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Manómetro diferencial: el centinela de la presión en la industria
1. Principio de funcionamiento: vínculo completo desde la respuesta de detección hasta la presentación de la señal.
La función principal del manómetro diferencial es convertir la diferencia de presión en una señal observable. Los distintos tipos de instrumentos logran esta conversión mediante estructuras de detección diferenciadas, que pueden dividirse en dos tipos técnicos: mecánico y electrónico.
(2) Medidor electrónico de presión diferencial: conversión eléctrica de señales mecánicas
El manómetro diferencial electrónico desencadena cambios en las características eléctricas a través de la deformación del elemento sensor y emite una señal digital después del procesamiento del circuito, que tiene mayor precisión y capacidades inteligentes:
Piezoresistivo: El núcleo es un chip semiconductor sensible a la presión. El diafragma de silicio sufre una deformación elástica bajo la acción de la diferencia de presión, lo que provoca una variación del coeficiente piezoresistivo de la red de silicio, desequilibrando así el valor de resistencia del puente de Wheatstone. Tras compensar la deriva de temperatura mediante el proceso de ajuste láser, puede generar una señal eléctrica linealmente relacionada con la diferencia de voltaje, con una precisión de ±0,1 % a ±0,5 %, un tiempo de respuesta inferior a 5 ms y compatible con la transmisión de 4-20 mA y el protocolo HART.
Tipo capacitivo: Con placas paralelas como núcleo sensor, la diferencia de presión modifica la distancia entre la placa móvil y la fija, lo que resulta en un cambio en la capacitancia. Este tipo tiene una sensibilidad extremadamente alta y puede medir pequeñas diferencias de presión en el rango de μPa. Presenta buena estabilidad y una pequeña deriva de temperatura, lo que lo hace ideal para situaciones especiales con requisitos de precisión exigentes.
(1) Manómetro diferencial mecánico: amplificación y conducción de la deformación mecánica.
Los manómetros diferenciales mecánicos no requieren alimentación y se basan en la deformación mecánica del elemento sensor y la amplificación de la señal del mecanismo de transmisión para obtener la medición. Los tipos comunes y sus principios básicos son los siguientes:
Tipo de columna de líquido: Utilizando el principio físico "ΔP = ρgh" (ρ es la densidad del líquido, g es la aceleración de la gravedad, h es la diferencia de altura de la columna de líquido), la diferencia de presión se convierte en la diferencia de altura del líquido en el tubo de vidrio. Se suele utilizar agua, alcohol o mercurio como medio. La estructura es sencilla y la precisión puede alcanzar ±0,5 %, pero la respuesta es lenta y se ve fácilmente afectada por el ángulo de instalación y la temperatura. Por ejemplo, al calibrar la presión de un gas a baja presión en el laboratorio, la diferencia de presión se puede leer directamente observando la diferencia de nivel de líquido a ambos lados del tubo en forma de U.
Tipo de diafragma: Se utiliza un diafragma elástico de metal o caucho como elemento sensor principal. La diferencia de presión provoca la deformación del diafragma. Tras amplificarse la deformación mediante un mecanismo de transmisión de palanca o engranaje, este hace que la aguja se desvíe en el dial. Su rango de medición abarca desde varios Pa hasta decenas de kPa. Presenta buena resistencia a los impactos y una precisión de aproximadamente ±1 % a ±2,5 %. Sin embargo, presenta problemas de desgaste mecánico y es adecuado para la monitorización de caudal y la alarma de bloqueos en plantas industriales.
Tipo de tubo de resorte: Dos tubos de resorte simétricos se conectan a los extremos de alta y baja presión, respectivamente. La diferencia de presión provoca que los tubos de resorte se deformen en direcciones opuestas. Tras transmitirse la deformación a través del soporte en forma de "I", el mecanismo de engranajes la convierte en lecturas de aguja. Esta estructura ofrece una gran resistencia a la alta presión, permite medir diferencias de presión en MPa y posee una excelente resistencia al impacto. Se utiliza ampliamente en la monitorización de tuberías de alta presión en la industria petroquímica.