Vantagens e desvantagens dos transmissores de pressão de silício monocristalino, capacitivos e de silício difuso
Thread Content
Quem souber sobre as vantagens e desvantagens dos transmissores de pressão feitos de silício monocristalino, bem como dos transmissores de pressão de tipo capacitivo e de silício difuso, e quiser explicar em detalhes as diferenças em seu campo de aplicação, agradeço muito.
O conteúdo da resposta é baseado no Baidu Baike: Diferenças entre transmissores de pressão capacitivos e transmissores de pressão de silício difusivo. Os transmissores capacitivos possuem um componente sensorial com capacidade variável, chamado “câmara δ”. Esse sensor é um componente completamente fechado. A pressão do processo e a diferença de pressão são transmitidas até a membrana sensora por meio da membrana de isolamento e do óleo de silicone utilizado como fluido de preenchimento, o que causa um deslocamento na membrana sensora. A diferença de capacitância entre a membrana sensora e as duas placas capacitivas é convertida, por meio de componentes eletrônicos, em um sinal elétrico de saída em formato de dois fios, com valores entre 4 e 20 mA. Um circuito de amplificação eletrônica é composto por um descodificador, um oscilador, um amplificador de controle de oscilação, um detector de corrente, um amplificador de controle de corrente, um controlador de limitação de corrente, uma tensão de referência, um regulador de tensão, entre outros componentes. Através deles, são detectados os sinais de capacitância, o que permite controlar a frequência de oscilação, que é posteriormente convertida em saída de corrente. Desempenho – Vantagens: 1. Permite a obtenção de pressões extremamente baixas. 2. Possui grande capacidade de resistência à sobrecarga. 3. Alta precisão. Desvantagens: Não possui vantagens na medição de altas pressões. O processo de encapsulamento do sensor exige alto nível de precisão. Princípio de funcionamento: O instrumento converte os sinais de temperatura em sinais elétricos, por meio de sensores de temperatura. Em seguida, um amplificador prévio amplifica e filtra esses sinais elétricos, que são enviados ao módulo de conversão A/D da CPU, para que haja a transformação de valores analógicos em digitais. Por fim, o CPU processa os dados e exibe-os, além de gerar a saída PWM. Meio a ser medido ---〉 Sensor ---〉 Circuito eletrônico ---〉 Sinal de saída. A pressão do meio a ser medido atua diretamente sobre a membrana de cerâmica/silício difuso do sensor, fazendo com que ela se desloque ligeiramente, de maneira proporcional à pressão do meio. Em condições normais de funcionamento, o deslocamento máximo da membrana não excede 0,025 milímetros. O circuito eletrônico detecta esse deslocamento e o converte em um sinal de medição industrial padrão, correspondente àquela pressão. Em condições de sobrepressão, a membrana fica diretamente em contato com o substrato de cerâmica/réplica de silício. Como o espaçamento entre a membrana e o substrato é de apenas 0,1 milímetro, o deslocamento máximo da membrana em condições de sobrepressão também é de 0,1 milímetro. Assim, estruturalmente, é garantido que a membrana não sofra deformações excessivas. Esse sensor possui grande estabilidade e alta confiabilidade. Principais características do transmissor de pressão de silício difuso: 1. Alta estabilidade – melhor que 0,1% da escala total por ano. 2. Baixo desvio de temperatura – Como o líquido intermediário nos componentes de medição foi eliminado, o sensor consegue alcançar uma alta precisão de medição.
3. Boa confiabilidade – O uso de ICs em larga escala garante uma boa confiabilidade do circuito, além de uma forte resistência a interferências. 4. Ampla aplicabilidade – O produto dispõe de vários modelos e formas de conexão, podendo ser utilizado com diversos tipos de medição industrial. 5. Instalação e manutenção fáceis: a estrutura do produto é racional, ele é pequeno e leve, podendo ser instalado em qualquer local. As desvantagens são: abaixo de 0°C, a estabilidade térmica diminui significativamente; o dispositivo não consegue suportar pressões dinâmicas; as membranas são facilmente danificadas. Transmissores de pressão de silício difuso – Diferenças entre transmissores de pressão de silício difuso e transmissores de pressão capacitivos. Em meados da década de 1990, a empresa americana Icscnsor e a empresa Nova utilizaram duas tecnologias avançadas relacionadas ao silício para produzir novos sensores de pressão de silício difuso. Foram desenvolvidos transmissores de pressão de silício difuso com alta precisão, baixa variabilidade e resistência à corrosão. A pressão do processo é transmitida até a membrana de silício difuso por meio de uma membrana isolante e óleo de silicone selante. Ao mesmo tempo, a pressão do lado de referência (pressão atmosférica) atua no outro lado da membrana. Dessa forma, a diferença de pressão entre as duas faces da membrana gera um campo de pressão que faz com que uma parte da membrana seja comprimida. Na outra parte de estiramento, existem dois sensores de resistência na região de compressão e na região de estiramento, respectivamente, para detectar as mudanças na resistência elétrica causadas pela pressão, transformando assim o sinal de pressão em um sinal elétrico. O silício difuso tem dificuldade em funcionar corretamente abaixo de zero grau Celsius ou acima de 85°C, além de não ser adequado para pressões superiores a 20 MPa. Transmissores de pressão de filme capacitivo – Os transmissores de pressão absoluta de filme capacitivo existem há mais de 20 anos, desde a década de 1980. Devido à sua alta precisão, resistência à corrosão e à poluição, além de boa estabilidade, eles são considerados, tanto no Japão quanto em outros países, os instrumentos ideais para medir pressões em baixo vácuo. A empresa americana M.K.S é uma das principais fabricantes mundiais de transmissores de pressão de tipo capacitivo. Atua em diversos setores da indústria civil, desempenhando um papel importante também nas indústrias aeroespacial e nuclear. Esse transmissor de pressão é fabricado com base no princípio de que uma membrana elástica, sob a ação de uma diferença de pressão, gera uma variação de pressão que, por sua vez, provoca uma alteração na capacidade elétrica. Ele é composto por uma parte de detecção e por um circuito de conversão, como mostrado na Figura 7-34. A parte de detecção possui duas câmaras: uma câmara de vácuo e uma câmara de detecção. A câmara de vácuo possui uma estrutura totalmente selada. Após ser verificada como estanque por meio de um detector de vazamentos, ela é preenchida com gás por um longo período de tempo, e, por fim, o tubo de escape é selado. Além disso, são utilizados agentes desgaseificadores para eliminar os gases remanescentes, mantendo assim um alto nível de vácuo. As placas fixas ficam dentro da câmara de vácuo, e os fios que as conectam levam os sinais para fora da câmara. A membrana de detecção fica entre a câmara de vácuo e a câmara de baixo vácuo onde o sistema a ser testado está localizado. A membrana de detecção funciona como placa móvel, formando, juntamente com as placas fixas, um capacitor planar, que possui uma certa capacidade elétrica (J.). A pressão de baixo vácuo a ser medida entra na câmara de medição através do orifício de detecção. Isso faz com que a membrana de detecção se deforme, alterando assim a distância entre ela e a placa fixa; consequentemente, o valor da capacitância também muda. Diferentes valores de pressão de baixo vácuo determinam diferentes valores de capacitância. Por fim, o sinal do capacitor é enviado para a parte de conversão do circuito. Nessa parte, o sinal do capacitor é processado por meio de transformações, organização e amplificação, resultando em um sinal de tensão ou corrente padrão, que é proporcional à pressão no vácuo. Esse tipo de transmissor de pressão oferece medição de diferença de pressão de alta sensibilidade, com ponto zero estável. Possui boas características de resposta dinâmica e grande adaptabilidade, sendo geralmente adequado para a medição de pressões estáticas.
3. Boa confiabilidade – O uso de ICs em larga escala garante uma boa confiabilidade do circuito, além de uma forte resistência a interferências. 4. Ampla aplicabilidade – O produto dispõe de vários modelos e formas de conexão, podendo ser utilizado com diversos tipos de medição industrial. 5. Instalação e manutenção fáceis: a estrutura do produto é racional, ele é pequeno e leve, podendo ser instalado em qualquer local. As desvantagens são: abaixo de 0°C, a estabilidade térmica diminui significativamente; o dispositivo não consegue suportar pressões dinâmicas; as membranas são facilmente danificadas. Transmissores de pressão de silício difuso – Diferenças entre transmissores de pressão de silício difuso e transmissores de pressão capacitivos. Em meados da década de 1990, a empresa americana Icscnsor e a empresa Nova utilizaram duas tecnologias avançadas relacionadas ao silício para produzir novos sensores de pressão de silício difuso. Foram desenvolvidos transmissores de pressão de silício difuso com alta precisão, baixa variabilidade e resistência à corrosão. A pressão do processo é transmitida até a membrana de silício difuso por meio de uma membrana isolante e óleo de silicone selante. Ao mesmo tempo, a pressão do lado de referência (pressão atmosférica) atua no outro lado da membrana. Dessa forma, a diferença de pressão entre as duas faces da membrana gera um campo de pressão que faz com que uma parte da membrana seja comprimida. Na outra parte de estiramento, existem dois sensores de resistência na região de compressão e na região de estiramento, respectivamente, para detectar as mudanças na resistência elétrica causadas pela pressão, transformando assim o sinal de pressão em um sinal elétrico. O silício difuso tem dificuldade em funcionar corretamente abaixo de zero grau Celsius ou acima de 85°C, além de não ser adequado para pressões superiores a 20 MPa. Transmissores de pressão de filme capacitivo – Os transmissores de pressão absoluta de filme capacitivo existem há mais de 20 anos, desde a década de 1980. Devido à sua alta precisão, resistência à corrosão e à poluição, além de boa estabilidade, eles são considerados, tanto no Japão quanto em outros países, os instrumentos ideais para medir pressões em baixo vácuo. A empresa americana M.K.S é uma das principais fabricantes mundiais de transmissores de pressão de tipo capacitivo. Atua em diversos setores da indústria civil, desempenhando um papel importante também nas indústrias aeroespacial e nuclear. Esse transmissor de pressão é fabricado com base no princípio de que uma membrana elástica, sob a ação de uma diferença de pressão, gera uma variação de pressão que, por sua vez, provoca uma alteração na capacidade elétrica. Ele é composto por uma parte de detecção e por um circuito de conversão, como mostrado na Figura 7-34. A parte de detecção possui duas câmaras: uma câmara de vácuo e uma câmara de detecção. A câmara de vácuo possui uma estrutura totalmente selada. Após ser verificada como estanque por meio de um detector de vazamentos, ela é preenchida com gás por um longo período de tempo, e, por fim, o tubo de escape é selado. Além disso, são utilizados agentes desgaseificadores para eliminar os gases remanescentes, mantendo assim um alto nível de vácuo. As placas fixas ficam dentro da câmara de vácuo, e os fios que as conectam levam os sinais para fora da câmara. A membrana de detecção fica entre a câmara de vácuo e a câmara de baixo vácuo onde o sistema a ser testado está localizado. A membrana de detecção funciona como placa móvel, formando, juntamente com as placas fixas, um capacitor planar, que possui uma certa capacidade elétrica (J.). A pressão de baixo vácuo a ser medida entra na câmara de medição através do orifício de detecção. Isso faz com que a membrana de detecção se deforme, alterando assim a distância entre ela e a placa fixa; consequentemente, o valor da capacitância também muda. Diferentes valores de pressão de baixo vácuo determinam diferentes valores de capacitância. Por fim, o sinal do capacitor é enviado para a parte de conversão do circuito. Nessa parte, o sinal do capacitor é processado por meio de transformações, organização e amplificação, resultando em um sinal de tensão ou corrente padrão, que é proporcional à pressão no vácuo. Esse tipo de transmissor de pressão oferece medição de diferença de pressão de alta sensibilidade, com ponto zero estável. Possui boas características de resposta dinâmica e grande adaptabilidade, sendo geralmente adequado para a medição de pressões estáticas.