Consideraciones para incluir un sensor de presión montado en placa

En este artículo, descubra qué son los sensores de presión de montaje en placa, cómo funcionan, sus beneficios, aplicaciones y cómo elegir uno para un diseño.

Los sensores de presión montados en placa (Figura 1) ya se están utilizando en una serie de aplicaciones que incluyen dispositivos médicos, automatización industrial y HVACR. Pero, ¿por qué podrían elegirse sobre los sistemas de detección de presión más tradicionales?

Figura 1:Ejemplos de sensores de presión montados en placa. Imagen utilizada por cortesía de Honeywell

Los sensores de presión de montaje en placa, como su nombre lo indica, son sensores de presión diseñados para montarse en una PCB (placa de circuito impreso), convirtiéndose así en una parte integrada de un conjunto electrónico. Mientras que algunos sensores están diseñados para evaluar la presión de contacto físico entre un sensor y un objeto sólido, otros están diseñados específicamente para medir la presión de un líquido o gas.

Beneficios de los sensores montados en placa

En general, los beneficios del sensor de presión de montaje en placa radican en incluir los sensores y el ASIC (circuito integrado específico de la aplicación) en un solo chip que es fácil de colocar, incluso en PCB muy concurridos.

Tal enfoque:

• Reduce los costos de las piezas
• Simplifica la complejidad del diseño
• Reduce la huella del sistema
• Aumenta la flexibilidad del diseño en la implementación del sensor

Además, algunos de estos sensores incluyen calibración, amplificación y compensación de temperatura integrados en un solo paquete que:

• Mejora el tiempo de actividad del sistema
• Hace que el reemplazo de sensores sea mucho más fácil
• Crea una huella más compacta y liviana de los sistemas de medición de presión.

Otro beneficio es cómo estos sensores están diseñados para funcionar en entornos que involucran altos niveles de humedad y / o exposición a varios fluidos y gases. Esto permite que el sensor se exponga directamente a los medios que se están midiendo, lo que puede ser extremadamente importante en aplicaciones como ventiladores o máquinas de apnea del sueño (consulte la Figura 2).

Figura 2:Diagrama de ejemplo de sensores usados ​​en una máquina de apnea del sueño. Imagen utilizada por cortesía de Honeywell

Finalmente, existen ciertos tipos de estos sensores que brindan niveles extremadamente altos de precisión junto con buena precisión, resolución y repetibilidad, todo lo cual puede ser crítico en muchos dispositivos.

Tipos de presión para sensores de presión

Casi todos los sensores de presión montados en placa dependen de algún tipo de estructura de micro-nivel (por ejemplo, diafragma) que exhibe un cambio en una característica eléctrica que es proporcional a la deformación que experimenta cuando se deforma.

Las características eléctricas pueden incluir un cambio en la capacitancia, resistencia o carga, todo lo cual se puede medir y transformar en una señal eléctrica.

Los tres tipos de presiones que miden los sensores de presión son:

• Presión manométrica , la presión relativa a la presión atmosférica
• Presión diferencial , la diferencia de presión entre dos puntos
• Presión absoluta, la presión relativa a 0 psi

En la mayoría de los casos, los sensores de presión manométrica proporcionan una salida que es proporcional a cualquier variación de la presión atmosférica, mientras que la presión diferencial se basa en mediciones de presión entre dos puertos. Finalmente, los sensores de presión absoluta usan una referencia de vacío interna y generalmente se usan para medir cambios de presión barométrica o cambios de altitud.

Aplicaciones:médica e industrial

Los sensores de presión montados en placa se utilizan en muchas aplicaciones e industrias diferentes (Figura 3), que van desde dispositivos médicos de misión crítica hasta fabricación automatizada.

Se pueden encontrar en HVACR detectando filtros obstruidos, ayudando con el monitoreo ambiental y IAQ (Calidad del aire interior) y la conservación de energía del edificio.

Estos sensores de presión también funcionan bien para medir la presión estática del conducto, detectar la presencia de filtros y admitir el control VAV (volumen de aire variable).

Figura 3:Dos aplicaciones de ejemplo en las que se puede aplicar este tipo de sensor son dispositivos médicos (izquierda) y entornos industriales (derecha). Imagen utilizada por cortesía de Honeywell

Industria médica

En la industria médica, han demostrado ser indispensables en varios equipos que incluyen:

• Ventiladores
• Máquinas de anestesia
• Presión de aire de la habitación del hospital
• Espirómetros

Los sensores de presión montados en placa también se utilizan en equipos relacionados con análisis de sangre, diálisis, centrifugación y distribución de gases como oxígeno y nitrógeno.

Industria industrial

En un contexto industrial, estos sensores se utilizan en:

• Maquinaria general
• Monitoreo de condición
• Dispositivos IIoT (Internet industrial de las cosas)
• Industria 4.0
• Robótica

Estos sensores se utilizan en entornos industriales con:

• Control de aire neumático
• Control de procesos
• Detección de fugas
• Sistemas de control del clima
• Vacuostatos
• Altímetros
• Barómetros

Elección de un sensor:especificaciones y características

Antes de elegir un sensor de presión de montaje en placa, es importante comprender algunas especificaciones y características clave de estos sensores.

Cuando se trata de las especificaciones de este tipo de sensor, a menudo se incluyen el rango de la señal de salida y el voltaje de suministro. Además, se debe elegir si la señal de salida es analógica o digital VCC radiométrica I ² C o Serial Peripheral Interface (SPI), que se puede conectar directamente a un microprocesador o microcontrolador.

Analógico o digital también influye en la frecuencia con la que se pueden actualizar los valores de los datos, que normalmente se mide en kHz.

En cuanto a las características básicas de los sensores de presión montados en placa, a menudo se incluyen:

• Rango:presión mínima y máxima que el sensor puede detectar con precisión
• Resolución:cambio de presión mínimo que debe estar presente para que la señal de salida lo refleje

Tenga en cuenta que existe una relación entre el rango y la resolución:cuanto mayor es el rango, menos resolución es posible y viceversa.

Además de las características de presión estándar, es aconsejable considerar la presión de rotura. Algunas aplicaciones, incluidas las del campo médico, pueden implicar procedimientos de limpieza o saneamiento que pueden provocar un aumento temporal pero significativo de la presión. Picos de presión que, aunque transitorios, aún exceden el límite de sobrepresión para el dispositivo.

Otra característica clave a considerar es la temperatura. Dado que la temperatura tiene un impacto significativo en la presión, algunos (pero no todos) los sensores de presión montados en placa tienen compensación de temperatura por factores como:

• Desplazamiento del sensor
• Sensibilidad
• Efectos de la temperatura
• No linealidad.

Esta compensación de temperatura a menudo se logra mediante el uso de ASIC integrados.

La precisión, que indica qué tan cerca está el valor de presión informado por el sensor a la presión real que se está midiendo, también es crucial.

La precisión se informa como un porcentaje de los sensores de presión de escala completa (FS) o rango de banda de escala completa (FSS). También se puede informar en términos de banda de error total (TEB), que representa la precisión del sensor en un rango con compensación de temperatura.

Una última característica de estos sensores involucra el tipo de medio con el que trabaja (por ejemplo, fluidos, gases secos) y si el medio debe cumplir con requisitos adicionales como no corrosivo o no iónico.

Aunque estas son solo algunas especificaciones y consideraciones, es necesario considerar cada una al elegir qué sensor de presión seleccionar.

Línea de productos de cerámica de silicio (SSC) de precisión estándar TruStability de Honeywell

En general, estos sensores pueden ser beneficiosos para aplicaciones que requieren una huella pequeña y una exposición directa a los medios. Cuando se seleccionan e integran correctamente, pueden resultar muy fiables con una precisión excelente en una amplia gama de presiones.

La línea de productos Honeywell TruStability Standard Accuracy Silicon Ceramic (SSC) es una opción para líquidos y gases no iónicos y no corrosivos, incluido el aire y otros gases secos, en un amplio rango de presión de ± 1,6 mbar a ± 10 bar (± 160 Pa hasta ± 1 MPa).

Esta familia de sensores ha sido calibrada y compensada por temperatura para compensación de sensor, no linealidad, sensibilidad, efectos de temperatura (-20 ° C a 85 ° C), utilizando un ASIC integrado, soporta altas presiones de explosión y cumple con IPC / JEDEC J-STD-020D.1 Requisito de nivel 1 de sensibilidad a la humedad.

Estos sensores pueden medir presiones manométricas, diferenciales y absolutas y son compatibles con radiométricas analógicas e I ² Salida digital C / SPI.

Además, estos sensores incluyen:

• Lecturas que se actualizan a 2 kHz para digital y 1 kHz para analógico
• Un error total de ± 2% FSS a ± 5% FSS, según el rango de presión, con niveles de precisión líderes en la industria de ± 0,25% FSS BFSL.
• Un modo de suspensión de apoyo para la eficiencia energética.
• Una amplia gama de configuraciones de puertos y carcasas para acortar el tiempo de diseño y desarrollo de los ingenieros.

Sager Electronics es un distribuidor autorizado de Honeywell Sensing e IoT, que ofrece una amplia gama de sensores de presión montados en placa TruStability, así como otras soluciones de sensores y conmutación. Haga clic aquí para obtener más información sobre estos sensores o visite el catálogo de Honeywell en sager.com.

Los artículos de la industria son una forma de contenido que permite a los socios de la industria compartir noticias, mensajes y tecnología útiles con los lectores de All About Circuits de una manera que el contenido editorial no es adecuado. Todos los artículos de la industria están sujetos a estrictas pautas editoriales con la intención de ofrecer a los lectores noticias útiles, experiencia técnica o historias. Los puntos de vista y las opiniones expresados ​​en los artículos de la industria son los del socio y no necesariamente los de All About Circuits o sus redactores.