Facoltà di Ingegneria Lezioni del Corso di Misure Meccaniche e Termiche 04.1 Le Misure di Pressione
La misura della pressione Informazioni storiche Unità di misura SI Pressioni in natura e peculiarità Sistemi primari Basse pressioni Barometria Alte pressioni
Eolipila di Erone (Alessandria, Egitto). Allievo di Ctesibio. Due secoli prima di Cristo? Vedere il sito http://www.history.rochester.edu/steam/hero/
Francobollo Italiano emesso nel 1958 (350 o anniversario della nascita)
Esperimento con gli emisferi di Magdeburgo, 16 cavalli, 1672
Parrot, 1832 Galy-Cazalat, 1846
Bridgman, 1909 and 1911 Johnson and Newhall, 1953 and 1957
SI unità e grandezze di base kg Massa SI unità e grandezze derivate 1 N = 1 kg. m. s -2 m Lunghezza m 2 Area N Forza newton s Tempo m. s -2 Accelerazione Pa 1 Pa = 1 N / 1 m 2 pascal Pressione, sollecitazione (stress)
SI Unità di misura della pressione Unità SI derivata da forza e area Nome : pascal Simbolo : Pa 1 Pa = 1 N / 1 m 2 Nome adottato nel 1971 14 th CGPM Usata con multipli (dapa, hpa, kpa, MPa, GPa, TPa) e sottomultipli (dpa, cpa, mpa, mpa) Altre unità: bar ( 1948 9 th CGPM), unità non SI, però accettata 1 bar = 10 5 Pa = 100 kpa = 1000 hpa = 0,1 MPa Torr, unità non SI, accettata per le misure di pressione arteriosa 1 Torr = 101 325 / 760 = 133,322368 Pa = 1 mm Hg
Unità di pressione Non SI Atmosfera standard (atm) 1 atm = 101325 Pa Altre: at, psi, mm H 2 O, kgf / cm 2 EVITARNE L USO!!! Si pagano multe per strumenti con unità non SI o accettate da SI.
Realizzazione del pascal (Pa), un modo inusuale per capire che 1 Pa è piccolo. 1 m 2 di superficie ricoperta dal prosciutto, deve essere tagliato con spessore di 0,1 mm (non facile!) Prosciutto di Parma 101,97 g 1 N p = 1 N (di prosciutto) / 1 m 2 = 1 Pa g L = 9,80665 m. s - 2 Flusso di aria con pressione p per ottenere che 1 N di prosciutto sia in equilibrio
Mongolfiera 300 kg, 2550 m 3 volume diametro 17 m superficie equatoriale media 226 m 2 Pressione media sulla mongolfiera quando in equilibrio in aria (aria interna non scaldata) è circa 13 Pa in aggiunta al valore locale della pressione atmosferica
Aeroplano: McDonnell Douglas, MD 11 284 000 kg a pieno carico, incluso 146 160 L di carburante, 283 posti larghezza alare 57 m lunghezza 62 m superficie longitudinale stimata 920 m 2 Pressione media sull aeroplano quando in equilibrio in aria e in lenta (ma controllata) caduta è di circa 3160 Pa in aggiunta al valore locale della pressione atmosferica.
Pressione arteriosa Umani : valori normali (in funzione età e sesso, ) - diastolica 60 90 mmhg - sistolica 100 170 mmhg Diast. 180 250 mmhg Sist. 230 310 mmhg Diast. 40 50 mmhg Dipende su quale arteria è misurata, in genere con misure dirette Sist. 50 60 mmhg Diast. 5 30 mmhg Sist. 5 40 mmhg Grande variabilità
1960, batiscafo Trieste J. Picard Fossa delle Marianne, Challenger, profondità 10912 m Pressione di circa 110 MPa
In natura esiste il migliore (e più ampio) laboratorio delle pressioni X ray limit BASSE PRESSIONI, scala log, da 100 kpa a meno di 10-10 Pa Space simulation Ionosphere Homosphere Concorde, 20000 m Troposphere, 25 kpa Jet at 8000 m 10-15 10-13 10-11 10-9 10-7 10-6 ------- ------- ------- --- ---- ------- ------- ------- ------- ------ ------ - ---- 10-10 Pa 10-8 Pa 10-6 Pa 10-4 Pa 10-2 Pa 0,1 Pa 10-5 1 Pa 10-4 10 Pa 10-3 100 Pa 10-2 1 kpa 10-1 10 kpa 1 10 5 Pa Surfaces effects Limit static systems p limit of continuous sys. Industrial applications: thin films, metals and microelectronics, pharmacology, lyophilization, foods, Min. p in lab. Low limit barometry
In natura esiste il migliore (e più ampio) laboratorio delle pressioni Skate on ice ALTE PRESSIONI, scala log, da 100 kpa a molti ZPa atm. pressure Ocean max p at 11 km sea level 1 10 10 2 10 3 ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------ ------ -- --- 1 MPa 100 MPa 10 GPa 1 TPa 101325 Pa air p in sub vessel 10 MPa Solid Hg 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 12 10 16 10 20 1 GPa graphite to diamond metallic H metallic He p white dwarf star centre p Saturn centre p Sun centre p earth centre p Jupiter centre 10 13 TPa=10 YPa 100 GPa 10 TPa 10 5 TPa 10 9 TPa=1 ZPa av. blood p hydr. extrusion jet cutting max p in liq. in lab. industrial applications (mech., chem., aeron.,..) hard metals tire p 350 GPa, max. p in lab. (solids) Tera - 1 TPa =10 12 Pa Zetta - 1 ZPa = 10 21 Pa Yotta - 1 YPa = 10 24 Pa
h / m h / km Università degli Studi di Cassino 3 p in air, above the sea level 305 3108 9930 p / Pa 25145 56692 80323 100155 101313 100 80 Pressione in funzione della profondità nell acqua di mare p = - r H2O g L h 60 40 p in water, below sea level Pressione nell aria in funzione dell altezza dal livello del mare 20 0 0-5 0-10 -15-20 -25 19579 39157 58736 78314 97893 117472 137050 156629 176207 195786 p = p o. e -ah a = g L ro / p o p / Pa
Pressioni Assolute e differenziali. Pressioni relative (Gauge) sono un sottocaso delle pressioni differenziali dove la pressione di linea è quella atmosferica. < 0,01 Pa p assoluta P atm p relativa p L P differenziale Misure di p atm. (caso di misure di p assol.) - Dp + Dp Alto vuoto, inferiore a 0,01 Pa P atm non costante Ogni valore Dp superiore o inferiore alla pressione di linea p L P di riferimento sottolineata
PECULIARITA DELLA PRESSIONE Grandezza termodinamica e meccanica intensiva, non si può addizionare Applicazioni Industriali riguardano almeno 16 decadi (10-7 Pa a 10 9 Pa) Applicazioni scientifiche coprono almeno 22 decadi dimensionalmente, definizione meccanica prevalente: p [ M L -1 t -2 ] Necessità di diversi campioni primari con diverse leggi fisiche (espansione gas, colonne liquide, bilance di pressioni, trasformazioni di fase), campioni di lavoro e svariati sensori Per confronti è necessaria la disponibilità di diversi tipi di campioni di trasferimento di diverso tipo a seconda del campo di misura, alcuni soffrono di instabilità I confronti debbono essere effettuati coprendo tutte le decadi Diversi modi operativi (pressioni assolute in gas dall alto vuoto fino a oltre la pressione atmosferica, pressioni differenziali prevalenti nelle alte pressioni) Diversi mezzi di trasmissione della pressione (Gas, Liquidi, Solidi pressione come tensore delle sollecitazioni- nel caso di pressioni molto elevate e generalmente superiori ad 1 GPa) Diversa metrologia (campioni, metodi e sensori) fra le misure in condizioni statiche o dinamiche (p rapidamente variabili nel tempo)
Principali leggi fisiche, usate nella metrologia delle pressioni Legge di Boyle p V = cost (a temp. cost.); Legge di Gay-Lussac p = p o T / T o Legge di Dalton p = S i p i, ; Teoria cinetica dei gas p V = 2 / 3 (0,5 M v), M massa molare=n A m p V = n R T (equazione di stato dei gas ideali) ed estensioni (coeff. del viriale) p = p o v / ( V + v ) (sistemi ad espansione statica) p = Q / (C (1 p 1 /p 2 ) ) (sistemi ad espansione continua o dinamica) p = r F g L Dh + p r (manometri a colonna di liquido) p = p r + S i M i g L / A eff (bilance di pressione in gas e in liquido, p assol. e diff.) p = - ( dh/dv ) T = cost. H = U T S (U=energia, S=entropia) (equazioni di stato, punti fissi pressione/temperatura a pressioni molto alte, per solidi) da misure di compressibilità p p o = integrale [da V o (p) a V(p)] dv / (K T V) dove K T è la compressibilità isoterma K T = - (dp / dv) / V a T cost.
Campioni primari Nero = p assolute Blu = p differenziali (Gauge mode) Verde = entrambe le modalità Apparati UHV Barom. Espansione in serie Bil. pr.gas Flussi-conduttanze Micromanom. Bil. pr. liquido 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 Campo di pressione / Pa
CAMPIONI DI TRASFERIMENTO DISPONIBILI Campo di pressione Campioni di trasferimento Grandezza misurata nel confronto Basse pressioni Vacuometri a ionizzazione spinning rotor gauges (SRG) corrente, variazione della velocità di rotazione Medie pressioni, anche Dp con p linea fino a 40 MPa capacitance diaphragm gauges (CDG) Sensori piezoresistivi Sensori a struttura vibrante Bilance di pressione, basso fs Capacità o frequenza di risonanza, DR,.. Equazioni di interpolazione di forma speciale a seconda del sensore, Area effettiva di unità pistonecilindro Alte pressioni Bilance di pressione di diverso tipo fino a 1 GPa, divisori e moltiplicatori di pressione e bilance di pressione digitali Valori ed andamento dell area effettiva di unità pist-cilindro, in genere determinazione della equazione A e =f(p)
Campioni primari, secondari e di trasferimento Alte pressioni da circa pochi kpa fino ad oltre 1 GPa Sovrana di questo settore: la bilancia di pressione, nelle sue forme e tipologie le più diverse in funzione della pressione di misura.
Alte pressioni da pochi kpa fino ad oltre 1 GPa BILANCE DI PRESSIONE (PRESSURE BALANCES) Pressioni Relative (Gauge), gas e liquido S i M i g L ( 1 r a / r m ) + g C p = ---------------------------------------------------------- + r F g L Dh A o ( 1 + l p) [ 1 + (a p + a c ) (t t ref )] Pressioni Assolute, gas S i M i g L p = ------------------------------------------------------------------- + p ref + r F g L Dh A o ( 1 + l p) [ 1 + (a p + a c ) (t t ref )]
Misure di velocità di discesa del pistone, generalmente dell ordine di mm / s e velocità di rotazione Misure di temperatura Bilance di pressione sono strumenti con svariate misure ausiliarie Controllo e regolazione di pressione Proprietà del fluido: densità r e viscosità dinamica h in funzione della pressione e temperatura
Pressioni assolute, gas S i M i g L p = ------------------------------------------------- + p ref + r F g L Dh A o ( 1 + l p) [ 1 + (a p + a c ) (t t ref )] Le differenze principali fra misure assolute e relative riguardano M i e p ref Masse M i sono masse vere cioè riferite alla densità delle singole parti del set di masse (pistone, cestello, ) e non masse convenzionali (riferite a 8000 kg. m -3 ) pressione di riferimento o residua nella campana p ref, generalmente il suo valore è prossimo o inferiore di 0,05 Pa (importante la sua incertezza di misura)
Masse, Pistoni e cilindri, pulizia 20 MPa gas 1 MPa gas Set di masse da 100 N di bilance di pressione in gas
Diversi tipi di bilance di pressione in gas IMGC 2 & 5 MPa, gas, p relative Pistone sferico, 0,7 MPa Pressioni differenziali a alta pressione di linea, p di linea fino a 20 MPa Bilancia di pressione digitale, campo fino a 6 MPa, risoluzione 100 Pa
Bilance di pressione IMGC in gas fino a 7 MPa Bilance di pressione IMGC in liquido fino a 100 MPa
I sensori di Pressione
Indice 1. Tipologie di Sensori di Pressione - manometri a liquido - ad elementi meccanici elastici - estensimetrici - induttivi - differenziali (LVDT) - capacitivi - piezoelettrici - piezoresistivi - potenziometrici - ad elemento risonante - a bilanciamento di forza 2. Caratteristiche Metrologiche Statiche 3. Montaggio ed Installazione dei Sensori di Pressione
Tipologie di Sensori di Pressione pressione assoluta pressione relativa pressione differenziale a riferimento variabile pressione differenziale a riferimento fisso
Tipologie di Sensori di Pressione I sensori utilizzati per la misura di pressione nelle tre diverse modalità: assoluta, relativa e differenziale sono essenzialmente gli stessi. Il sensore presenta due superfici: - una superficie alla pressione di riferimento che sarà: il vuoto nel caso di misura assoluta la pressione ambiente nel caso di misura relativa una pressione nota nel caso di pressione differenziale. - una superficie esposta alla pressione incognita. La scelta del sensore influenza caratteristiche dello strumento come range, stabilità, precisione, ripetibilità, frequenza di risposta e durata. Il materiale di cui il sensore è fatto dipende essenzialmente dalla natura del fluido con cui deve venire a contatto e dalla sua temperatura.
Tipologie di Sensori di Pressione Classificazione in funzione del sensore/principio di misura: - per confronto con una pressione nota (generalmente quella atmosferica) mediante manometri ad U, micromanometri, - per deformazione elastica di membrane, soffietti, campane, fili sottili, tubi, Classificazione in funzione del trasduttore (apparato di amplificazione e modificazione del segnale): - trasduttori meccanici - trasduttori elettrici Entrambi generalmente sfruttano per il rilevamento della pressione la deflessione o la deformazione su un elemento elastico sensibile, con conseguente generazione di un segnale meccanico/elettrico correlato
Tipologie di Sensori di Pressione Manometri a liquido Il principio di misura si basa sulla legge di Stevino. I principali campi di utilizzo sono per pressione assoluta, relativa e differenziale, in mezzo gassoso e per applicazioni da laboratorio. I manometri a liquido sono per lo più impiegati in laboratorio per misure assolute e differenziali di basse pressioni Tecnologie - tubo inclinato - tubo dritto con lettura interferometrica Vantaggi - elevata linearità e precisione - ridotta isteresi Svantaggi - uscita meccanica - complessità d uso (effetti di capillarità) - dipendenza della densità con la temperatura
Effetti della Capillarità 2 cos Dh C r g r
Tipologie di Sensori di Pressione Correzione per la capillarità 2 cos M M, A M, B Dh - rm g ra rb
Tipologie di Sensori di Pressione Micromanometro di Prandtl Utilizzato per la misura di piccolissime differenze di pressione. Si riporta il fluido manometrico ad una posizione di riferimento indicata sul tubo inclinato (alzando o abbassando il pozzetto). Usando la stessa posizione di riferimento nell azzeramento e nella misura si elimina l effetto della capillarità e con l inclinazione del menisco si aumenta la sensibilità (la variazione Dh viene amplificata nello spostamento Dl) Dh Dl sena
Tipologie di Sensori di Pressione Leggi fondamentali: legge di Stevino La posizione del sensore può essere ovviamente determinante nel caso in cui tra il punto di cui si vuole conoscere la pressione ed il punto di misura ci sia un dislivello Dh essendo infatti la pressione variabile secondo la legge: DP + r g Dh
Tipologie di Sensori di Pressione 2 cos Dh C r g r
Trasduttori meccanici
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori ad Elementi meccanici elastici diaframmi, capsule, soffietti, tubi bourdon (diritti, a C, ritorti, ad elica, a spirale) trasducono la pressione di misura in una deformazione lineare o angolare di piccole, medie o ampie proporzioni
Tipologie di Sensori di Pressione Manometri a quadrante ad elemento elastico Nel caso di deformazioni di medie-grandi entità la deformazione può essere amplificata mediante un sistema di leverismi meccanici ed in tal caso lo strumento di misura prende il nome di manometro meccanico a quadrante
Manometri a Tubo di Bourdon Tipologie di Sensori di Pressione E un tubo curvato o ritorto di sezione ellittica con una delle estremità chiuse. Quando è applicata la pressione all estremità libera il tubo tende a stendersi. La deformazione subita quindi è di tipo angolare nel caso di tubo ritorto, di tipo curvolineare nel tubo curvato. Essa dipende dal rapporto tra i due assi della sezione, dalla lunghezza del tubo, dal raggio di curvatura e dall entità della pressione applicata. Generalmente si preferisce usare tubi lunghi e poco spessi per misure di bassa pressione, mentre più corti e con pareti di maggiore spessore per pressioni anche molto alte. L accuratezza di questo sensore dipende molto dalle condizioni d impiego. Secondo la curvatura presentata dal tubo possiamo avere il tubo a C, il tubo a spirale, il tubo ad elica o il tubo ritorto.
Manometri a Capsula e Soffietto Si tratta di elementi di forma cilindrica chiusi ad una delle due estremità che rispondono alla pressione applicata all altra estremità con una deformazione lungo il proprio asse. Sono nella maggior parte dei casi usati in misure di bassa pressione e in ambienti in cui non sono presenti forti vibrazioni. L elongazione viene contrastata dalle forze elastiche delle pareti dell elemento deformabile e da molle esterne di contrasto, utilizzate per limitare la deformazione subita così da aumentare la vita del sensore e fornire una maggiore linearità e minore isteresi. I materiali più usati sono ottone, bronzo, leghe di nickel e rame, acciaio. Tipologie di Sensori di Pressione
Tipologie di Sensori di Pressione Manometri a Diaframma diaframma piatto diaframma sferico diaframma a catena: diaframma anulare: diaframma corrugato presenta concavità della superficie è vincolato oltre sul bordo anche ad un altra struttura coassiale a quella principale in modo che il profilo si atteggia come una catena è un diaframma piatto con un rinforzo al centro per facilitare lo spostamento o la deformazione di un organo meccanico secondario presenta sulla superficie dell elemento elastico delle ondulazioni concentriche per incrementare la rigidezza e l area effettiva in modo da fornire una deformazione maggiore di quella del diaframma piatto a parità di pressione applicata. Per piccole deformazioni il materiale maggiormente usato è ottone, acciaio, leghe argentonickel, rame-berillio. Per grandi deformazioni applicando pressioni basse sono più usati materiali come il neoprene, polietilene, teflon. Ripetuti cicli di pressione e variazioni di temperatura riducono l elasticità del diaframma e ne aumentano l isteresi. diaframma piatto diaframma corrugato
Trasduttori elettrici
Trasduttori a resistenza variabile da 10-5 a 10 4 bar Trasduttori a riluttanza variabile da 10-6 a 10 3 bar Trasduttori a capacità variabile da 10-8 a 10 3 bar Trasduttori piezoelettrici da 10-5 a 10 4 bar
Tipologie di Sensori di Pressione 1. Trasduttori a resistenza variabile: 1a. Trasduttori potenziometrici (sensibile variazione della resistenza elettrica) Trasformano la deformazione dell elemento elastico nel moto rettilineo del cursore di un potenziometro. Il sensore è una capsula singola o multipla nel campo delle basse pressioni, oppure un tubo di Bourdon (ad elica, a spirale o ritorto) per le alte pressioni. La maggior parte dei modelli disponibili in commercio copre un range di 100 kpa-70 MPa. Utilizzazione per pressione relativa, mezzo liquido e gassoso, settore petrolifero. Il principio viene spesso utilizzato per ottenere un uscita elettrica dagli elementi elastici nei manometri meccanici (capsule, soffietti o tubi bourdon). Tecnologia: - avvolgimento di filo metallico - deposito in film spesso Vantaggi: - basso costo - uscita elettrica Svantaggi: - scarsa affidabilità - deriva di zero e span
Tipologie di Sensori di Pressione 1b Trasduttori estensimetrici Variazione di resistenza di uno o più estensimetri (generalmente collegati a ponte); utilizzati per misure di pressione relativa e differenziale. Sono i più impiegati trasduttori di pressione associati a diaframmi e occasionalmente a soffietti Tecnologie: - strain gauge incollati - strain gauge a film sottile - strain gauge a semiconduttori Vantaggi: - basso costo - dimensioni ridotte - sufficientemente affidabilità Svantaggi: - l elevata isteresi - richiedono compensazione della temperatura - bassa stabilità nel tempo
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori estensimetrici Gli sforzi tensionali di trazione e compressione trasformano gli elementi tensiometrici (estensimetri, costituiti da fili metallici di piccolissimo diametro o da lamelle molto sottili) in resistenze variabili collegate ad un circuito elettrico a ponte di Weathstone)
Tipologie di Sensori di Pressione Alcuni schemi di Trasduttori estensimetrici R l r S Gli elementi 1 e 2 sono sottoposti a trazione, quindi l aumenta ed S diminuisce, di conseguenza R aumenta Gli elementi 3 e 4 viceversa sono in compressione, per cui R diminuisce.
Tipologie di Sensori di Pressione 2. Trasduttori a riluttanza variabile Il nucleo ferromagnetico, costituito o da un diaframma metallico o da un corpo di ferro che si muove grazie all interazione con un diaframma magnetico è posto tra due induttanze perfettamente uguali e si muove in funzione della pressione applicata. Al variare della pressione quindi si ha una variazione del valore delle due induttanze una delle quali aumenterà per l avvicinarsi del diaframma e l altra invece diminuirà. E utilizzato esclusivamente per la misura di pressione differenziale o relativa.
Tipologie di Sensori di Pressione 3. Trasduttori capacitivi Il principio di misura si basa sulla variazione della capacità elettrica causata dalla deflessione di una delle due armature. I principali campi di utilizzo sono per pressione assoluta, relativa e differenziale, in mezzo liquido e gassoso, nelle applicazioni industriali, di laboratorio, biomedico ed aerospaziale. Tecnologie Svantaggi - singolo statore - elevato costo - doppio statore - lieve dipendenza dalla temperatura e dalle proprietà dielettriche del fluido di misura Vantaggi - elevata sensibilità e precisione anche a basse p - ridotta isteresi - buona risposta in frequenza - elevata linearità
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori capacitivi a singolo statore E presente un solo condensatore formato da un armatura fissa e da una mobile data dal diaframma stesso. La deformazione subita dall elemento elastico provoca una variazione dello spessore dello strato di dielettrico e di conseguenza una variazione di capacità del condensatore. pressione di riferimento p collegamento elettrico diaframma piatto fisso del condensatore
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori capacitivi a doppio statore Sono composti da un diaframma metallico posizionato tra due armature fisse al fine di formare due condensatori contigui di uguale capacità. La variazione di pressione applicata al diaframma comporta una doppia variazione di capacità. La differenza tra i due valori finali di capacità viene poi convertita in un circuito elettronico in un segnale normalizzato 4-20 ma proporzionale alla pressione misurata.
Tipologie di Sensori di Pressione 4. Trasduttori piezoelettrici Il principio di misura si basa sull effetto piezoelettrico (differenza di potenziale elettrostatico prodotta dal cristallo piezoelettrico sottoposto a sollecitazione meccanica). I principali campi di utilizzo sono mezzo liquido e gassoso, acustica, campo balistico, prove motori. I sensori piezoelettrici sono principalmente utilizzati per misure di pressione dinamiche (frequenza Tecnologie di risposta molto alta). - cristallo in quarzo - ceramica piezoelettrica Vantaggi - ottima risposta in frequenza - discreta accuratezza Svantaggi - elevato costo - elevata impedenza in uscita
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori piezoresistivi Il principio di misura si basa sull effetto piezoresistivo di semiconduttori (normalmente silicio) sottoposti a sollecitazione meccanica. I principali campi di utilizzo sono per pressione assoluta, differenziale e relativa, in mezzo liquido e gassoso nei settori industriale e biomedico Vantaggi: - buona risposta in frequenza - elevata compensazione termica - basso costo - compattezza Svantaggi - temperatura di impiego limitata - limitata resistenza alle sovratensioni Tecnologie - cristallo in quarzo - ceramica piezoelettrica
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori ad elemento risonante Il principio di misura si basa sulla variazione della frequenza di risonanza della struttura vibrante a causa della variazione della densità con la pressione. I principali campi di utilizzo sono per pressione assoluta, in mezzo liquido e gassoso per applicazioni industriali e da laboratorio Tecnologie Vantaggi - a filo risonante - elevata risoluzione e precisione - a cilindro risonante - ridotta isteresi - (a cristallo di quarzo) - uscita in frequenza Svantaggi - elevato costo - non linearità - sensibilità alla temperatura - sensibilità alle vibrazioni
Tipologie di Sensori di Pressione Trasduttori a bilanciamento di forza Il principio di misura si basa sul bilanciamento della deformazione di un tubo elastico mediante l opposizione di una forza (generalmente elettrica). I principali campi di utilizzo sono per pressione assoluta, relativa e differenziale in mezzo gassoso ed in applicazioni di laboratorio Tecnologie - a tubo bourdon in cristallo di quarzo - pneumatici Vantaggi - elevata risoluzione, linearità e precisione - ridotta isteresi Svantaggi - elevato costo - limitata risposta in frequenza
Caratteristiche Metrologiche Statiche TIPO DI TRASDUTTORE RANGE Accuratezza Tipica (% F.S.) estensimetrici fino a 1 GPa 0.2 VANTAGGI buona compensazione termica buona stabilità a lungo termine alimentazione. c.a o in c.c. potenziometrici 100 kpa 1 alto segnale di uscita costo limitato induttivi 100 MPa 0.2 alto segnale di uscita bassa isteresi SVANTAGGI basso segnale di uscita alta sensibilità ad urti e vibrazioni vita limitata elevata isteresi alimentazione in c.a. sensibiltà ai campi magnetici capacitici 200 kpa 0.1 tempo di risposta basso alimentazione in c.a. sensibiltà alla temperatura piezoelettrici 100 MPa 0.1 piccole dimensioni alta risposta in frequenza a struttura risonante 1 MPa 0.2 ottima risoluzione adatto solo per misure dinamiche segnale di uscita non lineare sensibilità alla temperatura sensibilità agli urti
Caratteristiche Metrologiche Statiche Caratteristiche metrologiche di alcuni trasduttori di pressione assoluta fino a 100 kpa in mezzo gassoso
Caratteristiche Metrologiche Statiche Ripetibilità Linearità Isteresi Effetto della temperatura Deriva di zero e di span Queste caratteristiche sono generalmente espresse in FS dello strumento, solo talvolta in termini di V.L. Per tale motivo le misure possono talvolta diventare molto poco accurate per valori di misura inferiori al 10%F.S.
Montaggio ed Installazione dei Misuratori di Pressione uso di una tubazione flessibile di collegamento (rame ricotto) con raccordi e giunzioni filettate a perfetta tenuta. nota: la presenza di tubazione di collegamento influenza il tempo di risposta del sensore, in funzione del volume (ossia di diametro e lunghezza del collegamento) installazione di una valvola di intercettazione per agevolare lo smontaggio per taratura e sostituzione (attenzione ai colpi di frusta che potrebbero determinare dannose sovraelongazioni anche fino al 50% di P, strumento del II ordine) giunto di dilatazione (pig tail) per assorbire dilatazioni termiche ed eventuali shock meccanici e vibrazioni uso di un fluido intermedio (inerte e non mescolabile con il fluido di misura) incomprimibile sigillante per evitare contatti con ambienti corrosivi
Montaggio ed Installazione dei Misuratori di Pressione Protezione da fenomeni di condensa montaggio sopra il punto di attacco tubazione con adeguata inclinazione (~8%) per il drenaggio della condensa. montaggio sotto il punto di attacco pendenza del tubo di collegamento + tratto verticale con pozzetto di raccolta della condensa (con scarico). In questa configurazione deve essere tenuta in considerazione la sovrapressione determinata dalla condensa nel tubo inclinato
Montaggio ed Installazione dei Misuratori di Pressione Protezione da condensa (e con T fluido >65 C) montaggio sopra il punto di attacco deve essere previsto un giunto di dilatazione (pig tail); la pendenza della tubazione ha l effetto di drenare la condensa verso il condotto di processo montaggio sotto il punto di attacco In questa configurazione i misuratori sono protetti dalla condensa stessa che funge da tenuta termica. Si desidera quindi presenza di condensa nel tubo di collegamento che viene praticato sul fondo. In questa configurazione deve essere tenuta in considerazione la sovrapressione determinata dalla condensa nel tubo inclinato (correzione della misura).