Scienza e Tecnologia

I settori applicativi dei sensori di pressione

I sensori industriali sono dispositivi attraverso i quali è possibile misurare una forma di energia o una grandezza specifica: per esempio il livello di umidità, la temperatura, la pressione, la viscosità, il segnale elettrico, il pH, il peso o la densità. Essa viene, poi, convertita in un’altra grandezza fisica come segnale in uscita: un segnale elettrico o impedenza. I sensori di pressione, ad esempio, trovano applicazione nel settore della regolazione degli impianti, in quanto convertono in un segnale elettrico analogico in uscita la pressione in ingresso. Fra i tanti esempi si può citare l’impiego nel condizionamento dell’aria e nella refrigerazione, ma anche nel settore delle macchine da lavoro mobili, in ambito alimentare, nel comparto dei semiconduttori e nella misurazione dei gas medicali.

Dove e perché vengono usati i sensori di pressione

Ma ci sono anche altri ambiti in cui i sensori di pressione vengono utilizzati: per esempio per la progettazione degli aerei e la loro costruzione, o ancora nell’industria navale e in quella automobilistica. Non tutti sanno che i sensori di pressione sono presenti anche in dispositivi che fanno parte della nostra vita di tutti i giorni, come i tablet e gli smartphone: i loro schermi funzionano, infatti, grazie a sensori di questo tipo. Si tratta di touch screen: ogni volta che si tocca lo schermo, il sensore indica in quale punto è stata eseguita la pressione, in modo che possa essere generato un segnale elettrico che raggiunge il processore.

Come funziona un sensore di pressione

Come abbiamo visto, con questi sensori, la pressione – che è una grandezza fisica – viene convertita in un segnale elettrico. Quasi tutti i trasduttori sono caratterizzati dalla presenza di una membrana, il cui livello di rigidità è variabile, che viene sottoposta alla pressione; essa, quindi, è sottoposta a una deformazione che in seguito si converte in segnale elettrico tramite una piezoresistenza. La differenza di pressione definisce l’entità della deformazione della membrana, le cui due facce sono sottoposte a pressioni differenti.

I sensori di pressione assoluta e i sensori differenziali

In particolare una faccia della membrana è sottoposta alla pressione che deve essere misurata, mentre l’altra è sottoposta a un tipo di pressione che varia a seconda del sensore. Infatti nel caso di un sensore di pressione assoluta si tratta del vuoto, nel caso di un sensore di pressione relativo si tratta di pressione atmosferica, mentre nel caso di un sensore di pressione differenziale si tratta di un’altra pressione. Ecco spiegata la ragione per la quale i sensori differenziali sono dotati di due porte per la connessione della pressione, a differenza dei sensori di pressione relativa e assoluta che ne hanno solo una. I sensori di pressione possono essere compatibili con sostanze aggressive, liquidi, aria o gas secchi a seconda delle caratteristiche costruttive del contenitore e della membrana.

La misurazione della pressione

Per ottenere la misurazione della pressione relativa è necessario mettere a confronto i valori che si ricavano dalla misurazione e quelli della pressione atmosferica. È questa, appunto, la ragione per la quale si parla di pressione relativa. Si tratta di una tipologia di misurazione che è strettamente correlata alla pressione atmosferica corrente, e che di conseguenza cambia in base all’altitudine a cui ci si trova. I settori applicativi sono molto specifici: per esempio la misurazione della pressione del sangue o quella delle gomme dei veicoli. La misurazione della pressione assoluta, invece, è quella che si riferisce alla condizione di vuoto assoluto, in cui la pressione è nulla e nell’atmosfera non c’è materia. Come si può intuire da tale descrizione, è più che altro una misurazione di carattere teorico, visto che non è così semplice ottenere una pressione nulla. Si ricorre ai sensori di questo tipo per misurare i valori barometrici.

La pressione differenziale

Per quel che riguarda la pressione differenziale e la sua misurazione, ci si basa sui dati di misurazione ricavati da due posizioni differenti. Si opta per questa soluzione quando si ha la necessità di misurare la pressione di fluidi che scorrono all’interno di un impianto, così che si possa appurare il giusto livello di omogeneità della pressione stessa. In questo modo, inoltre, si può verificare l’assenza di malfunzionamenti dovuti ad anomalie provocate da una carente manutenzione dei filtri o a intasamenti delle condotte.

Usi differenti a seconda delle esigenze

Come mostrato, è molto ampio e variegato il panorama dei sensori di pressione, e lo stesso dicasi per i rispettivi ambiti di applicazione. In fase di scelta del trasduttore di pressione è indispensabile provare a capire quale modello dovrà essere utilizzato e, di conseguenza, quali saranno le condizioni ambientali di impiego e le sollecitazioni a cui dovrà essere sottoposto il dispositivo, per esempio valutando un eventuale contatto con fluidi corrosivi come la benzina o l’acqua marina.

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