Há séculos que se conhecem métodos mecânicos de medição de pressão. Os manómetros de tubo em U, foram os primeiros indicadores de temperatura. Originalmente, estes tubos eram feitos de vidro e as escalas eram adicionadas conforme fosse necessário. Mas os manómetros são largos, tornando-se incómodos, e não estão bem ajustados para integração nas cadeias automáticas de controlo. No entanto, os manómetros encontram-se usualmente no laboratório, ou são usados como indicadores locais. Dependendo da pressão de referência usada, podem indicar pressões absolutas, atmosféricas e diferenciais.

Frequentemente utilizam-se termos como medidor, sensor, transdutor e transmissor de pressões. O termo medidor de pressão refere-se usualmente a um indicador que converte a pressão detectada, num movimento mecânico de um ponteiro. Um transdutor de pressão pode combinar o elemento primário de um medidor com um conversor mecânico/eléctrico ou mecânico/pneumático e um fornecimento de potência. Um transmissor de pressão é um “pacote” estandardizado de medição de pressão que consiste em três componentes básicos: um transdutor, seu fornecimento de potência e um condicionador/retransmissor de sinal que converte o sinal do transdutor num output estandardizado.

Os transmissores de pressão podem usar sinais pneumáticos (3-15 psig), electrónicos (4-20mA) ou ainda electrónicos digitais.

Da mecânica à electrónica

Os primeiros medidores de pressão usavam elementos flexíveis como sensores. Assim que a pressão mudava, o elemento flexível deslocava-se, e este movimento era utilizado para fazer rodar um ponteiro dum mostrador. Nestes sensores mecânicos de pressão, um tubo de Bourdon, um diafragma, detecta a pressão do processo e causa um movimento correspondente.

Sensores de pressão de diafragma.

Os diafragmas são populares entre os elementos primários e flexíveis de pressão, porque requerem menos espaço e porque o movimento (ou força) que produzem, é suficiente para operar transdutores electrónicos (ver figura 1). Estão também disponíveis numa larga variedade de materiais para processos corrosivos.

Depois dos anos 20, os sistemas de controlo automático evoluíram começando a ser comuns os transmissores de pressão e as salas centralizadas de controlo a partir dos anos 50. Por essa razão o diafragma não esteve mais que estar ligado a um ponteiro mas servia para converter a pressão do processo num sinal, eléctrico ou pneumático. De início, o acoplamento mecânico era ligado a um transmissor pneumático de pressão, que geralmente gerava um sinal de saída de 3-15 psig para a transmissão entre distâncias de várias centenas de pés. Mais tarde com a evolução da electrónica do estado contínuo e o aumento das distâncias de transmissão, os transmissores de pressão tornaram-se electrónicos. Os primeiros sinais de saída foram 10-50mV, 1-5mV e 0-100mV, mas depois passaram estar compreendidos entre 4-20mA.

Os manómetros de diafragma são instrumentos sensíveis, usados em processos de baixa pressão não excedendo os 15 psi. O diafragma é o elemento sensível deste medidor, podendo ser liso, ondulado ou um misto de liso e ondulado (normalmente é ondulado uma vez que assim aumenta o desvio sem reduzir a resistência).

Quando ar, gás ou líquido entram no sistema, uma pressão vai ser aplicada ao diafragma provocado a sua deformação. Esta é transmitida a um ponteiro do instrumento indicador, permitindo-nos saber então qual é a pressão do sistema.

Construção

O manómetro de diafragma tem como principais constituintes um diafragma, uma base, uma peça chamada "movement", uma caixa, um visor, um ponteiro e um mostrador.

Usualmente o metal é aquecido antes de modelar para produzir um limite elástico máximo. Depois de modelar, os diafragmas são aquecidos para libertar pressões e depois são quimicamente limpos.

Materiais

Diafragmas metálicos - Os materiais mais comuns são o aço inoxidável e bronze fosforoso, entre outros. São também utilizados o titânio, tântalo, etc.

Diafragmas Não-metálicos - Os materiais mais usados são as borrachas sintéticas. No entanto, estes materiais costumam vir reforçados com outros materiais tais como algodão e nylon.

A título de exemplo, apresentam-se os materiais de construção de um manómetro muito vendido da Marsh:

l Diafragma – bronze fosforizado; l Base – bronze; l "Movement" – policarbonato e bronze; l Caixa – aço resistente à oxidação, terminado com esmalte preto cozido; l Visor – lente de polímero acrílico; l Ponteiro –alumínio pintado de preto; l Mostrador – Alumínio revestido de branco com escalas pretas.

Para medição com extensómeros a relação entre a tensão de saída e a pressão é linear com erro inferior a 0.3 % desde que a deformação do disco na zona central seja inferior a 1/4 da espessura da membrana. Os discos são dimensionados para obedecer a este critério.

A frequência máxima que é possível medir com este manómetro depende da frequência de ressonância dos elementos mecânicos, havendo sensores capazes de funcionar desde 0 até 10 kHz.

Em seguida indicam-se de uma forma resumida as principais características do manómetro de diafragma:

l Gama de medida: 0-1000 Mpal Linearidade: Linearl Precisão: 0.1% FEl Estabilidade: Boal Preço: Médio/Alto

Para os diafragmas usados nas medição de pressão a deformação está normalmente limitado a 0.002 in (0.05 mm).

Este tipo de medidor é utilizado muitas vezes para a medição de baixas pressões, mas nem sempre isso se verifica. Dá-se aqui um exemplo para um medidor específico de um determinado fabricante:

(*) - Estes valores referem-se a um medidor cujo rebordo tem 160 mm de diâmetro. Se o diâmetro for diferente, a gama de medida não será a mesma.

Pode consultar a secção de fabricantes para obter informação detalhada para diferentes manómetros.

Na calibração de qualquer manómetro temos que ter em conta três factores:

a) zero b) multiplicação ou faixa c) angularidade

Por vezes pode ser necessário fazer um ajuste de um deles. O ajuste do zero não influi nos outros ajustes.

Factores a ter em conta na calibração: (a) zero, (b) multiplicação, (c) angularidade

O ajuste do zero do manómetro faz-se colocando o ponteiro no valor mínimo da escala com o diafragma em estado de repouso. Como podemos pela figura 2 (a) a diferença entre o valor real e a indicação é igual para toda a faixa.

A multiplicação ou faixa pode-se definir da seguinte forma: razão dos movimentos do elemento e da pena (ver figura 2 (b) ).

Angularidade é o deslocamento desigual da pena para a mesma quantidade de incremento da variável medida nas diferentes regiões da escala. O seu ajuste faz-se variando o camprimento do braço. (ver figura 2 (c) )

Existem diferentes medidores uma vez que nem sempre as condições de um determinado processo são as mesmas. Por isso temos que saber como escolher um determinado medidor. Esta selecção é diferente de fabricante para fabricante.

A selecção é feita da seguinte maneira:

l Tamanho do mostrador l Tamanho da caixa l Material do tubo e base l Tamanho da ligação l Localização da ligação l Características opcionais l Gama de medida da pressão

O preço do medidor obviamente varia de fabricante para fabricante. Apresenta-se na tabela seguinte os preços de dois diferentes.

Custo do aparelho para diferentes fabricantes: Marsh e Omega.

(*) – Existem estes três preços diferentes, dependentes dos locais de ligação do instrumento

www.foxboro.com

www.rototherm.co.uk

Vantagens

l Simples l Compactos l Requerem pouca manutenção l Feito com grande resistência à corrosão l Tolera formação de cristais l O elemento sensível (diafragma) tem grande duração

Desvantagens

l Requerem uma calibração muito cuidada. l Normalmente este tipo de medidor é aplicável para baixas pressões.