Dinàmica dels transmissors de pressió
- 09/10/2025
Com el ritme accelerat de la vida quotidiana, les exigències dels nostres sensors de pressió i del medi a mesurar també estan evolucionant. Moltes aplicacions requereixen mesuraments no només precises, sinó també ràpids. A més de la precisió del mesurament, el comportament dinàmic del sensor és especialment important. En poques paraules, això es refereix alhora que triga un canvi de pressió al mitjà de mesurament a produir un canvi en el senyal a la sortida del sensor.
Sovint se suposa que la freqüència límit, la freqüència de mostreig o paràmetres semblants de l'electrònica són factors decisius. En realitat, però, això és només un aspecte. Per realitzar una avaluació fiable, heu de considerar tot el sistema del sensor: des del capçal del sensor de pressió amb la càpsula del transductor de pressió plena d'oli i la rosca, fins a la secció central amb l'electrònica i la interfície elèctrica. Des del punt de vista de l'usuari, el sensor de pressió és només una part del sistema global.
Què tan ràpid ha de ser un sensor i què influeix realment a la seva dinàmica? En aquest bloc aprendrà per què no només l'electrònica, sinó tot el disseny del sensor, és crucial. Us mostraré aplicacions típiques on cada mil·lisegon compte, us brindaré informació sobre els resultats de les proves i us ajudaré a trobar el sensor adequat per a les vostres necessitats.
Paràmetres relacionats amb la velocitat dels transmissors de pressió
Les fitxes tècniques solen referir-se al temps de resposta, l'amplada de banda o la freqüència de mostreig. Això no obstant, aquests valors només són significatius si s'interpreten en el context adequat.
Diversos paràmetres físics i tècnics ajuden a avaluar la dinàmica d‟un transmissor de pressió.
Per comprendre els termes següents, és important conèixer la diferència teòrica entre analògic i digital, independentment de l'electrònica específica o els senyals de sortida. Molts termes no es poden comparar directament, ja que no existeixen per a tots dos tipus de senyal o simplement no tenen sentit.
Analògic vs. Digital
De l'origen de la paraula, analògic vol dir continu i sense escalonaments. Representa un senyal continu en valor i en el temps amb qualsevol quantitat de dades numèriques i un nombre infinit de valors, és a dir, permet un rang dinàmic molt alt.
Digital vol dir comptable. En matemàtiques, es refereix a valors discrets i graduats (p. ex., 0 i 1) com a nombres definits amb un nombre finit de valors.
Paràmetres en el full de dades
En essència, els fulls de dades de KELLER Pressure contenen quatre especificacions dinàmiques que varien segons la sèrie.
1. Temps d'arrencada/Temps de connexió
Descriu el temps transcorregut entre l‟aplicació de la tensió d‟alimentació i el moment en què el sensor proporciona un senyal de sortida vàlida. És rellevant per a sistemes que s'encenen i s'apaguen per estalviar energia. (Especificat al full de dades, temps típic en relació amb el 0...99 %)
2. Freqüència límit / Ample de banda (fg = punt de -3 dB) [Hz]
Especifica la freqüència fins a la qual es poden transmetre els canvis de pressió amb una atenuació màxima de 3 dB (70 % de l'amplitud). Per sobre d'aquesta freqüència, el senyal s'atenua progressivament. El sistema actua com un filtre passo baix.
L'amplada de banda és una característica típica dels sistemes analògics i no s'ha de confondre amb la freqüència de mostreig dels sistemes digitals. Exemple: Un sensor piezoresistivo té una freqüència límit de > 10 kHz; l'electrònica (p. ex., HB-Line) arriba fins a 60 kHz, per la qual cosa el rang d'utilització efectiu pot ser significativament menor segons el producte.
3. Freqüència de mostreig (Freqüència de mostreig) [SPS, Hz]
Indica la freqüència amb què es registra i processa internament un senyal per segon. Als nostres fulls de dades, aquest valor s'anomena «freqüència de mesurament intern» i sol especificar-se en Hz o SPS (mostres per segon).
Nota: La freqüència límit és decisiva per a les sortides analògiques i la freqüència de mostreig per a les digitals.
El X-Line destaca per la compatibilitat amb interfícies analògiques i digitals. Depenent del senyal de sortida seleccionat, ambdós valors es poden consultar al full de dades.
4. Freqüència de ressonància
La freqüència a què el sistema sensor comença a oscil·lar. Si l'aplicació és a prop d'aquesta freqüència, es poden produir oscil·lacions no desitjades, distorsió del senyal o fins i tot sobrecàrrega mecànica.
La freqüència de ressonància depèn en gran mesura de l'estructura mecànica, en particular del diafragma, l'ompliment d'oli i la connexió de pressió.
Paràmetres addicionals
Els termes següents poden ser importants per a la dinàmica dels sensors, però no s'especifiquen explícitament a tots els fulls de dades.
Temps de resposta
Descriu el temps (p. ex., t63 o t90) que un sensor necessita per assolir un percentatge definit del valor final (p. ex., 63 %, 90 % o 99 %) després d'un salt de pressió (l'anomenada resposta esglaonada).
Per a sensors analògics amb electrònica «ràpida» (p. ex., HB-Elektronik), el temps de resposta sol ser inferior a 10 µs. D'altra banda, els sistemes digitals com el X-Line requereixen entre 2 i 4 ms, depenent del senyal de sortida seleccionat.
Temps mort / Retard
Retard entre un canvi de pressió real a l'entrada i la primera reacció reconeixible a la sortida. Amb sensors purament analògics, el temps mort és insignificant, ja que els mesuraments es fan en temps real. Amb sensors digitals, el temps mort forma part del temps de resposta i no s'especifica com a valor únic.
Diferenciació entre l'amplada de banda del sensor i la freqüència de mostreig electrònic
En particular, en els sistemes digitals se sol assumir que una alta freqüència de mostreig implica automàticament una alta dinàmica. No obstant això, aquesta suposició només és parcialment correcta. L'amplada de banda del sensor defineix quines corbes de pressió es poden registrar, mentre que la freqüència de mostreig indica la freqüència amb què es mostra un senyal, o millor dit, es registra internament. Un convertidor analogicodigital ràpid és inútil si els components mecànics no poden seguir el ritme, i viceversa.
Aquests termes descriuen la rapidesa i fiabilitat amb què un transmissor de pressió pot reaccionar als canvis. Tot i això, sempre s'han de considerar en conjunt.
Aplicacions típicques amb altes exigències en la dinàmica de mesurament
En certes aplicacions, la dinàmica del transmissor de pressió té un paper fonamental.
Sistemes hidràulics
En aplicacions hidràuliques mòbils i estacionàries, la retroalimentació ràpida de la pressió és essencial per als canvis de càrrega i el moviment de les vàlvules. En aquest context, són especialment necessaris els transmissors analògics amb una àmplia amplada de banda i un temps mort mínim. Com més baix sigui el temps mort, més ràpid podrà el sensor proporcionar retroalimentació i controlar les vàlvules, per exemple. Un temps mort massa llarg provoca reaccions retardades o un comportament inestable del llaç de control.
Els nostres productes purament analògics i de la línia I ofereixen la dinàmica necessària amb amples de banda de fins a kHz. El seu disseny robust i les seves excel·lents opcions de ventilació (p. ex., muntatge encastat amb G1/4) els fan especialment adequats per a sistemes polsants.
Productes d'una ullada
 Sèries 21Y |
|
|
|
|
|
|
Tecnologia de banc de proves
En caracteritzar i provar bombes o vàlvules, cal registrar la corba de pressió en temps real, incloent temps de pujada i baixada ràpids. Gràcies al seu processament de senyals analògics i amples de banda de fins a 20 kHz, la línia HB és ideal per a aquestes tasques. L'alta qualitat del senyal i la baixa latència permeten una anàlisi precisa fins i tot de pics de pressió curts (més informació al nostre bloc "Pics de pressió en sistemes tancats"). En combinació amb transductors compactes, es poden fer fins i tot configuracions de prova complexes.
Especialment en investigació o control de qualitat (p. ex., proves de fugides), el registre complet d'una corba de pressió dinàmica és crucial. Els sensors utilitzats han de proporcionar senyals ràpids i amb baix nivell de soroll.
Productes d'una ullada
|
|
|
|
Aplicacions de l'hidrogen (H₂)
Durant el proveïment de vehicles de H₂, es produeixen alts augments de pressió i pics de pressió, coneguts com a transitoris, en qüestió de segons en iniciar o aturar el proveïment. Es requereixen transmissors piezoresistivos ràpids amb un disseny robust per detectar-los amb fiabilitat. Gràcies als transductors de pressió en oli ia la seva alta dinàmica de mesura, també es poden implementar funcions de seguretat i algorismes per a la detecció de fallades de manera fiable.
Productes d'una ullada
|
|
|
|
Factors que influeixen en la dinàmica
Per investigar què ralenteix els nostres sensors, es van realitzar proves pràctiques amb diverses configuracions de sensors en un laboratori extern. Els punts següents influeixen directament en la dinàmica dels nostres sensors:
La ventilació és crucial
La troballa més important de les proves amb fluids: les bombolles d'aire al sistema són el factor de risc més gran per a la dinàmica. En particular, als sistemes plens d'oli, fins i tot una petita quantitat d'aire residual té un efecte significatiu en la resposta a l'esglaó. Per tant, els transductors de pressió, com els de la connexió de procés M5 o G1/4, van mostrar resultats especialment bons en les proves esmentades.
L'electrònica marca la diferència, però no és l'única
La comparació de dos sistemes electrònics (el d'HB amb una amplada de banda de 60 kHz davant del d'1,2 kHz) mostra clarament que el d'HB pot visualitzar components d'alta freqüència a la corba de pressió que es perden amb el d'HB, que és més lent. Tot i això, el de HB només pot transmetre el que el sensor deixa passar mecànicament.
Com triar el sensor adequat?
En comprar un sensor, poques vegades n'hi ha prou amb un sol valor del full de dades. En canvi, convé fer una avaluació estructurada.
- Quina dinàmica es requereix realment?
- És suficient t90 = 10 ms o cal una resposta del sistema de < 1 ms?
- És suficient t90 = 10 ms o cal una resposta del sistema de < 1 ms?
- On es troben les debilitats dinàmiques a l'estructura planificada?
- Les línies llargues, els discs de filtre o els medis viscosos poden anul·lar els avantatges dun sensor ràpid.
- Les línies llargues, els discs de filtre o els medis viscosos poden anul·lar els avantatges dun sensor ràpid.
- Què és més important: l'amplada de banda o la freqüència de mostreig?
- Amb les sortides analògiques, el que compta és l'amplada de banda o la freqüència límit. Amb els sistemes digitals, la freqüència de mostreig és decisiva, però només té sentit dins de l'amplada de banda disponible.
- Amb les sortides analògiques, el que compta és l'amplada de banda o la freqüència límit. Amb els sistemes digitals, la freqüència de mostreig és decisiva, però només té sentit dins de l'amplada de banda disponible.
- Quina línia de productes compleix els requisits del sistema?
- Per a sistemes analògics altament dinàmics: Analògic pur, Línia HB (p. ex., M5HB)
- Per a aplicacions digitals precises amb una alta freqüència de mostreig: Línia X
- Per a aplicacions analògiques amb gran amplada de banda: Línia Y, Línia C
- Per aplicacions senzilles amb baixa dinàmica: Línia D
Missatges clau d'una ullada
Comprendre la dinàmica implica comprendre els sistemes. La dinàmica dun transmissor de pressió no és una propietat fixa; resulta de la interacció de nombrosos components. Si bé els sensors de pressió piezorresistius moderns amb electrònica optimitzada (p. ex., HB-Line) poden oferir respostes molt ràpides, el sistema en conjunt sempre és el factor decisiu:
Cada baula daquesta cadena pot limitar la dinàmica. En la majoria dels casos, no és l'electrònica, sinó l'acoblament mecànic-fluídic.
En categoritzar correctament termes com ample de banda, freqüència de mostreig, temps de resposta, temps mort i resposta a l'esglaó, es pot seleccionar el sensor adequat i evitar problemes de rendiment inesperats.
«Sovint se suposa que els factors decisius són la freqüència límit, la freqüència de mostreig o paràmetres semblants de l'electrònica. Però en realitat això és només un aspecte.»
Manuel Boller-Berger
Technical Product Manager
