I sensori di pressione sono utilizzati in una varietà di applicazioni industriali che vanno dall'idraulica e dal pneumatico; Gestione dell'acqua, idraulica mobile e veicoli fuoristrada; pompe e compressori; Sistemi di aria condizionata e refrigerazione per l'ingegneria e l'automazione delle piante. Svolgono un ruolo chiave nel garantire che lo stress del sistema rientri nei limiti accettabili e contribuiscano a garantire un funzionamento affidabile delle applicazioni. A seconda dei requisiti di installazione e di sistema, ci sono diversi vantaggi nell'uso di sensori di pressione analogici e digitali.
Quando utilizzare digitale e analogicoSensori di pressionenella progettazione del sistema
Se il sistema esistente si basa sul controllo analogico, uno dei vantaggi dell'utilizzo di un sensore di pressione analogica è la sua semplicità di configurazione. Se è necessario un solo segnale per misurare un processo dinamico nel campo, un sensore analogico combinato con un convertitore da analogico a digitale (ADC) sarebbe una soluzione più semplice, mentre un sensore di pressione digitale richiederebbe un protocollo specifico per stabilire la comunicazione con il sensore. Se l'elettronica del sistema richiederebbe un ciclo di controllo attivo molto rapido, un sensore di pressione analogico è la soluzione migliore. Per i sistemi che non richiedono tempi di risposta più velocemente di circa 0,5 ms, dovrebbero essere considerati i sensori di pressione digitale, poiché semplificano il networking con più dispositivi digitali e rendono il sistema più a prova di futuro.
Un momento opportuno per prendere in considerazione la possibilità di passare ai sensori di pressione digitale in un sistema analogico è quello di aggiornare i componenti per includere microchip programmabili. I microchip moderni sono ora più economici e più facili da programmare e la loro integrazione in componenti come i sensori di pressione potrebbe semplificare la manutenzione e gli aggiornamenti del sistema. Ciò consente di risparmiare potenziali costi hardware, poiché il sensore digitale può essere aggiornato tramite software anziché sostituire l'intero componente.
Un momento opportuno per prendere in considerazione la possibilità di passare ai sensori di pressione digitale in un sistema analogico è quello di aggiornare i componenti per includere microchip programmabili. I microchip moderni sono ora più economici e più facili da programmare e la loro integrazione in componenti come i sensori di pressione potrebbe semplificare la manutenzione e gli aggiornamenti del sistema. Ciò consente di risparmiare potenziali costi hardware, poiché il sensore digitale può essere aggiornato tramite software anziché sostituire l'intero componente.
La progettazione plug-and-play e la lunghezza del cavo più corta del sensore di pressione digitale semplificano la configurazione del sistema e riduce i costi di installazione complessivi per le applicazioni impostate per le comunicazioni digitali. Quando il sensore di pressione digitale è combinato con un tracker GPS, può individuare e monitorare in modo reale i sistemi remoti basati su cloud in tempo reale.
I sensori di pressione digitale offrono molti vantaggi come basso consumo di energia, rumore elettrico minimo, diagnostica dei sensori e monitoraggio remoto.
Vantaggi dei sensori di pressione digitale
Una volta che un utente ha valutato se un sensore di pressione analogico o digitale è il migliore per una determinata applicazione, la comprensione di alcune delle caratteristiche benefiche che i sensori di pressione digitale offrono per le applicazioni industriali contribuiranno a migliorare la sicurezza, l'efficienza e l'affidabilità del sistema.
Un semplice confronto tra circuito inter-integrato (I 2 C) e interfaccia periferica seriale (SPI)
Due protocolli di comunicazione digitale comunemente utilizzati nelle applicazioni industriali sono circuiti inter-integrati (I 2 C) e interfaccia periferica seriale (SPI). I2C è più adatto per reti più complesse perché sono necessari meno fili per l'installazione. Inoltre, I2C consente più reti master/slave, mentre SPI consente solo una rete slave master/multipla. SPI è una soluzione ideale per networking più semplici e velocità e trasferimenti di dati più elevati come la lettura o la scrittura di schede SD o le immagini di registrazione.
Segnale di uscita e diagnostica del sensore
Una differenza importante tra sensori di pressione analogica e digitale è che l'analogico fornisce solo un segnale di uscita, mentre i sensori digitali forniscono due o più, come segnali di pressione e temperatura e diagnostica del sensore. Ad esempio, in un'applicazione di misurazione del cilindro del gas, le informazioni di temperatura aggiuntive ampliano il segnale di pressione in una misurazione più completa, consentendo di calcolare il volume del gas. I sensori digitali forniscono anche dati diagnostici, comprese le informazioni critiche come l'affidabilità del segnale, la prontezza del segnale e guasti in tempo reale, abilitando la manutenzione preventiva e riducendo il potenziale di inattività.
I dati diagnostici forniscono uno stato dettagliato del sensore, ad esempio se l'elemento del sensore è danneggiato, se la tensione di alimentazione è corretta o se ci sono valori aggiornati nel sensore che può essere ottenuto. I dati diagnostici dei sensori digitali possono portare a decisioni migliori quando la risoluzione dei problemi rispetto ai sensori analogici che non forniscono informazioni dettagliate sugli errori del segnale.
Un altro vantaggio dei sensori di pressione digitale è che hanno caratteristiche come allarmi che possono avvisare gli operatori di condizioni al di fuori dei parametri impostati e la capacità di controllare i tempi e l'intervallo delle letture, contribuendo a ridurre il consumo complessivo di energia. Poiché il sensore di pressione digitale fornisce un gran numero di output e funzioni diagnostiche, il sistema complessivo è più potente ed efficiente, poiché i dati forniscono ai clienti una valutazione più completa del funzionamento del sistema. Oltre ad espandere la misurazione e le capacità autodiagnostiche, l'uso di sensori di pressione digitale può anche accelerare lo sviluppo e l'implementazione dei sistemi industriali di Internet of Things (IIoT) e delle applicazioni di big data.
rumore ambientale
Gli ambienti elettromagneticamente rumorosi vicino a motori, cavi lunghi o fonti di alimentazione wireless possono creare sfide di interferenza del segnale per componenti come i sensori di pressione. Per prevenire l'interferenza elettromagnetica (EMI) nei sensori di pressione analogica, il design deve includere un adeguato condizionamento del segnale come
Scherchi metallici a terra o componenti elettronici passivi aggiuntivi, poiché il rumore elettrico può causare letture falsi del segnale. Tutte le uscite analogiche sono estremamente sensibili all'EMI; Tuttavia, l'uso di un'uscita analogica 4-20MA può aiutare a evitare questa interferenza.
Al contrario, i sensori di pressione digitale sono meno sensibili al rumore ambientale rispetto ai loro equivalenti analogici, quindi fanno una buona scelta per le applicazioni che devono essere consapevoli dell'EMI e richiedono un'uscita diversa da una soluzione 4-20MA. Va notato che diversi tipi di sensori di pressione digitale offrono diversi gradi di robustezza EMI, a seconda dell'applicazione. Circuito integrato inter-integrato (I2C) e interfaccia periferica seriale (SPI) protocolli digitali sono adatti per i sistemi a breve distanza o con le lunghezze di cavi inferiori a 5 m, sebbene le lunghezze esatte sono largelose dipendenti dal tipo di cavo. sul resistore. Per i sistemi che richiedono cavi più lunghi fino a 30 m, canopen (con schermatura opzionale) o i sensori di pressione digitale IO-Link sarebbero la scelta migliore per l'immunità EMI, sebbene richiedano controparti più di I2C e di interfaccia periferica seriale (SPI).
Protezione dei dati utilizzando il controllo della ridondanza ciclica (CRC)
I sensori digitali offrono la possibilità di includere un CRC nel chip per garantire che i clienti possano fare affidamento sul segnale. Il CRC dei dati di comunicazione è un supplemento al controllo di integrità della memoria interna del chip, consentendo all'utente di verificare al 100% l'output del sensore, fornendo ulteriori misure di protezione dei dati per il sensore. La funzione CRC è ideale per le applicazioni del sensore di pressione in ambienti rumorosi, come quelli installati vicino ai trasmettitori nei sistemi cloud. In questo caso, esiste un aumentato rischio di rumore che disturba il chip del sensore e genera lanci bit che potrebbero alterare il messaggio di comunicazione. Un CRC sull'integrità della memoria proteggerà la memoria interna da tale corruzione e la riparerà se necessario. Bene, alcuni sensori digitali forniscono anche un CRC aggiuntivo nella comunicazione dei dati, indicando che i dati trasmessi tra il sensore e il controller sono stati corrotti e possono innescare un altro tentativo di valutare un sensore corretto. Il CRC semplifica questo processo e fornisce una maggiore flessibilità al designer. Oltre ai controlli di validità dei dati, alcuni produttori hanno aggiunto più elettronica per sopprimere il rumore da fonti come WiFi, Bluetooth, GSM e bande ISM per proteggere ulteriormente la validità dei dati.
Il sensore di pressione digitale sul lavoro supporta reti di distribuzione dell'acqua intelligente
La perdita d'acqua dovuta a perdite, misurazione imprecisa, consumo non autorizzato o una combinazione dei tre è una sfida costante per le grandi reti di distribuzione dell'acqua. L'applicazione di sensori di pressione digitale a bassa potenza ai nodi in tutta la rete di distribuzione dell'acqua è un modo pratico ed economico per mappare una rete di distribuzione dell'acqua regionale e consentire alle utility di rilevare e individuare aree in cui si verifica una perdita di acqua impreviste.
Se applicati ai nodi dell'intera rete di distribuzione dell'acqua, i sensori di pressione digitale possono aiutare a identificare le aree di perdita di acqua impreviste, risolvendo in modo efficace i problemi e migliorando l'efficienza del sistema.
I sensori di pressione adatti a queste applicazioni sono in genere sigillati ermeticamente su IP69K o modulari per offrire ai clienti una maggiore flessibilità di progettazione. Per impedire all'acqua di penetrare nel sensore per tutta la vita dell'applicazione, alcuni produttori di sensori di pressione utilizzano una connessione ermetica da vetro a metallo. Il sigillo da vetro a metallo è a tenuta stagna e crea un sigillo ermetico sulla "parte superiore" del sensore, che aiuta il sensore a raggiungere IP69K. Questo sigillo significa che il sensore misura sempre la differenza di pressione tra la sostanza nell'applicazione e l'aria che lo circonda, impedendo la deriva dell'offset.
Regolazione del sistema di gas pressurizzato migliorato
I sensori di pressione svolgono una varietà di ruoli importanti nel monitoraggio e nella consegna di gas aria e medica pressurizzati attraverso le reti di distribuzione. In questi tipi di applicazioni, i sensori di pressione possono essere responsabili del controllo del compressore e di varie funzioni di monitoraggio, tra cui l'assunzione e il flusso di uscita, lo scarico del cilindro e il filtro dell'aria. Mentre un singolo segnale di pressione può misurare indirettamente la quantità di particelle di gas in una posizione nel sistema, la combinazione di pressione e temperatura fornita da un sensore di pressione digitale può fornire una migliore stima della quantità di gas a livello, per la base di una posizione di sistema migliore. Ciò consente agli sviluppatori di sistema di avvicinarsi alle condizioni operative ideali per l'applicazione.
Mentre ci sono ancora alcune installazioni più adatte per utilizzare sensori di pressione analogici, sempre più applicazioni di settore 4.0 beneficiano dell'utilizzo delle loro controparti digitali. Dall'immunità EMI e dalla rete scalabile alla diagnostica del sensore e alla protezione dei dati, i sensori di pressione digitale consentono il monitoraggio remoto e la manutenzione predittiva, migliorando l'efficienza e l'affidabilità del sistema. Una solida progettazione di sensori con specifiche come una valutazione IP69K, ulteriori controlli di integrità dei dati e un'ampia elettronica di bordo per la protezione EMI contribuirà ad aumentare la durata e ridurre i potenziali errori del segnale.
Tempo post: DEC-10-2022