ENC: [ARTIGO TÉCNICO] LD1.0 - Transmissor de Pressão com sensor capacitivo e leitura de pressão digital - Solução econômica e confiável
Autor: Blogger Gustavo Franca | Publicado: 2011-06-27T16:53:00-07:00

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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.&nbsp;Sensores CapacitivosEstes 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.&nbsp; Esta variação de capacitância tipicamente é usada para variar a&nbsp; 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&nbsp; 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).&nbsp; 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.&nbsp;Como funciona o sensor capacitivo da SMAR?O sensor capacitivo é composto por uma parte mecânica que é&nbsp; a chamada célula capacitiva e uma parte eletrônica que é basicamente um circuito ressonante.Veja a figura 2. Figura 2 - Sensor de Pressão Capacitivo SMARNo 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 metalizadas são 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 eliminadosdurante 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®.&nbsp;LD1.0 - O transmissor de pressão econômico capacitivo SMARO 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.&nbsp;O LD1.0 oferece várias faixas de medição de pressão até 150 bar com uma exatidão de &nbsp;&nbsp;± 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 - AplicaçõesMedição e Controle de Processos Industriais; Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos; Bombas e Compressores; Máquinas e Ferramentas de Usinagem; Plantas de Produção de Polietilenos; Etc. <!--[if gte vml 1]>                     <![endif]--><![if !vml]><![endif]>LD1.0 Principais CaracterísticasExatidão 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, CONF401 e outros; Suporta FDT/DTM e DD/EDDL; Grau de Proteção IP65. &nbsp;&nbsp;LD1.0 - Simplicidade até na especificaçãoO 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&nbsp;LD1.0 - Fácil configuraçãoO 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 &quot;0&quot;, 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 &quot;1&quot; a &quot;15&quot;. 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 &quot;0&quot; e continuar controlando a sua corrente de saída, mesmo em configuração multiponto.No caso do LD1.0, o endereço &quot;0&quot; do HART® faz com que o LD1.0 controle a sua saída de corrente e os endereços &quot;1&quot; a &quot;15&quot; 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 CONF401, configurador HART® SMAR:Figura 5 - Tela de configuração do CONF401Além 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:http://www.smar.com/newsletter/marketing/index65.htmlFigura 6 - HPC401 - Configurador Portátil HART em plataforma Palm&nbsp;LD1.0 - Ajuste LocalPara 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 localOs orifícios são marcados com Z (Zero) e S (Span).&nbsp;Ajuste Local SimplesO LD1.0permite somente a calibração dos valores inferior e superior nesta configuração.Calibração do Zero e do SPANO LD1.0calibra 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 segundosEm 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&nbsp;Figura 8b - Configuração do ZeroA 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 SpanFigura 8d - Configuração do Span&nbsp;Figura 9 - Conector para calibração via ajuste localQuando 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. &nbsp;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. &nbsp;Figura 10 -&nbsp; LD1.0 na medição de pressão de óleo nos turbo-geradores - Usina Santa Tereza. &nbsp;ConclusãoOs 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: http://www.smar.com/brasil2/products/ld10.asp&nbsp;ReferênciasArtigos Técnicos César Cassiolato Artigos Técnicos Evaristo O. Alves Material de Treinamento em Transmissores de Presão - César Cassiolato Material de Treinamento em Transmissores de Presão - Evaristo O. Alves http://www.SMAR.com/Brasil2/products/LD300Series.asp http://www.SMAR.com/Brasil2/products/LD400Series.asp http://www.SMAR.com/brasil2/products/ld10.asp http://www.SMAR.com/brasil2/shownews.asp?Id=723 http://www.SMAR.com/newsletter/marketing/index21.html http://www.smar.com/brasil2/artigostecnicos/ &nbsp;&nbsp;