¿Cuál es la causa de la desviación del cero y del valor de referencia en los transductores de presión?

Si utiliza un transductor de presión (también conocido como sensor) para medir la presión de líquidos, gases o aire en un entorno crítico, una aplicación OEM o un proceso de fabricación de alta pureza, necesita confiar en la precisión de su instrumento. Esa confianza se pondrá a prueba si hay una desviación en la salida de ese instrumento en cero y/o en el intervalo. Sin embargo, si comprende las razones por las que puede producirse el desplazamiento y lo que puede hacer para solucionarlo, recuperará la confianza. 

Ashcroft, líder en la industria de instrumentos de medición de presión, ha demostrado consistentemente fiabilidad y excelencia en el campo de la instrumentación de medición de presión. Es por eso que a menudo se nos pide que compartamos nuestra experiencia y arrojemos luz sobre temas como este. 

Lea este artículo para saber cómo miden la presión los transductores, las posibles causas de desviación en la salida de su sensor y qué puede hacer para asegurarse de que su sensor le proporciona una medición precisa de la presión. También tendrá la oportunidad de profundizar sus conocimientos a través de artículos y recursos adicionales a su disposición.

Lo que debe saber sobre los transductores de presión

En otro artículo explicamos cómo se utilizan los transductores de presión para medir la presión en una aplicación determinada y convertir esa medida en una señal de salida eléctrica o digital, como corriente o tensión. Estos sensores pueden medir con precisión rangos de presión que van desde 0 a 0,1 pulg. de _H2O(baja presión) hasta 72.000 libras por pulgada cuadrada (alta presión). La precisión de estos sensores puede oscilar entre +/-0,02% y +/-5,0% del intervalo, para satisfacer los requisitos de precisión de su aplicación.

Figura 1: Rangos de presión de los transductores de presión

¿Qué es el desplazamiento de cero y de intervalo?

Las desviaciones son errores en la salida del sensor que se observan cuando la unidad se instala por primera vez o tras un largo periodo de uso en su aplicación:

• El offset cero es el error en la salida del sensor cuando no se aplica presión.
• El offset de span es el error en la salida del sensor en su medición a fondo de escala.  

Dependiendo de la precisión del sensor que esté utilizando, estos errores pueden quedar fuera de la tolerancia de error permitida del dispositivo. Esto provocará errores en la salida del sensor y afectará a la precisión y fiabilidad del dispositivo, señalando la necesidad de calibrar o sustituir su instrumento. 

Cuanto mayor sea la desviación, mayor será la inexactitud de la medición de presión. Por el contrario, cuanto mayor sea la precisión en cero y en el intervalo, más preciso será el transductor en su aplicación.

Nota: Tenga en cuenta que 0 psi puede no ser el punto cero de su transductor. El desplazamiento del cero se mide en vacío total en los transductores que tienen rangos compuestos y puede ser cualquier valor en transductores especialmente calibrados o con rango de esfuerzo.  

Cómo se clasifican los desplazamientos de cero y de intervalo

• El desplazamiento del cero se refiere al error de salida en el extremo inferior del rango de medición. Aunque mucha gente asocia el desplazamiento del cero con 0 PSI, en los rangos compuestos puede representar el vacío total (-14,7 PSI) en los rangos compuestos.
  
  
• Sindica el error de salida en el rango de medición de escala completa. Normalmente, ésta es la presión más alta que el transductor puede medir. Por ejemplo, si el transductor tiene un rango de medición de cero a 3.000 psi, el error de desviación se medirá a 3.000 psi.

Los errores de puesta a cero y de ajuste de span se expresan generalmente en porcentaje de span o en porcentaje de salida. 

Figura 2: Errores de puesta a cero y de ajuste del intervalo

Causas comunes de desviaciones de cero y de intervalo

A la hora de determinar la causa de los desplazamientos del cero y del margen, hay que tener en cuenta muchos factores:

Tolerancias de fabricación: Puede haber imperfecciones inherentes en los elementos de detección o en la electrónica de su instrumento. Esto puede causar desviación a cero y/o span en su dispositivo. Por ejemplo, puede haber limitaciones en el proceso de fabricación que impidan eliminar estas pequeñas desviaciones durante la producción del dispositivo. Las tolerancias de los componentes electrónicos utilizados en los circuitos del transductor también pueden contribuir al desplazamiento de la salida.

Factores ambientales: Los cambios de temperatura y humedad pueden afectar al rendimiento de un sensor de presión, lo que puede provocar cambios en la salida a cero y en el intervalo. Estos cambios ambientales pueden hacer que los materiales del sensor se expandan o contraigan, mientras que los cambios de temperatura pueden hacer que los componentes electrónicos se desvíen, alterando la lectura de referencia del sensor y afectando a su precisión general.

Ruido eléctrico: Las fluctuaciones o picos no deseados en las señales eléctricas, las radiofrecuencias, las líneas eléctricas o incluso los rayos, también pueden afectar al rendimiento de su transductor de presión. Si su transductor puede o no manejar o limitar la interferencia del ruido eléctrico externo depende del diseño del circuito electrónico del sensor. Laserie de transductores de presión Ashcroft® E2y los transductores de presiónG2, por ejemplo, están diseñados para limitar los efectos de la interferencia electromagnética/interferencia de radiofrecuencia (EMI/RFI). Esto ayuda a proteger el transductor de señales electromagnéticas no deseadas que pueden interferir con la señal de salida.

Deriva: Los transductores de presión pueden experimentar un cambio gradual en su señal de salida. Esto se conoce como deriva. La deriva puede deberse a muchos factores, como la tensión mecánica, el número de ciclos de presión, la temperatura o la humedad. Por ejemplo, a medida que el diafragma de un transductor de presión se somete a ciclos de presión repetidos, los materiales pueden empezar a desgastarse o deformarse ligeramente, lo que provoca un cambio en la medición de la línea de base del sensor que causa un ligero cambio o deriva en la señal de salida.

Formas de tratar el desplazamiento del cero y del intervalo 

1. Utilizar un transductor con ajustes de cero y span.

La posibilidad de ajustar el cero y el intervalo ayuda a mantener la precisión del sensor de presión dentro de la tolerancia de las especificaciones del transductor. Algunos transductores incorporan potenciómetros de cero y span que permiten a los usuarios ajustar con precisión o recalibrar la señal de salida del dispositivo. Esto permite al usuario recalibrar la salida del transductor, minimizando la desviación de cero y span que puede haber sido causada por la deriva. Los transductores de presión Ashcroft® serie E2, CXLdp y DXLdp ofrecen opciones de ajuste de cero y span. La serie E2 también ofrece ajustes externos de cero y span mediante el uso de un imán, lo que permite la capacidad única de hacer ajustes de cero y span en versiones del producto aprobadas para lugares peligrosos.

2. Elija un sensor de presión cuya temperatura haya sido compensada por el fabricante.

La temperatura ambiente y de funcionamiento de una aplicación puede influir en los desplazamientos del cero y del margen. Para reducir los efectos de la temperatura, algunos fabricantes realizan una compensación de temperatura en sus transductores como parte de su proceso de calibración estándar. La compensación de temperatura mejora la precisión y fiabilidad del transductor en el rango de temperatura para el que se ha compensado.   

La mayoría de los fabricantes indicarán que el transductor ha sido compensado en temperatura, así como el rango de temperatura sobre el cual ha sido compensado en su hoja de datos. Por ejemplo, la hoja de datos del transductor de presión Ashcroft® G2 muestra que este sensor ha sido compensado en un rango de temperatura de -40 a 125 °C (-40 a 257 °F), minimizando el efecto de los errores de desviación entre -40 a 125 °C (-40 a 257 °F).

Figura 3: Especificaciones de límites de temperatura de la hoja de datos del transductor de presión Ashcroft® G2

El desplazamiento del cero y del intervalo son factores que contribuyen a la precisión global de sus instrumentos de presión. Estos factores deben incluirse en la declaración de precisión del fabricante. Para obtener más información sobre cómo se define la precisión y todos los elementos que se contemplan para los transductores y transmisores, descargue nuestra guía.

Diferentes métodos de cálculo de la precisión

Cuando se trata de proporcionar declaraciones de precisión para transductores de presión, no existen normas ni reglamentos que los fabricantes deban seguir. Por lo tanto, queda a discreción del fabricante decidir cómo declarar la precisión de su transductor y cuánta información sobre precisión desea proporcionar en su hoja de datos o sitio web.  

Lo ideal sería que una declaración de precisión incluyera una suma de todas las fuentes de error del transductor, incluidas la no linealidad, la histéresis, la no repetibilidad, así como el desplazamiento del cero y el intervalo, que contribuyen al rendimiento del sensor. Pero la decisión de poner toda esta información a disposición de los usuarios depende del fabricante.   

Muchos fabricantes proporcionan declaraciones de precisión que utilizan conceptos como la suma cuadrática de la raíz (RSS) o la línea recta de mejor ajuste (BFSL) para expresar la precisión de su sensor. Estos métodos suelen utilizar especificaciones de precisión derivadas de estadísticas que hacen que el dispositivo parezca más preciso que el rendimiento real que se experimenta una vez instalado el instrumento.

Ashcroft típicamente establece la precisión de nuestros transductores utilizando una declaración de precisión de punto terminal. Una declaración de precisión de punto terminal incluye los errores de linealidad, histéresis y repetibilidad junto con las compensaciones cero y span como parte de esta declaración de precisión. Llamamos a esto nuestro estándar TruAccuracy™ ya que incorpora todos los errores del transductor que permiten la funcionalidad plug-and-play en la mayoría de las aplicaciones.

Por qué es importante una calibración precisa de cero y de intervalo

La corrección de los errores de ajuste del desplazamiento del cero y del margen afectará al rendimiento general del transductor. Las correcciones o cambios realizados en el desplazamiento del cero provocarán un desplazamiento lineal de la línea de tendencia de salida, mientras que los cambios en el span afectarán a la pendiente de la línea de salida.

Si se corrigen los errores de ajuste de cero y de span, debe reevaluarse la precisión del transductor. En definitiva, una calibración precisa garantiza que los transductores proporcionen lecturas precisas en todo su rango de funcionamiento. Cuanto mayor sea la precisión tanto en el cero como en el span, más fiable será el transductor en su aplicación.

¿Quiere saber más?

Ahora que sabe cómo pueden producirse los desplazamientos del cero y del margen y qué puede hacer para solucionar el problema, estará en mejores condiciones para tomar una decisión informada sobre la elección del mejor sensor de presión para sus necesidades. Por supuesto, la elección correcta dependerá de los requisitos de precisión de la aplicación y de las condiciones operativas de la misma. Si elige con conocimiento de causa, podrá garantizar un rendimiento constante y confiar más en sus decisiones.  

A modo de referencia, aquí tiene algunos artículos más que pueden ayudarle a profundizar sus conocimientos sobre los transductores de cero y palmo y de presión:

• ¿Cuáles son las ventajas de la posibilidad de ajustar el cero y el margen?
• ¿Cuáles son las ventajas de los transductores de presión Ashcroft?
• Elección de un transductor de presión para entornos críticos
• Elegir el sensor de presión adecuado: 5 factores a tener en cuenta

Para obtener asistencia personalizada, no dude en ponerse en contacto directamente con uno de nuestros expertos. 

Para conocer los errores más comunes que puede evitar al seleccionar su sensor de presión, descargue nuestra guía.