I trasduttori di pressione sono strumenti che permettono di misurare la forza di un gas o di un liquido, convertendo in un segnale elettrico il valore ottenuto. In genere tali dispositivi sono costituiti da un diaframma che è sensibile rispetto alle variazioni di pressione, e da un estensimetro, cioè un componente che può essere tirato o spinto dal diaframma. Sono tre i tipi di potenza elettrica che possono essere misurati: 4-20 mA, tensione e millivolt. Il controllo dei sistemi di pressione rappresenta la modalità di utilizzo tipica di questi strumenti, a cui si può ricorrere per monitorare la pressione di una caldaia. Come uscita si può utilizzare un segnale normalizzato, il che vuol dire che i trasduttori di pressione possono essere connessi a qualunque tipo di sistema di regolazione: ecco perché le applicazioni possibili sono potenzialmente infinite.
A cosa servono i trasduttori
Nei sistemi di regolazione, la grandezza fisica della pressione può apparire sotto forma di pressione assoluta, sotto forma di pressione relativa o sotto forma di pressione differenziale. Per essere in grado di individuare la tipologia di pressione con la quale si ha a che fare, occorre essere consapevoli del punto di riferimento. In particolare, la pressione assoluta utilizza il vuoto come punto di riferimento: in altre parole, non c’è alcuna pressione. Con la pressione differenziale, invece, viene indicata la differenza di pressione che c’è tra due sistemi, i quali sono collegati alle due connessioni del trasduttore di pressione: in sostanza, uno dei due sistemi corrisponde al punto di riferimento. Per quel che riguarda la pressione relativa, infine, il punto di riferimento è costituito dalla pressione ambientale. Nella misura della pressione possono essere adoperati sensori con principi di misura diversi, che condizionano la precisione, la velocità di reazione e altri parametri.
La misura della pressione
I principi di misura a cui si ricorre usando i trasduttori di pressione possono essere diversi. I sensori a film sottile, per esempio, si basano sul medesimo principio che caratterizza gli strain gauges: questi ultimi corrispondono a strutture resistive a reticolo che possono essere compresse o stirate dando vita a una variazione di resistenza provocata da variazioni di spessore e di lunghezza indotte che può essere misurata. Facendo affidamento su un ponte di Wheatstone, vengono collocate su una membrana quattro resistenze, in modo tale che sia possibile rilevare la deformazione a cui la stessa membrana va incontro nel momento in cui è sottoposta a una pressione.
I sensori a film spesso, a loro volta, si basano su quattro resistenze utilizzate per dare vita a un ponte di Wheatstone. In questo caso si ha a che fare con strutture resistive che sono stampate su una base ceramica o su un altro elemento di base: ciò è possibile in virtù della tecnologia a film spesso, che precede un trattamento ad alta temperatura. La variazione geometrica che è determinata dalla compressione e dallo stiramento del materiale induce la variazione della resistenza del ponte. Una terza possibilità è rappresentata dai sensori piezoresistivi, che sfruttano un diaframma di misura a semiconduttore.