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Instrumentos WIKA, S.A.
Tipos de Sensores para la medida de presiónCálculo de PrecisionesCálculo de Precisiones
Medida de Presión y Temperatura
INSTRUMENTOS WIKA, S.A. / Jornadas Telecontrol / Granada Abril 2008 / Jaume Pardo / Antoni Ciurans
Temas a tratarConceptos generales
Transmisor de presión
Rango de presión
Conexiones a proceso
C t bá iConceptos básicos para sensoresGama
Sensor piezoresistivoSensor piezoresistivo
Sensor Thin Film (Película delgada)
Sensor Thick Film cerámico (Película gruesa)
Especificaciones precisiónConceptos básicos
Situación del mercado
Medida de Presión y Temperatura
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Conceptos generalesConceptos generalesPresión
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Transmisor de presión
Definición
iópresión
Señal de salida eléctrica
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Transmisor de presión
MontajeSeñal de salida
Conexión eléctrica
ElectrónicaInfluencias ambientales
Sensor
Conexión a proceso
Presión
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Especificaciones Presión
Rango de presiónseñal
límite sobrepresión
presión rotura
valor inicialvalor final
presión
rango sobrepresiónrango de presión Transmisor dañado o destruido
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Especificaciones Presión
Rangos de presión estándar
0 ... 1 0 ... 100 ... 0.1 0 ... 100
0 ... 1.6
0 ... 2.5
0 ... 16
0 ... 25
0 ... 0.16
0 ... 0.25
0 ... 160
0 ... 250
0 ... 4.0
0 ... 6.0
0 ... 40
0 ... 60
0 ... 0.4
0 ... 0.6
0 ... 400
0 ... 600
Hasta 8.000
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Especificaciones Presión
Conexiones a proceso
1/2 NPTG1/2 B
1/4 NPT
1/4 NPT hembra
G1/4 DIN 3852-E
G1/4 ISO 228
1/8 NPTG1/4 hembra
G1/8 medio
membrana
aflorante
rosca estándar
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Conceptos básicospSensores
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Especificaciones Sensores
Gama
sensor cerámico de película gruesa (thick film)
sensor piezoresistivo
sensor de película delgada (thin film)
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Especificaciones Sensores
Sensor Piezoresistivo
unión chip-cabezal (bonding)
cabezal
vidrio
(bonding)
membrana(chip piezo) de silicio
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Especificaciones Sensores
Sensor piezoresistivo Ventajas y Desventajas
R d ió b j Lí id d ll i ( ítiRangos de presión bajosSeñal de salida alta (> 100 mV)Alta seguridad frente a sobrepresionesAlt i ió (Cl 0 05 %)
Líquido de relleno necesario (crítico para aplicaciones específicas)Necesaria compensación de temperatura individualAlta precisión (Clase 0.05 %) temperatura individual
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Especificaciones Sensores
Sensor Película Delgada (Thin film) Estructura
Resistencias compensación
Terminales
Resistencias del puente
Resistencias trim
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Especificaciones Sensores
Sensor Película Delgada (Thin film) Proceso Fabricación
resistencias puentepasivación
insulaciónterminales pasivación
cuerpo acero inoxidable
p
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Especificaciones Sensores
Sensor Película Delgada (Thin film) Ventajas y Desventajas
p
Posibilidad rangos alta presiónAlta presión roturaB t bilid d l ti B j ibilid d (2 V / V)Buena estabilidad a largo tiempoCompensación temperatura integradaPosibilidad alta precisión (clase 0,05%)Alt i t i f t h ib i
Baja sensibilidad (2 mV / V)Caro en diámetros más grandesLímite de sobrepresión bajo
Alta resistencia frente a choques, vibraciones y a cambios de presiones dinámicas.Líquido de relleno no necesario
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Especificaciones Sensores
Sensor cerámico monolítico de Película Gruesa (thick film)
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Especificaciones Sensores
Sensor cerámico monolítico proceso fabricación
i t i
terminales
resistencias
pasivaciónterminales
membrana
cuerpo cerámicop
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Especificaciones Sensores
Sensor cerámico ventajas y desventajas
C ió t t M b ióCompensación temperatura integradaMayor resistencia a corrosiónLíquido de relleno no necesario
Menor sobrepresiónJunta de sellado necesariaMenos adaptado a presiones dinámicasLíquido de relleno no necesario
Señal de salida más alta que en el sensor thin film
dinámicasLa cerámica es relativamente quebradizaRangos de presión limitadosRangos de presión limitados
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Porqué es necesario explicar los conceptos básicos y la situación del mercado en cuanto a la precisión de los transmisores de presión
1.- Hojas técnicas poco claras: decisiones incorrectas por parte de los técnicos.por parte de los técnicos.
2.- Precio / Calidad: comparación correcta entre transmisores. Frente a decisiones de precio es necesario comparar equipos de igual calidad.
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TemasTemasConceptos Básicos Situación del Mercado
Curva Ideal
Curva Real (Subiendo / Bajando)
Precisión (Accuracy)
Comparativa Fabricantes Europeos
Como lo hace WIKA
Precisión (Accuracy)
No Linealidad (Non-linearity)
Offset de cero (Zero offset)
Tolerancia del Span (Span tolerance)
Histéresis
N R tibilid d (N t bilit )No Repetibilidad (Non-repeatability)
Errores de Temperatura
Estabilidad
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Precisión
Error medido según IEC 1298-2
Señal
Curva , bajando
curva, subiendo
máximadesviación
curva ideal
máxima desviación
Presióncurva ideal
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Máxima DesviaciónLa precisión o máximo error medido indica la
á i d i ió t
Precisiónmáxima desviación entre la curva real y la curva ideal incluyendo:
No linealidad (non
Señal
No linealidad (non-linearity)
Offset de cero (zero offset)
20 mA precisión
offset)Tolerancia en span
(span tolerance)Histéresis (hysteresis)Histéresis (hysteresis)No repetibilidad (non-
repeatability)Presión4 mA
0 bar 10 bar
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No linealidad
De acuerdo a IEC 1298-2
Señalcurva promediop
curva referenciareferencia
máximadesviacióncurva ideal
máxima desviación
desviaciónPresióncurva ideal
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No linealidad
La no linealidad es la desviación máxima
Señal
desviación máxima existente entre la curva característica respecto a una línea de referencia.
No linealidad
Presión
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Offset de cero
El offset de cero es la desviación entre el punto
Señal
desviación entre el punto cero ideal y el real.
Presión4 mA
Offset de cero
0 bar
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Tolerancia en el span
El span es la diferencia entre el punto cero y el
SeñalTolerancia entre el punto cero y el
valor final de escala.
La tolerancia en el span es la desviación entre el
20 mAspan
es la desviación entre el valor real del span y el valor ideal del span.
La tolerancia en el spanLa tolerancia en el span no incluye el offset de cero.
Presión4 mA
0 bar 10 bar
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Histéresis
La curva característica al incremento y decremento
Señal
incremento y decremento de presión no es la misma.La histéresis es la
20 mAhistéresis
máxima desviación entre la curva real al incremento de presión y la curva real alla curva real al decremento de presión.
Presión4 mA
0 bar 10 bar
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No repetibilidad
La no repetibilidad es la máxima desviación
Señal
máxima desviación cuando medimos repetidamente bajo idénticas condiciones.
20 mA
No repetibilidadp
Presión4 mA
0 bar 10 bar
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Influencias ambientales
Rango de temperatura compensado
[%] compensadoerror [%] compensado
no compensado
temperature [°C]
20 °C20 °C
rango compensadorango compensado
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Estabilidad a 1 año
Señal
Presión
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Comparativa Fabricantes Europeos
Compañía 2WIKA Compañía 3 Compañía 4Compañía 1 p p p
precisión(linealidad, histéresis y
d ibilid d)
Desviación de la curva característica
0.5% typ.
linealidad0.5%
p
precisión0.5% typ.
No linealidad0.3%
reproducibilidad)0.4%
Offset de cero0.4%
tolerancia de cero1%
Offset de cero0.1 mA
Offset de cero0.3%
precisión(no linealidad
tolerancia de span1%
30 mV
Error total (18 22°C)(no linealidad,
histéresis, offset cero y span)
0.5%
(18…22°C)0.5%2.5% 1.0% 0.8%
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Precisión máxima y típica
acontecimientopromedio
68.27%
95.45%1 σ = típica3 σ = máxima
precisión [%]1 2 3123
1σ = 68.27%, 2σ = 95.45%, 3σ = 99.73%
1σ 2σ 3σ-1σ-2σ-3σ
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ResumenConceptos generales
Transmisor de presión
Rango de presión
Conexiones a proceso
C t bá iConceptos básicos para sensoresGama
Sensor piezoresistivoSeñalSeñal
Sensor piezoresistivo
Sensor Thin Film (Película delgada)
Sensor Thick Film cerámico (Película gruesa)
20 mA precisión20 mA precisión
Especificaciones precisiónConceptos básicos
Presión4 mA
Presión4 mA
Situación del mercado
Medida de Presión y Temperatura
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