Instrumentos Automotivos | Como os Transmissores de Pressão Detectam a Pressão: Princípios, Sinais e Solução de Problemas

Introdução

Com base na experiência prática em manutenção no local, a equipe técnica da Auto Instrument detalha todo o processo de conversão pelo qual os transmissores de pressão detectam a pressão. Isso ajuda os engenheiros de manutenção a entender a lógica de funcionamento interna dos instrumentos e a desenvolver rotinas claras de solução de problemas ao se depararem com leituras de pressão anormais, desvio de zero e flutuações na saída.

Técnicos iniciantes em transmissores de pressão frequentemente se perguntam qual componente dentro do instrumento detecta a pressão na tubulação. O valor da pressão exibido na sala de controle passa por um conjunto completo de processos físicos e de conversão de sinal. Dominar todo esse fluxo de trabalho tornará o gerenciamento de falhas em campo mais sistemático.

1. Como a pressão age dentro do transmissor

A essência da medição de pressão industrial é transmitir a pressão do meio para componentes sensores sensíveis. Fórmula básica da pressão: $\boldsymbol{(\boldsymbol{P=F/A})}$ Pressão = Força ÷ Área da força. Sob a mesma força aplicada, diferentes áreas que suportam a força resultam em diferentes valores de pressão.

Os transmissores de pressão industriais recebem a pressão mecânica de tubulações e tanques de armazenamento através de conexões de processo. Os principais componentes internos são elementos sensores, geralmente incluindo diafragmas metálicos, diafragmas cerâmicos, extensômetros e diversos componentes elásticos de medição. Tomemos como exemplo a estrutura de diafragma, amplamente utilizada: a pressão do fluido atua sobre a superfície do diafragma, causando uma deformação minúscula e imperceptível. A deformação aumenta com o aumento da pressão, e o diafragma retorna à sua forma original quando a pressão diminui. O instrumento capta essa deformação para realizar a medição da pressão. Os transmissores de pressão de vapor utilizados em caldeiras e tubulações térmicas também dependem da deformação do diafragma para a aquisição da pressão. Para condições de trabalho em altas temperaturas, a resistência térmica dos componentes deve ser cuidadosamente avaliada para atender aos requisitos dos transmissores de pressão para altas temperaturas.

2. Três princípios de sensoriamento convencionais para detecção de deformação

Transmissores de diferentes modelos adotam princípios de detecção interna distintos. Três tipos são amplamente utilizados em aplicações de campo: piezoresistivos, capacitivos e ressonantes.

Transmissor de pressão piezoresistivo Ele aproveita a propriedade de que a resistência do material muda sob compressão. A pressão do fluido deforma o diafragma; os elementos piezoresistivos internos são tensionados e sua resistência muda de acordo. A placa de circuito capta os sinais de resistência, realiza a amplificação e o cálculo da compensação de temperatura e emite os sinais de medição correspondentes. Essa estrutura é amplamente utilizada em sistemas hidráulicos e em medições comuns em tubulações de processos industriais. Danos ao chip do sensor também são uma causa comum de falhas em campo.

Transmissor de pressão capacitivo O sensor utiliza alterações no espaçamento entre os eletrodos para modificar a capacitância. Dois conjuntos de eletrodos são instalados internamente. A pressão desloca o diafragma de medição, alterando a distância entre os eletrodos e, consequentemente, a capacitância. O módulo do circuito lê a variação da capacitância e a converte em valores de pressão. Transmissores de pressão capacitivos desse tipo são frequentemente escolhidos para aplicações de medição de alta precisão nas indústrias petroquímica e de energia.

Transmissor de pressão ressonante A tensão mecânica induzida pela pressão altera a frequência natural de vibração dos elementos ressonantes. O circuito lê as variações de frequência e as converte em leituras de pressão. É aplicado principalmente em condições de trabalho que exigem estabilidade rigorosa a longo prazo.

3. Por que 4 20mA é a saída comum e as versões inteligentes suportam HART?

A maioria dos transmissores de campo se conecta a sistemas DCS, PLCs ou instrumentos de exibição digital. 0 MPa corresponde a 4 mA e a escala completa corresponde a 20 mA. A principal razão para não usar 0-20 mA é a identificação de falhas. Se o ponto zero for 0 mA, um fio rompido também produzirá 0 mA, e o sistema de controle não poderá distinguir se a pressão do processo caiu para zero ou se há uma falha na linha. Com um ponto zero de 4 mA, o circuito ainda mantém 4 mA quando nenhuma pressão é aplicada. Se o cabo for desconectado, a corrente cai para perto de 0, permitindo que o sistema de controle identifique diretamente anomalias no circuito. Além disso, os sinais de corrente são menos suscetíveis à interferência da resistência do fio, permitindo a transmissão industrial de longa distância. Mesmo assim, a blindagem, o aterramento e o layout da fiação devem ser gerenciados adequadamente para evitar interferência eletromagnética. Muitos transmissores de pressão inteligentes suportam comunicação digital sobreposta. Os operadores podem modificar as faixas e ler o status de diagnóstico do instrumento por meio de um comunicador portátil.

4. Pressão manométrica, absoluta e diferencial — diferentes sistemas de referência

A medição de pressão divide-se em pressão manométrica, pressão absoluta e pressão diferencial, diferenciando-se principalmente pelo seu parâmetro de pressão de referência.

· pressão manométrica: Referenciado à pressão atmosférica local. É adotado para a maioria das medições em dutos e equipamentos no local.

· Pressão absolutaPressão absoluta em relação ao vácuo perfeito. Pressão absoluta = pressão manométrica + pressão atmosférica local. Transmissores de pressão absoluta são usados ​​para vácuo, processos de destilação, sistemas de vácuo e cálculos de processos com gases.

· pressão diferencial: $\boldsymbol{\Delta P=P1-P2}$. Mede a diferença de pressão entre dois pontos. É utilizada para detectar obstruções em filtros e para medir a vazão em placas de orifício.

5. Etapas prioritárias para solucionar problemas de leituras de pressão imprecisas

Medições anormais nem sempre significam que o próprio transmissor está danificado. Solucione os problemas de fora para dentro, na seguinte ordem:

1. Tomada de pressão e tubulação de impulsoAcúmulo de gás nos tubos de impulso para serviço com líquidos, torneiras entupidas para fluidos com impurezas e abertura/fechamento incorreto das válvulas primárias são causas de distorção do sinal. Verifique as torneiras, o gás preso nas linhas de impulso e o estado das válvulas.

2. Interferência de temperaturaO calor transferido de meios de alta temperatura para o instrumento altera as características dos elementos sensores e causa deriva do zero. Aplicações em altas temperaturas exigem circuitos de sifão, recipientes de condensação e medidas de isolamento térmico para corresponder à temperatura do meio permitida pelo instrumento.

3. Flutuação genuína da pressão do processoA pulsação de pressão é inerente às saídas das bombas, às saídas dos compressores e a jusante das válvulas, causando flutuações na saída do transmissor. É necessário distinguir a oscilação real do processo de danos por impacto no instrumento.

4. Correspondência de intervaloUma margem de alcance excessiva, por exemplo, um transmissor de 0 a 10 MPa usado para uma pressão operacional real de apenas 0,3 MPa, limitará o desempenho da medição na seção de baixa pressão. O alcance selecionado deve corresponder ao intervalo real do processo.

6. Principais pontos de seleção para transmissores de pressão

Além da faixa de medição, avalie as seguintes condições de forma abrangente:

1. Faixa de medição: Abrange a operação normal, a inicialização e a pressão de pico;

2. Classe de precisão: Verifique as definições de precisão na folha de dados do fabricante;

3. Resistência à sobrepressão: Suporta picos de pressão instantâneos;

4. Material em contato com o fluido: Material do diafragma compatível com meios corrosivos;

5. Condições de serviço: Proteção contra explosões, alta temperatura, umidade e outros requisitos ambientais.

7. Resumo

Cadeia de sinal completa de um transmissor de pressão inteligente: A pressão do fluido deforma o diafragma → o sensor capta pequenas variações → a placa de circuito realiza cálculos e conversões → um sinal de 420 mA é enviado para o sistema de controle → a leitura da pressão é exibida na sala de controle.

A resolução de problemas no local não deve se concentrar apenas no corpo do transmissor. Tomadas de pressão, tubulações de impulso, instalação, configurações de parâmetros e cabos de sinal fazem parte do sistema completo de medição de pressão. Como fabricante de instrumentos de pressão, a Auto Instrument fornece transmissores de pressão absoluta, transmissores de pressão para vapor, transmissores de pressão para altas temperaturas e transmissores de pressão capacitivos para uma ampla gama de condições de processo. A avaliação adequada do fluido, da temperatura e dos requisitos de segurança contra explosão durante a seleção reduz significativamente as falhas de manutenção em operação posterior. Dominar o princípio de funcionamento simplifica a seleção, a instalação e a resolução de problemas do transmissor.