Introducción a los transductores de presión con salida de voltaje

Los transductores de presión con salida de voltaje se utilizan ampliamente en entornos industriales y de laboratorio para convertir parámetros de presión física en señales eléctricas proporcionales. Estos dispositivos suelen generar señales de voltaje como 0–5 VCC, 0–10 VCC o salidas ratiométricas que corresponden linealmente a los rangos de presión aplicados. La configuración de salida de voltaje ofrece distintas ventajas en aplicaciones que requieren alta inmunidad al ruido, una interfaz sencilla y compatibilidad con sistemas de adquisición de datos. A diferencia de los transductores basados en corriente (4–20 mA), los transductores de salida de voltaje sobresalen en entornos donde la resistencia del cable es insignificante y donde el consumo de energía debe minimizarse. Su implementación abarca numerosos sectores, incluidos las pruebas automotrices, el control de procesos, los sistemas hidráulicos y la instrumentación de laboratorio, proporcionando soluciones de medición fiables con una precisión que suele oscilar entre ±0,1% y ±0,5% de la escala completa.

Principios de funcionamiento y características de salida

Los transductores de presión con salida de voltaje funcionan según el principio de convertir la deformación mecánica inducida por la presión en señales eléctricas a través de elementos sensores como galgas extensométricas o materiales piezoeléctricos. En los transductores basados en galgas extensométricas, la presión aplicada a un diafragma provoca la deformación de las galgas extensométricas adheridas, cambiando su resistencia eléctrica en proporción a la presión. Este cambio de resistencia desequilibra un circuito de puente de Wheatstone, produciendo una salida a nivel de milivoltios que se amplifica a rangos de voltaje estándar. Las configuraciones de salida comunes incluyen 0–5 VCC, 0–10 VCC y 1–5 VCC, siendo esta última la que proporciona un cero en vivo (1 V) que distingue una falla del sistema de las lecturas de presión cero legítimas. Los transductores avanzados pueden incorporar voltajes de excitación de 10 VCC como máximo con sensibilidades de salida de alrededor de 3 mV/V, lo que significa que una excitación de 10 VCC produce una salida de escala completa de 30 mV. Estos dispositivos mantienen la precisión a través de circuitos de compensación de temperatura que minimizan los efectos térmicos en el equilibrio cero y la sensibilidad, que normalmente se especifican como ±0,005% de la escala completa/°F.

Escenarios de aplicación clave

Los transductores de presión con salida de voltaje cumplen funciones críticas en múltiples industrias. En las pruebas automotrices, monitorean la presión del colector, la presión del riel de combustible y la presión hidráulica de la transmisión, proporcionando señales de voltaje compatibles con los sistemas de adquisición de datos para el análisis del rendimiento. Las aplicaciones de control de procesos industriales incluyen el monitoreo de bombas y compresores, donde las señales de 0–10 VCC se interconectan directamente con los controladores lógicos programables (PLC) para la regulación de la presión en tiempo real. El monitoreo de sistemas hidráulicos utiliza estos transductores para medir la presión del fluido en cilindros y actuadores, con salidas de voltaje que permiten una respuesta rápida a las variaciones de presión para la seguridad y la eficiencia. Las aplicaciones de instrumentación de laboratorio incluyen el monitoreo de la presión de los equipos médicos y las cámaras de prueba ambiental, donde las señales de voltaje facilitan el registro y análisis precisos de los datos. La compatibilidad de las salidas de voltaje con el hardware estándar de adquisición de datos hace que estos transductores sean ideales para aplicaciones de investigación y desarrollo que requieren monitoreo de presión multipunto.

Acondicionamiento de la señal e integración del sistema

La integración efectiva de los transductores de presión con salida de voltaje requiere un acondicionamiento de señal adecuado para mantener la precisión de la medición. La estabilidad del voltaje de excitación es fundamental, ya que las variaciones afectan directamente a la precisión de la salida; las fuentes de alimentación reguladas con baja ondulación (normalmente 1 MΩ) recomendados para la captura precisa de la señal.

Especificaciones de rendimiento y criterios de selección

Los parámetros de rendimiento clave para los transductores de presión con salida de voltaje incluyen la precisión, la estabilidad térmica y la fiabilidad a largo plazo. Las especificaciones de precisión suelen oscilar entre ±0,15% y ±0,5% de la escala completa, y los modelos de mayor precisión alcanzan ±0,15% a través de una compensación de temperatura avanzada. Los efectos térmicos en el cero y el span son consideraciones críticas, con especificaciones como ±0,005% de la escala completa/°F que garantizan el rendimiento en rangos de temperatura de funcionamiento de -100°F a 325°F (-73°C a 163°C). Los rangos de presión se extienden desde el vacío hasta 7500 psi, con materiales como el acero inoxidable 17-4 PH que proporcionan compatibilidad con varios medios. Los criterios de selección deben incluir el rango de presión requerido, la compatibilidad con los medios, las necesidades de precisión, el rango de temperatura de funcionamiento y los requisitos eléctricos. Para entornos peligrosos, pueden ser necesarios diseños intrínsecamente seguros con las certificaciones adecuadas (ATEX, IECEx).

Ventajas y limitaciones en comparación con la salida de corriente

Los transductores de salida de voltaje ofrecen varias ventajas sobre las configuraciones de bucle de corriente, incluida una electrónica de interfaz más sencilla, un menor consumo de energía y mayores velocidades de respuesta debido a los circuitos de menor impedancia. Son ideales para aplicaciones de corta distancia (normalmente <50 pies) donde la caída de voltaje es insignificante. Sin embargo, las señales de voltaje son más susceptibles a las interferencias electromagnéticas y a la caída de voltaje en cables largos, lo que hace que los transductores de bucle de corriente (4–20 mA) sean preferibles para distancias más largas o entornos ruidosos. Las salidas de voltaje también requieren fuentes de alimentación dedicadas en cada punto de medición, mientras que los dispositivos de bucle de corriente de dos hilos pueden alimentarse a través de las líneas de señal. La elección entre la salida de voltaje y la de corriente debe considerar la distancia, el entorno de ruido, la disponibilidad de energía y la compatibilidad del sistema.

Conclusión: Optimización de la implementación de la salida de voltaje

Los transductores de presión con salida de voltaje continúan evolucionando con mejoras en los materiales, los algoritmos de compensación y las capacidades de integración. La tendencia hacia una mayor precisión, una compensación de temperatura más amplia y las superposiciones de comunicación digital (por ejemplo, IO-Link) mejora su utilidad en entornos de fábrica inteligente. La selección, instalación y acondicionamiento de señal adecuados garantizan un rendimiento óptimo, lo que convierte a los transductores de salida de voltaje en componentes valiosos en los sistemas de medición y control en todas las industrias.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-Más productos