Trasmettitore di pressione assoluta o relativa: quale ti serve realmente?

Qualcuno del team acquisti riceve una scheda tecnica da un ingegnere e vede "assolutotrasmettitore di pressione" su una riga e "trasmettitore di pressione relativa" su un'altra, e deve decidere velocemente quale ordinare. Entrambi sembrano uguali in una foto di catalogo. Entrambi emettono 4-20 mA nella maggior parte dei casi. La parte che conta davvero è sepolta all'interno del sensore: ciò che ciascuno usa come punto zero.

Mescolalo su un ordine di acquisto e il trasmettitore funziona ancora. Riporta semplicemente un numero che si discosta di circa un'atmosfera e, a seconda del processo, è irrilevante o un problema serio.

Cosa significa "pressione di riferimento" nella pratica

Un sensore di pressione non misura la pressione in modo isolato. Misura la differenza tra la pressione di processo su un lato della membrana e la pressione di riferimento sull'altro lato. Questo riferimento è ciò che definisce il tipo di sensore.

La strumentazione industriale generalmente si classifica in tre referenze:

• Pressione relativa, misurata rispetto alla pressione atmosferica locale
• Pressione assoluta, misurata rispetto a un vuoto sigillato
• Pressione differenziale, misurata tra due punti di processo anziché rispetto a un riferimento fisso

Il differenziale è un argomento a sé stante. La confusione si presenta quasi sempre tra i primi due.

Trasmettitori di pressione relativa

Un trasmettitore con manometro è dotato di un piccolo sfiato, solitamente fatto passare attraverso il cavo, che espone il lato di riferimento del diaframma all'aria aperta. Quando il trasmettitore si trova su una panchina senza nulla collegato, legge zero, perché sta confrontando atmosfera con atmosfera. Quando il tempo cambia o la pressione barometrica cambia, il punto zero si sposta con esso. Non è un difetto. È l'intero intento progettuale.

Questa è la scelta predefinita per la maggior parte dei circuiti di pressione industriali e c'è una buona ragione per questo. Una linea di scarico della pompa, un collettore di aria compressa, un cilindro idraulico, un circuito di livello del serbatoio dell'acqua - in quasi tutti questi, il numero che conta davvero per l'operatore è la pressione relativa all'atmosfera circostante. Nessuno che gestisce una stazione di pompaggio booster ha bisogno di conoscere la pressione assoluta rispetto a un riferimento di vuoto; devono sapere con quanta forza spinge la pompa rispetto all'ambiente.

Il compromesso-si presenta in due punti. Innanzitutto, un'unità calibrata e azzerata al livello del mare mostrerà un piccolo offset una volta installata in una struttura situata in quota, poiché ora sfoga in un'aria più rarefatta rispetto a quella con cui è stata testata. In secondo luogo, il percorso dello sfiato è anche un punto di ingresso. Umidità e polvere possono penetrare nella cavità di riferimento nel corso degli anni, motivo per cui i trasmettitori di misura in genere si affidano a un tappo essiccante o uno sfiato che richiede attenzione periodica. Se si salta la manutenzione in un impianto costiero o ad alta-umidità, il punto zero si sposta così lentamente che gli operatori spesso incolpano il processo prima di sospettare lo strumento.

Trasmettitori di pressione assoluta

Un trasmettitore assoluto sigilla il lato di riferimento del diaframma contro il vuoto invece di scaricarlo. Non c'è alcuna esposizione all'aria ambiente, quindi il riferimento non si sposta mai. A livello del mare, ciò significa che un trasmettitore assoluto seduto all'aria aperta non leggerà zero - ma leggerà circa 14,7 psi (101,3 kPa), perché è ciò che l'atmosfera standard è in realtà relativa a un vero vuoto.

Ciò è particolarmente importante laddove la deriva atmosferica corromperebbe la lettura anziché spostarla leggermente:

• Processi sotto vuoto come la liofilizzazione-, la degasazione o la distillazione sotto vuoto, in cui il processo opera al di sotto dell'atmosfera e un sensore del manometro esaurirebbe semplicemente l'intervallo e la risoluzione utilizzabili proprio quando inizia la parte interessante del processo
• Misurazione barometrica, in cui l'obiettivo è monitorare la pressione atmosferica stessa, non qualcosa ad essa relativa
• Camere di carico-confinate, simulazione dell'altitudine e ambienti di test aerospaziali, dove la ripetibilità tra siti e condizioni è più importante della comodità locale
• Trasferimento fiscale e misurazione del gas, dove i calcoli spesso richiedono un vero valore assoluto per regolamento, non uno referenziato localmente

Poiché la camera di riferimento è sigillata anziché ventilata, i sensori assoluti evitano anche la modalità di guasto dell'ingresso di umidità per la quale sono costruite le unità di misura. Il compromesso- è la verifica sul campo: non puoi semplicemente aprire un sensore assoluto per l'atmosfera e confermare lo zero come puoi fare con un'unità di misura. Per controllarlo correttamente è necessaria una fonte di vuoto di riferimento o uno standard barometrico calibrato.

Confronto-a-lato

I sensori ventilati necessitano di controlli periodici dell'essiccante; i sensori sigillati lo evitano, ma sono più difficili da individuare-controllare sul campo senza un'adeguata attrezzatura di riferimento.

C'è un'opzione intermedia: indicatore sigillato

Vale la pena menzionarlo prima di proseguire, perché compare nelle richieste di offerta più spesso di quanto le persone si aspettino. Un trasmettitore con manometro sigillato fa riferimento a una pressione interna fissa vicina all'atmosfera standard anziché a un vuoto reale o a uno sfiato aperto. Nel funzionamento quotidiano si comporta quasi come un'unità di calibro standard, ma senza il percorso di ventilazione che lascia penetrare umidità e contaminanti nel tempo. Alcuni produttori li posizionano per installazioni esterne, ambienti marini o ovunque i requisiti di manutenzione di un sensore ventilato siano impraticabili, senza pagare per un vero sensore assoluto di cui l'applicazione non ha bisogno.

Come decidere realmente

Inizia con ciò che "zero" deve significare per il processo

Se il numero che conta è la pressione relativa a qualunque cosa stia facendo l'atmosfera quel giorno, l'indicatore è corretto. Se il processo necessita di una lettura che rimanga stabile indipendentemente dal tempo, dall'elevazione o dalla deriva barometrica, ciò indica l'assoluto.

Controllare se il processo va mai nel vuoto

È qui che si verificano più spesso gli errori di selezione. Un trasmettitore di misura può tecnicamente mostrare una piccola lettura negativa sotto l'atmosfera, ma la sua portata e precisione sono costruite attorno al lato positivo dello zero. Se il processo trascorre il tempo reale al di sotto della pressione atmosferica, un trasmettitore assoluto scalato su tale intervallo offre una risoluzione di gran lunga migliore laddove conta.

Tenere conto dell'elevazione dell'installazione e della coerenza da sito-a-sito

Un trasmettitore calibrato al livello del mare e installato a 1.500 metri di altezza mostrerà un piccolo ma reale offset nel momento in cui viene collegato. Per un singolo sito, il re-azzeramento dopo l'installazione risolve questo problema. Per un'operazione che esegue lo stesso processo su più strutture a diverse altitudini, la misurazione assoluta rimuove completamente la variabile e mantiene le letture comparabili tra le sedi.

Cosa controllano effettivamente gli acquirenti prima di ordinare

Le schede tecniche dei trasmettitori relativi e assoluti sembrano quasi identiche, quindi la vera decisione di solito si riduce a un breve elenco di specifiche che determinano se l'unità è adatta all'installazione:

• Segnale di uscita.4-20 mA è ancora l'impostazione predefinita per i loop diretti, ma HART è comune dove conta la diagnostica e Modbus o altri protocolli digitali vengono visualizzati maggiormente sui nuovi sistemi integrati con PLC. Conferma che il sistema di controllo supporti effettivamente ciò che viene citato.
• Connessione al processo.Il tipo e le dimensioni della filettatura (G1/2, 1/4 NPT e simili) devono corrispondere ai raccordi esistenti, altrimenti la connessione errata trasforma uno scambio semplice in un lavoro di lavorazione.
• Classe di precisione e campo di pressione.Un sensore progettato per un ampio intervallo ma che funziona per la maggior parte del tempo vicino al fondo di tale intervallo perde una risoluzione significativa. Facendo corrispondere l'intervallo alla pressione operativa effettiva, e non solo al massimo che il processo potrebbe teoricamente raggiungere, si ottengono dati migliori.
• Certificazioni.ATEX o IECEx per aree pericolose, CE per il mercato UE, SIL2 per circuiti di sicurezza - questi non sono elementi opzionali se il sito di installazione li richiede e i tempi di consegna possono allungarsi se un'unità certificata non è già disponibile.
• Protezione dell'alloggiamento e dell'ingresso.La classificazione IP65, IP67 e completamente sommergibile conta molto di più all'aperto o in ambienti sottoposti a lavaggio rispetto a una sala con pannelli a clima-controllato.

Niente di tutto ciò cambia se il sensore relativo o assoluto è il tipo giusto. Determina se l'unità specifica ordinata funzionerà effettivamente una volta arrivata.

Errori da evitare

Alcuni modelli vengono visualizzati ripetutamente nella selezione del trasmettitore:

Trattare "classificato per il servizio di vuoto" come la stessa cosa di "riferimento assoluto". Molti trasmettitori di misura possono leggere nell'intervallo negativo vicino allo zero, ma questo non è un riferimento assoluto e la precisione intorno allo zero tende a soffrire su unità non progettate per questo.

Sostituzione con un trasmettitore sostitutivo proveniente da un clima o un'altitudine diversi senza rieseguire-l'azzeramento dopo l'installazione. È un piccolo spostamento, ma è reale ed è facile non notarlo finché qualcuno non nota che le letture non corrispondono del tutto alla vecchia unità.

Lasciare scorrere la manutenzione dell'essiccante sui sensori ventilati. La deriva è sufficientemente graduale da essere spesso attribuita al processo piuttosto che allo strumento, soprattutto in ambienti umidi o costieri.

Ordinazione di trasmettitori assoluti per applicazioni che non si avvicinano mai al vuoto. In genere costano di più e, per un serbatoio semplice o un circuito di pressione di linea, quel costo aggiuntivo non acquista nulla di cui il processo abbia effettivamente bisogno.

Dove ogni tipo appare nel campo

Un evaporatore sotto vuoto in un processo alimentare o farmaceutico necessita di un trasmettitore assoluto per monitorare la profondità effettiva della camera al di sotto dell'atmosfera. Un sensore del manometro esaurirebbe il raggio d'azione proprio all'inizio della parte significativa del processo.

Una stazione di pompaggio o un circuito di distribuzione dell'acqua non ha alcuna utilità reale per la misurazione assoluta. La pressione relativa relativa all'atmosfera è esattamente il numero di cui gli operatori hanno bisogno per giudicare giorno per giorno le prestazioni della pompa ed è più semplice da verificare sul campo.

Un semiconduttore o un processo a film sottile-con carico in esecuzione-camere di blocco specifica quasi sempre trasmettitori assoluti, poiché letture di vuoto ripetibili indipendenti dalle oscillazioni di pressione dell'HVAC dell'edificio sono il punto centrale della misurazione.

Domande comuni

È possibile utilizzare un trasmettitore con manometro in un'applicazione per il vuoto?

Solo nella parte bassa. Un sensore del manometro può mostrare piccoli valori negativi, ma la risoluzione e la precisione vicino al vuoto reale sono limitate dalla progettazione. Per qualsiasi cosa oltre un leggero vuoto, l'assoluto è la soluzione migliore.

L'altitudine è importante se il processo avviene in ambienti chiusi e a clima-controllato?

Sì, l'altitudine influisce sulla pressione atmosferica locale indipendentemente da ciò che accade all'interno. Il controllo climatico modifica la temperatura e l'umidità, non il riferimento atmosferico di base a cui si ventila un sensore del manometro.

Un trasmettitore di livello sigillato è uguale a un trasmettitore assoluto?

No. Fa riferimento a una pressione interna fissa vicina all'atmosfera standard, non a un vero vuoto, quindi si comporta come un'unità manometrica in uso ma senza il percorso di sfiato aperto.

Perché un trasmettitore assoluto legge circa 14,7 psi all'aria aperta invece di zero?

Perché fa riferimento a un vero vuoto e la pressione atmosferica standard al livello del mare è circa 14,7 psi superiore a tale riferimento. Un trasmettitore del manometro sottrae automaticamente la pressione atmosferica; uno assoluto no.

Ottenere le specifiche giuste la prima volta

La decisione tra indicatore-rispetto-assoluto si riduce a una domanda: il processo necessita di una lettura relativa all'atmosfera locale o di una lettura che resti stabile indipendentemente da essa. La maggior parte dei cicli di pressione quotidiani rientrano nella prima categoria. Il lavoro nel vuoto, nell'aerospaziale e nell'atmosfera di precisione rientrano nel secondo.

Se l'applicazione non è ancora evidente solo dal campo operativo, il percorso più veloce è inviare il campo di pressione, l'elevazione dell'installazione e se il processo scende mai al di sotto dell'atmosfera. Di solito questo è sufficiente per confermare il tipo e la portata del sensore corretti prima che venga ordinato qualcosa, piuttosto che scoprire dopo l'installazione che i numeri non quadrano.

Non sei ancora sicuro di quale sia adatto al tuo processo?

Inviaci il campo di pressione, il fluido di processo, l'altitudine di installazione ed eventuali requisiti di certificazione (CE, SIL2, ecc.) e confermeremo se un trasmettitore di pressione assoluta o relativa è la soluzione giusta, insieme a un campo e un segnale di uscita adeguati. La maggior parte delle richieste riceve una raccomandazione sulle specifiche entro un giorno lavorativo.

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Riferimenti

• Standard e terminologia dell'International Society of Automation (ISA) - per la strumentazione di processo e la misurazione della pressione.
• ASME B40.100, Manometri e accessori per manometri, American Society of Mechanical Engineers.
• Dati di riferimento del National Institute of Standards and Technology (NIST) - sulla misurazione del vuoto e della pressione atmosferica standard.
• Riferimento tecnico di Omega Engineering, Fondamenti di misurazione della pressione.
• Note tecniche Emerson/Rosemount - tipi di riferimento del trasmettitore di pressione e costruzione del sensore.