LD1.0 - Transmissor de Pressão com sensor capacitivo e leitura de pressão digital – Solução econômica e confiável

Introdução

A medição e controle de pressão é a variável de processo mais usada na indústria de controle de processos nos seus mais diversos segmentos. Além disso, através da pressão é facilmente possível inferir uma série de outras variáveis de processo, tais como nível, volume, vazão e densidade.

Comentaremos neste breve artigo alguns detalhes sobre o LD1.0, um transmissor de pressão do tipo econômico, com sensor capacitivo e que foi projetado para medições de pressão manométrica e absoluta de líquidos, gases e vapores em muitas aplicações industriais. O LD1.0 possui leitura direta e totalmente digital de pressão, e é o mais robusto do mercado em sua categoria.

Sensores Capacitivos

Estes são os sensores mais confiáveis e que já foram usados em milhões de aplicações. São baseados em transdutores onde a pressão aplicada a diafragmas sensores faz com que se tenha uma variação da capacitância entre os mesmos e um diafragma central, por exemplo.  Esta variação de capacitância tipicamente é usada para variar a  freqüência de um oscilador ou usada como elemento em uma ponte de capacitores. Esta variação de capacitância pode ser usada para variar a freqüência de um oscilador. Esta freqüência pode ser medida diretamente pela CPU e convertida em Pressão. Neste caso não existe conversão A/D o que contribui na exatidão e eliminação de drifts embutidos nas conversões analógicas/digitais. Vale a pena lembrar que este princípio de leitura totalmente digital é utilizado pela SMAR desde a década de 80 (a SMAR, é a única empresa brasileira e uma das poucas no mundo a fabricar este tipo de sensores). Os sensores capacitivos possuem respostas lineares e praticamente insensíveis a variações de temperatura, sendo os mais indicados em instrumentação e controle de processos, já que possuem excelentes performance em estabilidade, em  temperatura e pressão estática. Algumas de suas vantagens:

  • Ideais para aplicações de baixa e alta pressão.
  • Minimizam o Erro Total Provável (ETP) e conseqüentemente a variabilidade do processo.
  • Ideais para aplicações de vazão.
  • Por sua resposta linear, permite alta rangeabilidade com exatidão. 

Figura 1 – LD1.0 com sensor capacitivo

Mantendo o sinal totalmente digital desde o sensor até a aquisição e leitura pela CPU permite infinitamente maior qualidade dos sinais, ficando livre de derivas térmicas e degradações associadas aos métodos analógicos e que são usados pela maioria dos fabricantes de transmissores de pressão. A medição digital, portanto, reduz o Erro Total Provável (ETP).

Este princípio de medição direta e digital é usado em todos os transmissores SMAR da Série 300 e Série 400 (LD301, LD302, LD303, LD291, LD292, LD293 e LD400) e o LD1.0 (Sensor Econômico).  Desde 1988, quando a SMAR introduziu no mercado o LD300, este princípio já era usado e com isto a SMAR se tornou a primeira empresa em nível mundial a ter um sensor de pressão com leitura direta e totalmente digital, garantindo medições com altas exatidões e proporcionando menores variabilidades de processos.

Como funciona o sensor capacitivo da SMAR?

O sensor capacitivo é composto por uma parte mecânica que é  a chamada célula capacitiva e uma parte eletrônica que é basicamente um circuito ressonante.Veja a figura 2.

 

Figura 2 – Sensor de Pressão Capacitivo SMAR

No centro da célula está o diafragma sensor. Este diafragma flexiona-se em função da diferença de pressões aplicadas ao lado direito e esquerdo da célula.

Essas pressões são aplicadas diretamente aos diafragmas isoladores, os quais fornecem resistência contra corrosão provocada por fluidos de processos. A pressão é diretamente transmitida ao diafragma sensor através do fluido de enchimento, provocando a sua deflexão.

O diafragma sensor é um eletrodo móvel. As duas superfícies metalizadassão eletrodos fixos. A deflexão do diafragma sensor é percebida através da variação da capacitância entre os dois eletrodos fixos e o móvel.

Uma vez que o movimento do diafragma sensor é mínimo, a histerese é praticamente nula. O projeto do sensor, com tecnologia de ponta da SMAR, garante a linearidade e repetibilidade, tornando o sensor altamente confiável em termos de leitura e exatidão.

 

Figura 3 – Exemplo de um Transmissor Capacitivo SMAR: LD1.0 (HART®/4-20mA)

O circuito eletrônico ressonante lê a variação da capacitância entre a placa móvel e a fixa. A CPU condiciona o sinal e comunica de acordo com o protocolo do transmissor. Como não há conversão A/D, os erros e desvios são eliminados
durante a conversão. O sensor de temperatura fornece a compensação da temperatura que, combinada com a precisão do sensor de pressão, resulta em uma alta exatidão e rangeabilidade para as diversas séries e modelos de transmissores SMAR.

A variável de processo, assim como a monitoração e a informação de diagnóstico, é fornecida através do protocolo de comunicação digital HART®.

LD1.0 - O transmissor de pressão econômico capacitivo SMAR

O transmissor de pressão econômico capacitivo SMAR LD1.0 foi projetado para medições de pressão manométrica e absoluta de líquidos, gases e vapores em muitas aplicações industriais. Este transmissor de baixo custo é o único da categoria no mercado a utilizar a tecnologia da célula capacitiva como sensor de pressão fazendo a leitura de pressão de forma completamente digital. Por ser um sensor de alta confiabilidade e robustez é utilizado em mais de 80% das medições de pressão de alto desempenho em todo o mundo, pois proporciona excelente precisão, repetibilidade e linearidade para a medição. As características de produção e montagem do Transmissor de Pressão LD1.0 proporcionam resistência a vibração, choque, grandes variações de temperatura, imunidade a interferência eletromagnética e outras condições ambientais extremas que são típicas de aplicações industriais.

O alto desempenho e confiabilidade deste transmissor, além de longa durabilidade são assegurados pela utilização de materiais nobres como o 17-4PH e o AISI 316L no invólucro totalmente soldado à célula de medição que elimina a necessidade de selagem com o’ring que pode deteriorar-se com o tempo. A opção da utilização do Hastelloy C276 em todas as partes molhadas proporcionam a utilização deste transmissor em muitos processos que contenham sais e ácidos corrosivos. O modelo com a conexão ao processo selada propicia a utilização do LD1.0 em processos incrustantes e com sólidos em suspensão. 

O LD1.0 oferece várias faixas de medição de pressão até 150 bar com uma exatidão de   ± 0,2%, conexão elétrica DIN 43650 com alimentação de 24 Vdc a 2 fios e protetor de transiente embutido, sem custo adicional. Várias opções de conexão ao processo são disponíveis.

O sinal de saída deste transmissor é uma corrente de 4 a 20 mA conforme a norma NAMUR NE43, que fornece o diagnóstico de corrente de falha e de saturação.

O LD1.0 utiliza o protocolo HART® V5 com recursos EDDL para comunicação remota e pode ser usado para configuração e monitoração das variáveis. Desta forma através de um configurador HART®, como o HPC 401 SMAR, o CONF 401 SMAR ou ferramentas FDT/DTM pode-se: configurar a unidade de medição, alterar os limites de medição (4 – 20 mA), fazer o ajuste de zero e span com e sem referência, simular a corrente de saída, ajustar o damping, fazer a monitoração de até quatro variáveis HART® como: PV, PV%, Temperatura, Saída de Corrente, etc.

Além da configuração remota é possível fazer-se a calibração de zero e span com pressão aplicada através do ajuste local utilizando-se uma chave magnética com atuação em um sensor Hall.

LD1.0 – Aplicações

  • Medição e Controle de Processos Industriais;
  • Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos;
  • Bombas e Compressores;
  • Máquinas e Ferramentas de Usinagem;
  • Plantas de Produção de Polietilenos;
  • Etc.

LD1.0 Principais Características

  • Exatidão de ± 0.2%;
  • Sinal de Saída 4 - 20 mA conforme NAMUR NE43;
  • Protocolo de Comunicação HART® V5;
  • Várias Opções de Conexão ao Processo;
  • Conexão Elétrica DIN 43650 - Sem Polaridade;
  • Várias Faixas de Pressão até 150 bar;
  • Rangeabilidade de 50:1;
  • Sobrepressão de 70 bar (Faixa 1), 138 bar (Faixas 2, 3
  • e 4) e 310 bar (Faixa 5);
  • Temperatura de Operação de - 40 à 100 ºC;
  • Tempo de resposta de 200 ms;
  • Ajuste Local de Zero e Span com Chave Magnética;
  • Intrinsecamente Seguro - Certificação Pendente;
  • Proteção da Configuração por Senha;
  • Material do Corpo 17-4PH / AISI316L;
  • Material do Diafragma Hastelloy C276;
  • Fluido de Enchimento em Silicone;
  • Leve e Compacto;
  • Configuração via HPC401, DEVCODROID e outros;
  • Suporta FDT/DTM e DD/EDDL;
  • Grau de Proteção IP65.

LD1.0 – Simplicidade até na especificação

O LD1.0 possui um código muito fácil, tornado sua especificação pelo usuário muito simples.Veja a figura a abaixo:

Figura 4 – Código de Pedido do LD1.0

LD1.0 – Fácil configuração

O LD1.0 possui comunicação HART® e pode facilmente ser configurado por qualquer ferramenta HART® que trabalhe com DD, EDDL e DTM.

O Transmissor Inteligente de Pressão LD1.0 é um instrumento digital que oferece as mais avançadas características que um aparelho de medição pode oferecer. A disponibilidade de um protocolo de comunicação digital (HART®) permite que o instrumento possa ser conectado a um computador externo e ser configurado de forma bastante simples e completa. Estes computadores que se conectam ao transmissores são chamados de HOST e eles podem ser tanto um Mestre Primário ou Secundário.

Assim, embora o protocolo HART® seja do tipo mestre escravo, na realidade, ele pode conviver com até dois mestres em um barramento. Geralmente, o HOST Primário é usado no papel de um Supervisório e o HOST Secundário, no papel de Configurador.

Quanto aos transmissores, eles podem estar conectados em uma rede do tipo ponto a ponto ou multiponto. Em rede ponto a ponto, o equipamento deverá estar com o seu endereço em "0", para que a corrente de saída seja modulada em 4 a 20 mA, conforme a medida efetuada. Em rede multiponto, se o mecanismo de reconhecimento dos dispositivos for via endereço, os transmissores deverão estar configurados com endereço de rede variando de "1" a "15". Neste caso, a corrente de saída dos transmissores é mantida constante, consumindo 4 mA cada um. Se o mecanismo de reconhecimento for via Tag, os transmissores poderão estar com os seus endereços em "0" e continuar controlando a sua corrente de saída, mesmo em configuração multiponto.

No caso do LD1.0, o endereço "0" do HART® faz com que o LD1.0 controle a sua saída de corrente e os endereços "1" a "15" colocam o LD1.0 em modo multiponto sem controle da corrente de saída.

O LD1.0 apresenta um conjunto bastante abrangente de Comandos HART® que permite acessar qualquer funcionalidade nele implementado. Estes comandos obedecem as especificações do protocolo HART® e eles estão agrupados em Comandos Universais, Comandos de Práticas Comum e Comandos Específicos.

A seguir vemos na figura 5, uma tela de configuração do DEVCODROID, configurador HART® SMAR:

Figura 5 - Tela de configuração do DEVCODROID

Além disso, o LD1.0 pode ser facilmente configurado usando o HPC401, o programador de mão HART® da SMAR. Veja a figura 6. Para mais detalhes veja:

Figura 6 – HI331 e PC Windows – Configurador Portátil HART em plataforma Palm

LD1.0 – Ajuste Local

Para a disponibilidade da função de ajuste local é necessário um multímetro inserido em série com a alimentação do equipamento na escala de corrente ou a utilização de um acessório (veja figura 9) que foi projetado para a ligação do equipamento ao multímetro sem a necessidade de desconectar os cabos de alimentação.

O transmissor possui dois orifícios, que permitem acionar os sensores da placa principal com a introdução do cabo da chave magnética (veja Figura 7).

 

Figura 7 – Ajuste Local de Zero e Span e Chave de Ajuste local

Os orifícios são marcados com Z (Zero) e S (Span).

Ajuste Local Simples

O LD1.0 permite somente a calibração dos valores inferior e superior nesta configuração.

Calibração do Zero e do SPAN

O LD1.0 calibra de forma bastante simples o ajuste do Zero e do Span de acordo com a sua faixa de trabalho. Como este equipamento não possui display, será necessário o uso de um multímetro para o acompanhamento da calibração.

A calibração de zero com referência deve ser feita do seguinte modo:

  • Aplique a pressão correspondente ao valor inferior;
  • Espere a pressão estabilizar;
  • Insira a chave magnética em (Z) (veja Figura 7);
  • Espere aproximadamente 2 segundos
  • Em seguida, insira a chave magnética em (S);
  • Espere aproximadamente 2 segundos;
  • Observe no multímetro que a corrente indicada é de 8 mA (veja Figura 8a);
  • Insira novamente a chave magnética em (Z) e, logo o transmissor passa a indicar 4 mA (veja Figura 8b);

Remova a chave magnética.

Figura 8a – Configuração do Zero

 

Figura 8b – Configuração do Zero

A calibração de zero com referência mantém o span inalterado. Para alterar o span, o seguinte procedimento deve ser executado:

  • Aplique a pressão de valor superior;
  • Espere a pressão estabilizar;
  • Insira a chave magnética em (S);
  • Espere aproximadamente 2 segundos;
  • Em seguida, insira a chave magnética em (Z);
  • Espere aproximadamente 2 segundos;
  • Observe no multímetro que a corrente indicada é de 16 mA (veja Figura 8.c);
  • Insira novamente a chave magnética em (S) e, logo o transmissor passa a indicar 20 mA (veja Figura 8.d);

Remova a chave magnética.

Figura 8c – Configuração do Span

Figura 8d – Configuração do Span

Figura 9 – Conector para calibração via ajuste local

Quando o ajuste de zero é realizado, ocorre uma supressão/elevação de zero e um novo valor superior (URV) é calculado de acordo com o span vigente. Se o URV resultante ultrapassar o valor limite superior (URL), o URV será limitado ao valor URL e o span será afetado automaticamente.

Exemplo de aplicação em Usinas de Acúçar e Etanol

As fotos a seguir mostram uma aplicação com LD1.0 na medição de pressão de óleo nos turbo-geradores.

Figura 10 -  LD1.0 na medição de pressão de óleo nos turbo-geradores - Usina Santa Tereza.

Conclusão

Os transmissores SMAR foram desenvolvidos para ser uma solução robusta e altamente confiável para a medição de pressão. Apresenta grande flexibilidade nas aplicações devido ao uso de um sensor capacitivo que mantém o sinal digital desde a leitura do sensor até a saída do transmissor, resultando em uma resolução alta e eficaz.

Com o LD1.0, usuários podem economicamente aplicar em seus processos um transmissor robusto e confiável, diferente dos transmissores descartáveis em sua categoria.É muito simples e fácil.

Para mais detalhes consulte: https://www.smar.com/pt/produto/ld10-manometrica-economico

Autor

  • César Cassiolato

Referências

Soluções Confiáveis

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