¿Algunas veces ha contemplado la influencia que tiene la temperatura para sus sensores de presión? Casi cualquier sensor de presión tiene en su hoja de especificaciones técnicas, algún tipo de dato relacionado con la temperatura. Esta nota técnica está trata acerca de la influencia de la temperatura para sensores de presión, cuantificando el impacto, y métodos para minimizarlo.
¿Porqué, los cambios de temperatura impactan a los sensores de presión?
Como para cualquier dispositivo presente en el mundo de mediciones de parámetros físicos, los sensores de presión están sujetos a los cambios de la temperatura ambiental y de la del fluido. Los efectos de la temperatura suelen ser los más importantes para la exactitud de la medición de presión. Los cuales influyen directamente en el sensor y el circuito que mide la señal eléctrica. Los sensores digitales de presión tienen circuitos electrónicos que convierten la presión en una señal analógica proporcional al valor de la presión.
Hay 3 factores del circuito del sensor que son afectados por los cambios de temperatura ambiental y del fluido:
1) La magnitud de la señal cuando la presión es cero.
2) La sensibilidad (ganancia) de la señal con la presión.
3) Las resistencias en el puente del diafragma.
Los sensores que llevan compensación por la temperatura usan algunas técnicas para corregir y minimizar el impacto por los cambios de temperatura a estos factores.
Para entender el efecto de la temperatura en el sensor, primero sería útil entender algunos términos comunes que se pueden encontrar en la hoja de especificaciones técnicas del sensor:
1) Rango de temperatura ambiental: Es el rango de temperatura sobre el cual se puede usar el sensor sin causarle daños.
2) Rango compensado de temperatura: Es el rango de temperatura ambiental sobre el cual la exactitud del sensor es válida.
3) Coeficiente de temperatura: Una corrección adicional (o posible error si no se aplica la corrección) de la señal cuando la temperatura es superior o inferior del rango compensado de temperatura.
Muchos sensores han sido probados, ajustados y calibrados solo a la temperatura ambiental del laboratorio. En este caso debemos tener en cuenta el coeficiente de temperatura cuando se usa el sensor a temperaturas diferentes a la del laboratorio.
Cuantificar el efecto ambiental de la temperatura.
¿Hasta qué nivel puede influir la temperatura sobre la exactitud de las mediciones? Dependerá del rango de temperatura compensada y el coeficiente de temperatura. Para demostrarlo, podemos considerar 3 dispositivos diferentes.
En la Figura 1 se puede ver la curva de corrección de 3 dispositivos con la misma exactitud básica del 0,05 %FS.
Figura 1:
No obstante, al considerar el rango de temperatura compensado y el coeficiente de temperatura, se puede observar mucha diferencia de exactitud real comparando los 3 dispositivos. La gráfica abajo, demuestra la exactitud total después de considerar el efecto de la temperatura sobre los 3 dispositivos. Se puede ver en uno de los casos, que debido a la ausencia de rango de temperatura compensado y considerando el coeficiente de temperatura, la exactitud o incertidumbre se triplica por este motivo.
Resultados de pruebas de temperatura compensada
Para demostrar el efecto de la temperatura compensada, hemos hecho pruebas con un sensor que no tenía rango de temperatura compensada sobre el rango de 0 a 40 bar y 0 a 40 ºC. Después hicimos la misma prueba con un sensor de temperatura compensada.
Como se podía esperar, cuando más elevada era la presión – más impacto debido a la temperatura ambiental había. A continuación, hay una gráfica comparativa sobre el error o corrección de la lectura de los dos instrumentos.
Minimizando los errores debido a la temperatura.
El efecto de la temperatura sobre un medidor de presión es despreciable si se usa la misma temperatura a la que fue ajustado o calibrado. No obstante, muchas veces no es así en la práctica. Gracias a avances conseguidos en la tecnología del sensor, hemos encontrado una variedad de métodos para reducir los efectos de la temperatura sobre los sensores de presión y definir con elevada fiabilidad un rango amplio de temperatura compensada.
Es importante comprobar si el cero del dispositivo está bien ajustado con respecto a la temperatura de uso. El ajuste del cero hace que la señal del cero de la electrónica se ajuste a la temperatura actual ambiental. Solo se debe ajustar el cero cuando la presión aplicada realmente es cero al nivel del conector del instrumento.
Ya que cada instrumento es único y se comporta de forma individual debido a los cambios de temperatura, Additel somete a pruebas de presión y temperatura cada sensor fabricado en una cámara térmica a diferentes temperaturas para caracterizar sus prestaciones como medidor de presión. Cada dispositivo contiene un circuito integrado de temperatura compensada con coeficientes individuales de ajuste. Como consecuencia, los usuarios pueden tener una seguridad muy elevada de que el dispositivo de medición de presión, sobre el rango de temperatura ambiental entre -10 y 50 ºC, no tenga incertidumbre o errores inesperados y no necesita aplicar correcciones a la lectura.