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Equitecnica


Cuando se trata de medir la presión con un transmisor o sensor de presión, es esencial contar con un dispositivo que pueda captar los cambios en el valor de presión y transformarlos en una señal eléctrica. Esta señal eléctrica nos indica el valor de presión detectado. Existen cuatro principios fundamentales en este contexto: los sensores resistivos, piezoresistivos, capacitivos y piezoeléctricos.

Medida con un transmisor de presión resistivo

El funcionamiento de un transmisor de presión resistivo se basa en la medición de cómo cambia la resistencia de un conductor debido a la deformación provocada por la presión. La resistencia de un conductor eléctrico está determinada por la siguiente ecuación:

Cuando el conductor se estira, su longitud aumenta y su sección transversal disminuye, lo que resulta en un aumento de la resistencia eléctrica, dado que la resistencia específica se mantiene constante. Si, en cambio, se produce una deformación por contracción, el efecto será el opuesto. Para llevar a cabo este principio, se utiliza un cuerpo base que se deforma de manera controlada al aplicarle presión.

A menudo, este cuerpo consiste en una membrana delgada. La deformación, en relación con la presión, se mide mediante una cinta extensométrica, que son conductores eléctricos metálicos en forma de meandro. Generalmente, se colocan cuatro cintas extensométricas en una membrana: algunas en el área que se expande y otras en la que se comprime. La deformación de la membrana provoca que las cintas se deformen, lo que genera un aumento proporcional de la resistencia (dilatación) o una disminución (recalcado). Para obtener mediciones precisas, estas cintas se conectan a un puente de Wheatstone.

Transmisor de presión piezoresistivo

El principio de medición con un transmisor de presión piezoresistivo es similar al de un sensor resistivo, pero aquí se utilizan semiconductores en lugar de metal como componentes de las cintas extensométricas. En este caso, la deformación provoca variaciones en la resistencia específica. Según la ecuación mencionada anteriormente, la resistencia eléctrica cambia de manera proporcional a la resistencia específica. El efecto piezoresistivo de los semiconductores es entre 10 y 100 veces más potente que el de los metales.

Las cintas metálicas pueden ser colocadas en diversos materiales, mientras que las cintas semiconductoras se integran como microestructuras dentro de la membrana. Esto significa que tanto las cintas extensométricas como el material expuesto a la deformación son del mismo tipo. Normalmente, se incorporan cuatro cintas en una membrana de silicio formando un puente de Wheatstone. Debido a que estas microestructuras no son suficientemente resistentes ante muchos medios de proceso, el chip se encapsula para la mayoría de las aplicaciones.

En este caso, la transmisión de presión se realiza de manera indirecta, ya sea a través de una membrana metálica o mediante aceite como medio de transmisión. La notable amplitud del efecto piezoresistivo permite que estos sensores sean útiles incluso en condiciones de presión muy baja. Sin embargo, su alta sensibilidad a cambios de temperatura requiere ajustes de temperatura específicos para cada sensor.

Sensores de presión capacitivos

Este principio se basa en medir la capacidad de un condensador, que varía dependiendo de la proximidad a su superficie activa. La capacidad de un condensador de placas paralelas puede describirse mediante esta ecuación:

En el sistema de medición capacitiva, una membrana metálica recubierta forma una de las placas del condensador. Cuando la presión induce la deformación de la membrana, se reduce la distancia entre las placas, lo que incrementa la capacidad, mientras que la superficie y la constante dieléctrica permanecen constantes. Este método proporciona una medición de presión extremadamente sensible, pudiendo detectar rangos muy bajos, incluso hasta unos pocos milibares. Dado que la membrana puede deformarse hasta tocar la placa estática, se logra una alta resistencia a la sobrecarga. Las limitaciones prácticas son determinadas por el material y las características de la membrana, así como por las técnicas de unión y sellado.

Sensores de presión piezoeléctricos

El principio detrás de los sensores piezoeléctricos se basa en un fenómeno físico que se presenta en ciertos cristales no conductivos, como el cuarzo. Al comprimir el cuarzo, se establece una polarización eléctrica en sus superficies opuestas. La reconfiguración de la estructura cristalina con carga eléctrica genera un momento dipolar que se traduce en una carga aparente en las superficies. La magnitud de esta carga es proporcional a la fuerza aplicada por la presión, y la polaridad

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