¿Qué es la tecnología de sensores de presión MEMS?

Este artículo se publicó originalmente el 14 de febrero de 2022 y se actualizó el 17 de marzo de 2025.

La supervisión precisa de las bajas presiones es crucial para la seguridad en la medición del flujo de aire, los sistemas de detección de fugas, las salas blancas, las salas de aislamiento y otras aplicaciones críticas en los sectores sanitario y de fabricación de semiconductores, entre otros. Sin embargo, medir presiones muy bajas en volúmenes pequeños con precisión y repetibilidad requiere un sensor especializado. El diseño, el proceso de fabricación y el método de instalación del sensor determinarán si puede ofrecer o no la estabilidad, precisión y resolución a largo plazo necesarias para proporcionar mediciones significativas. Ahí es donde pueden ayudar los sistemas microelectromecánicos (MEMS).

Ashcroft, líder reconocido en instrumentación de presión y temperatura, y su empresa matriz Nagano Keiki Co. LTD tienen un historial probado de excelencia en la fabricación de sensores de presión de baja presión con tecnología MEMS. Lea este artículo para obtener más información sobre MEMS, cómo funciona en aplicaciones de baja presión y los sensores de presión disponibles para mantener los entornos de baja presión funcionando con precisión y fiabilidad. 

¿Qué son los MEMS?

En términos generales, los sistemas MEMS son dispositivos diminutos que combinan elementos mecánicos, sensores y componentes eléctricos. Estos sistemas están diseñados para realizar diversas funciones, como detectar, controlar y actuar a microescala, lo que les permite interactuar con su entorno de forma precisa y eficiente. 

El sensor Si-Glas™ MEMS de Ashcroft está diseñado para crear dos condensadores que varían a medida que el diafragma se desplaza debido a la presión diferencial. Se compone de metales pulverizados y vidrio molecularmente unido al silicio y no contiene epoxis u otros orgánicos que contribuyan a la deriva o la degradación mecánica con el tiempo.

Figura 1: Estructura del sensor Si-Glass™MEMS de silicio Ashcroft®.

Expectativas de rendimiento de un sensor de baja presión

Antes de repasar cómo funciona un sensor MEMS, es importante entender cómo se pretende que funcione un sensor de baja presión. Así, para este artículo, definimos la presión extremadamente baja como inferior a 10 in _H20(2,49 kPa). Las aplicaciones de muy baja presión siempre utilizan sensores de presión diferencial (véase la figura 2).

En estos casos, podemos esperar que el sensor tenga dos puertos de entrada de presión para medir la diferencia de presión entre dos fuentes independientes. Dependiendo de la instalación, el sensor medirá normalmente la presión diferencial entre dos entornos diferentes, a menudo uno que está controlado y otro que puede no estarlo. En muchos casos, la presión no controlada es simplemente la presión barométrica dentro de un edificio o la atmósfera exterior.

Figura 2. Tipos de medición de la presión Tipos de medición de la presión

Cuando se miden presiones bajas y volúmenes de aire pequeños, la longitud de la tubería y los efectos de la temperatura sobre ella pueden aumentar o disminuir la presión que llega a un lado del sensor, lo que provoca lecturas inexactas del sensor. Estos factores deben tenerse en cuenta durante el diseño del sistema.

Cómo funcionan los sensores MEMS de silicio en aplicaciones de baja presión

Ejemplos de sensores de presión ultra baja que incorporan un sensor MEMS de silicio son el Transductor de Presión Diferencial Indicadora Ashcroft® GXLdp, el Transductor de Presión Diferencial Ashcroft® DXLdp y el Transductor de Presión Diferencial Ashcroft® CXLdp . Estos sensores de última generación cuentan con la tecnología Ashcroft® Si-Glas™ que combina la alta sensibilidad de un transductor de capacitancia variable con la repetibilidad de un diafragma de silicio de un solo cristal micro-mecanizado.

Así es como funciona

El sensor Si-Glas™ MEMS está diseñado para crear dos condensadores que varían a medida que el diafragma se desplaza debido a la presión diferencial. Está compuesto por metales pulverizados y vidrio unido molecularmente al silicio y no contiene epóxidos ni otros compuestos orgánicos que contribuyan a la deriva o la degradación mecánica con el tiempo.

El diafragma de silicona es perfectamente elástico, lo que proporciona una repetibilidad, estabilidad y presiones de alta resistencia excepcionales. Cuando se aplica una presión mayor en la parte inferior, el diafragma de silicio se desvía hacia arriba (véase la figura 3). Así, la señal capacitiva superior "C1" aumenta, mientras que la señal capacitiva inferior "C2" disminuye. A la inversa, cuando se aplica una presión mayor en el lado superior, el diafragma de silicio se desvía hacia abajo. La señal capacitiva superior "C1" disminuye, mientras que la señal capacitiva inferior "C2" aumenta (véase la figura 4).

Figura 3. Ejemplo de lo que ocurre cuando se aplica presión a la parte inferior del diafragma.

Figura 4. Ejemplo de lo que ocurre cuando se aplica presión al lado superior del diafragma.

Características más importantes de la tecnología de sensores de presión MEMS

Los sensores de diafragma de silicona que utilizan el principio de funcionamiento de capacitancia diferencial tienen la ventaja de un diafragma perfectamente elástico y son más capaces de soportar sobrepresiones y picos de presión. Debido a su tamaño extremadamente pequeño y a su baja masa, son mucho menos sensibles que los diafragmas metálicos, más grandes y pesados.

Al tratarse de sensores de punto muerto, pueden utilizarse en sistemas críticos/aislantes y de detección de fugas. Sin embargo, como se ofrecen en rangos muy bajos, también cumplirán los requisitos de la mayoría de las aplicaciones.

Industrias y aplicaciones que utilizan la tecnología de sensores de presión MEMS

Tres ejemplos de aplicaciones típicas de muy baja presión en las que el sensor MEMS resultaría beneficioso son la medición del caudal de aire, la medición de la presurización de salas críticas y la detección de fugas. Cada una de estas aplicaciones presenta sus propios retos.

Otras aplicaciones son:

• HVAC/R
• Gestión energética de edificios
• Sistemas de control del confort
• Biofarmacia
• Biotecnología
• Presurización de salas blancas y laboratorios
• Presurización y control de salas
• Velocidad Presión

¿Quiere saber más?

Ahora que conoce nuestra tecnología de sensores MEMS y lo que puede hacer por sus transmisores de baja presión, puede charlar con uno de nuestros expertos para decidir si es la solución adecuada para su aplicación. Si desea obtener más información sobre los transmisores de presión para sus aplicaciones de baja presión, aquí tiene algunos recursos relacionados que pueden ayudarle.

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