...25 bar.
Conexão ao processo: ¼" BSP.
Conexão elétrica: Prensa-cabos PG7
Tabela 1 - Tabela com os tipos de transdutores TP e um exemplo de pedido - Fonte [1]
Aplicações
Os transdutores de pressão TP podem ser utilizados em vários sistemas para a medida de pressões absolutas ou relativas em gases ou líquidos. Alguns desses sistemas são:
- Industria Automobilística;
- Esteiras;
- Industria de plásticos;
- Industria alimentícia.
- Aplicações móveis;
- Indústria de máquinas e ferramentas.
Figura 7 - Esquema da utilização de um transdutor de pressão em uma indústra alimentícia - Fonte [6]
Figura 8 - Esquema da utilização de um transdutor de pressão em uma indústria de máquinas - Fonte [6]
Conclusão
Sensores de pressão piezoresistivos, principalmente com silício monocristalino, estão sendo amplamente utilizados. Isto é conseqüência de várias vantagens que este tipo de sensor possue em relação a outro tipos. Suas principais vantagens são:
- Alta sensibilidade, > 10 mV/V;
- Boa linearidade em temperaturas constantes;
- Efeito de histerese reduzido.
Suas principais desvantagens (forte dependência não linear para sinais de fundo de escala com o aumento da temperatura, alto offset inicial, etc) podem ser facilmente compensadas com circuitos eletrônicos apropriados.
Referências
[1] Hytronic, "Manual e Catálogo dos Transdutores de Pressão HTP/TP", http://www.hytronic.com.br/produtos.asp?pag=produto&grand=pressao&prod=htp, acessado em mar/2007.
[2] Fabiano Fruett, "Sensores Microeletrônicos 1", 2006, http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabiano/IE012/Notas%20de%20aula/Mecanicos%20%20I_2006.pdf, acessado em mar/2007.
[3] Bernhard Konrad e Martin Ashauer, "Demystifying Piezoresistive Pressure Sensors", 1999, http://archives.sensorsmag.com/articles/0799/12/main.shtml, acessado em mar/2007.
[4] Jon Wilson, "Pressure Measurement: Principles and Practice", 2003, http://www.sensorsmag.com/sensors/article/articleDetail.jsp?id=334972, acessado em mar/2007.
[5] Wikipedia, "Piezoresistive effect", 2007, http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoresistive_effect, acessado em mar/2007.
[6] IFM, "Visão Geral de Aplicações- Sensores", 2007, http://www.ifmefector.com/ifmbr/web/app_uebersicht.htm, acesado em mar/2007.
[7] Mark A. Parsons, "Stress-free strain gaging", 2004, http://www.machinedesign.com/ASP/strArticleID/56672/strSite/MDSite/viewSelectedArticle.asp, acessado em mar/2007.