Medição de Pressão
I NST R UM ENTAÇÃO I N D U ST RI AL – EN G3 5 01
P RO F ª . L ET Í CI A CHAV ES FO NSECA
Medição de Pressão
1. INTRODUÇÃO
2. CONCEITOS DE PRESSÃO
3. DISPOSITIVOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO
4. BIBLIOGRAFIA
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1. Introdução
Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois
as medidas de vazão, nível, temperatura, etc. podem ser feitas
utilizando-se esse princípio.
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2. Conceitos de pressão
Pressão é definida como “uma força aplicada uniformemente
sobre um superfície (área)”.
P = F/A
onde:
◦ P = Pressão
◦ F = Força
◦ A = Área
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2. Conceitos de pressão
2.1 Pressão
Atmosférica
 É a pressão exercida
pela camada de ar
sobre a superfície
terrestre.
 Ao nível do mar esta
pressão é
aproximadamente de
760 mmHg.
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2. Conceitos de pressão
2.2 Pressão Relativa Positiva ou Manométrica
 É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada
como unidade de referência.
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2. Conceitos de pressão
2.4 Pressão Relativa
Negativa ou Vácuo
 É quando um sistema
tem pressão relativa
menor que a pressão
atmosférica.
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2. Conceitos de pressão
2.3 Pressão Absoluta
 É a soma da pressão relativa e atmosférica ou medida a partir
do vácuo absoluto.
 Importante: Determinar se a pressão é relativa ou absoluta.
Ex: 3 Kgf/cm2 a  Pressão Absoluta
4 Kgf/cm2 g  Pressão Relativa ou Manométrica ( Gauge)
 O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a
maior parte dos instrumentos medem pressão relativa.
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2. Conceitos de pressão
2.5 Diagrama Comparativo das Escalas
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2. Conceitos de pressão
2.6 Pressão Diferencial
 É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo
símbolo ΔP.
 Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir
vazão, nível, densidade, diferencial de pressão, etc.
2.7 Pressão Estática
 É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, que é
transmitida integralmente em todas as direções e produz a
mesma força em áreas iguais.
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2. Conceitos de pressão
2.6 Pressão Diferencial
 É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo
símbolo ΔP.
 Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir
vazão, nível, densidade, diferencial de pressão, etc.
2.7 Pressão Estática
 É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, que é
transmitida integralmente em todas as direções e produz a
mesma força em áreas iguais.
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2. Conceitos de pressão
2.8 Pressão Dinâmica
 É a pressão exercida por um fluído em movimento paralelo à
sua corrente.
2.9 Pressão Total
 É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e
dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em
movimento.
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2. Conceitos de pressão
2.10 Unidades de Pressão
 A pressão possui vários tipos de unidade.
 Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacional e unidade do
sistema de coluna de líquido são utilizados tendo como referência
a pressão atmosférica e são escolhidas, dependendo da área de
utilização, tipos de medida de pressão, faixa de medição, etc.
 Em geral são utilizados para medição de pressão, as unidades
Pa, N/m², kgf/cm², mHg, mH2O, lbf/pol2, Atm e bar.
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2. Conceitos de pressão
2.10 Unidades de Pressão
 Na indústria temos instrumentos padrões com todas as
unidades e para isto é necessário saber fazer a conversão.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
Tipos de elementos sensíveis: aquele que recebe a pressão a ser
medida e a transforma em deslocamento ou força:

Tubo Bourdon

Membrana ou Diafragma

Fole

Coluna de Líquido

Sensor tipo Piezoelétrico

Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo

Sensor tipo Capacitivo

Sensor tipo Silício Ressonante
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
 O instrumento mais simples para se medir pressão é o
manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis e ser
utilizados também pelos transmissores e controladores.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
Manômetros são dispositivos utilizados para indicação local de
pressão e em geral divididos em duas partes principais:
 o manômetro de líquidos: que utiliza um líquido como meio
para se medir a pressão;
 o manômetro tipo elástico: que utiliza a deformação de um
elemento elástico como meio para se medir pressão.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
A tabela a seguir classifica os manômetros de acordo com os
elementos de recepção.
Tipos de Manômetros
Elementos de recepção
Manômetros elásticos
Tipo Tubo de Bourdon
Tipo C
Tipo Espiral
Tipo Helicoidal
Tipo Diafragma
Tipo Fole
Manômetros de líquidos
Tipo Tubo em “U”
Tipo Tubo reto
Tipo Tubo Inclinado
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1 Manômetros Tipo Elástico
 Os manômetros tipo elástico baseia-se na lei de Hooke sobre
elasticidade dos materiais.
 Em 1676, Robert Hook estabeleceu essa lei que relaciona a
força aplicada em um corpo e a deformação por ele sofrida. Em
seu enunciado ele disse: “o módulo da força aplicada em um
corpo é proporcional à deformação provocada”.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1 Manômetros Tipo Elástico
 Essa deformação pode ser dividida em elástica (determinada
pelo limite de elasticidade), e plástica ou permanente.
 Os medidores de pressão tipo elástico são submetidos a valores
de pressão sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim
cessada a força a ele submetida o medidor retorna a sua posição
inicial sem perder suas características.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.1 Tubo Bourdon
 Tubo com seção oval, tendo uma extremidade fechada e a outra
aberta à pressão a ser medida.
 Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar
uma seção circular resultando um movimento em sua
extremidade fechada.
 Esse movimento através da engrenagem é transmitido a um
ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.
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3. Dispositivos para Medição de
Pressão
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.1 Tubo Bourdon
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.1 Tubo Bourdon
Vídeo - Calibração
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.1 Tubo Bourdon
 Quanto à forma, o tubo Bourdon pode se apresentar nas
seguintes formas:
Tipo C
Tipo Espiral
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.1 Tubo Bourdon
 Quanto à forma, o tubo Bourdon pode se apresentar nas
seguintes formas:
Tipo Helicoidal
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.2 Membrana ou Diafragma
 É constituído pôr um disco de material elástico (metálico ou
não) fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está
ligada a um mecanismo de indicação.
 Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse
deslocamento é proporcional à pressão aplicada.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.2 Membrana ou Diafragma
O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para
aumentar sua área efetiva.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.3 Fole
 É basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado.
 O fole é um elemento bastante utilizado, mas quase nunca
independentemente e sim em conjunto com uma mola que força
o fole a voltar à posição inicial, uma vez cessada a força devida à
pressão.
 Apresenta uma das extremidades fixas e a variação de pressão
no seu interior, faz com que ele se distenda ou se contraia,
atuando sobre um ponteiro que indica, numa escala graduada em
unidade de pressão, o movimento da extremidade livre do fole.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.1.3 Fole
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
A tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de
recepção utilizados na medição de pressão baseada na
deformação elástica, bem como sua aplicação e faixa
recomendável de trabalho.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
 É um instrumento de medição e indicação local de pressão
baseado na equação manométrica.
 Sua construção é simples e de baixo custo.
 Basicamente é constituído por tubo de vidro com área seccional
uniforme, uma escala graduada, um líquido de enchimento e
suportados por uma estrutura de sustentação.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
 As colunas podem ser basicamente de três tipos: coluna reta
vertical, reta inclinada e em forma de “U”. Os líquidos mais
utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante)
e mercúrio.
 Quando se aplica uma pressão na coluna o líquido é deslocado,
sendo que este deslocamento é proporcional à pressão aplicada.
P1 – P2 = h. d
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
Neste tipo de medidor a tensão superficial dos líquidos é
evidente, ou seja, devido à força de coesão e adesão entre as
moléculas do vidro do líquido, aparece o que chamamos de
menisco.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido
Tubos pequenos diâmetros: superfície do líquido curva.
◦ Água e o álcool (tensão superficial baixa): superfície côncava.
◦ Mercúrio (tensão superficial alta): menisco convexo.
Para evitar o erro de paralaxe quando fizermos a leitura de
pressão, esta deve ser feita na direção horizontal no ápice do
menisco.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Faixa de medição
Em função do peso específico do líquido de enchimento e
também da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho,
esse instrumento é utilizado somente para medição de baixas
pressões.
Em termos práticos, a altura de coluna máxima disponível no
mercado é de 2 metros e assim a pressão máxima medida é de 2
mH2O caso se utilize água destilada, e 2 mHg com utilização do
mercúrio.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Influência da temperatura na
leitura
Como a medição de pressão utilizando manômetro de líquido
depende do peso específico do mesmo, a temperatura do
ambiente onde o instrumento está instalado irá influenciar no
resultado da leitura e portanto sua variação, caso ocorra, deve ser
compensada.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Influência da temperatura na
leitura
Na prática, utiliza-se a temperatura de 20ºC como referência e
esta deve ser escrita na escala de pressão.
Outra influência da temperatura na medição de pressão por este
instrumento é no comprimento da escala que muda em função
de sua variação e em leituras precisas deve ser também
compensada.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Aplicação
Os manômetros de líquido foram largamente utilizados na
medição de pressão, nível e vazão nos primórdios da
instrumentação.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Aplicação
Hoje, com o advento de outras tecnologias que permitem leituras
remotas, a aplicação destes instrumentos na área industrial se
limite a locais ou processos cujos valores medidos não são
cruciais no resultado do processo ou a locais cuja distância da
sala de controle inviabiliza a instalação de outro tipo de
instrumento.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.2 Manômetro de Líquido – Aplicação
Porém, é nos laboratórios de calibração que ainda encontramos
sua grande utilização, pois podem ser tratados como padrões.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.3 Sensor tipo Piezoelétrico
Os elementos piezoelétricos são cristais (quartzo, turmalina e titanato)
que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina,
quando sofre uma deformação física, por ação de uma pressão.
São elementos pequenos e de construção robusta.
Sinal de resposta linear com a variação de pressão.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.3 Sensor tipo Piezoelétrico
Sinais de altíssimas frequências de milhões de ciclos por segundo.
O efeito piezoelétrico é um fenômeno reversível.
Se conectado a um potencial elétrico, resultará em uma correspondente
alteração da forma cristalina.
Este efeito é altamente estável e exato, por isso é utilizado em relógios
de precisão.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.3 Sensor tipo Piezoelétrico
A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma
vez que o quartzo é um elemento transmissor ativo.
Esta carga é conectada à entrada de um amplificador, sendo indicada ou
convertida em um sinal de saída, para tratamento posterior.
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Transdutor Piezoelétrico
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Transdutor Piezoelétrico
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Transdutor Piezoelétrico
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Asfalto Sustentável
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio,
mudando-se as suas dimensões.
Onde:
R: Resistencia do condutor
ρ: Resistividade do material
L: Comprimento do condutor
S: Area da secao transversal
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
Pela equação temos que a resistência elétrica de um condutor é
diretamente proporcional à resistividade e ao comprimento e
inversamente proporcional a área da seção transversal.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
A maneira mais prática de alterarmos as dimensões de um condutor é
tracionarmos o mesmo no sentido axial como mostrado a seguir:
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina
de base, dobrando-se tão compacto quanto possível. Esta
montagem denomina-se tira extensiométrica.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
O fio, apesar de solidamente ligado à lâmina de base, precisa estar
eletricamente isolado da mesma.
Uma das extremidades é fixada em um ponto de rígido enquanto a
outra será o ponto de aplicação de força.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
Um material ao sofrer uma flexão, suas fibras internas serão
submetidas a dois tipos de deformação:
◦ Tração
◦ Compressão.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
As fibras externas sofrem um alongamento com a tração (maior
raio de curvatura), enquanto as fibras internas sofrem uma
redução de comprimento (menor raio de curvatura).
Variação da resistência total
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
A ligação ideal para um Strain Gauge com 4 tiras extensiométricas
é o circuito em ponte de Wheatstone, que tem a vantagem
adicional de compensar as variações de temperatura ambiente,
pois todos os elementos estão montados em um único bloco.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.4 Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
Exemplo de aplicação: Célula de carga
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.5 Sensor tipo Capacitivo
A principal característica dos sensores capacitivos é a completa
eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força /
deslocamento entre o processo e o sensor.
Este tipo de sensor resume-se na deformação, diretamente pelo
processo de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação
altera o valor da capacitância total que é medida por um circuito
eletrônico.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.5 Sensor tipo Capacitivo
Esta montagem elimina os problemas mecânicos das partes
móveis mas expõe a célula capacitiva às rudes condições do
processo, principalmente a temperatura do processo.
Este inconveniente pode ser superado através de circuitos
sensíveis a temperatura, montados juntos ao sensor.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.5 Sensor tipo Capacitivo
Outra característica inerente à montagem é a falta de linearidade
entre a capacitância e a distância das armaduras devido á
deformação não linear, portanto se faz necessário uma
compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
Consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em
um diafragma, utilizando o diferencial de pressão para vibrar em
maior ou menor intensidade, afim de que essa frequência seja
proporcional à pressão aplicada.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
Construção do sensor
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
Detalhe construção do sensor para melhor compreensão
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
Fatores que influenciam na ressonância do sensor de silício:
◦ Campo magnético gerado por um imã permanente
posicionado sobre o sensor;
◦ Campo elétrico gerado pôr uma corrente em AC
◦ Pressão exercida sobre o sensor
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
A combinação do fator campo magnético /campo elétrico é
responsável pela vibração do sensor.
Um dos sensores ficará localizado ao centro do diafragma (FC),
enquanto que o outro terá a sua disposição física mais à borda do
diafragma (FR).
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
Por estarem localizadas em locais diferentes, porém, no mesmo
encapsulamento, uma sofrerá compressão e a outra tração
conforme a aplicação de pressão sentida pelo diafragma.
Desta maneira, os sensores possuirão uma diferença de
frequência entre si. Esta diferença pode ser sentida por um
circuito eletrônico, e será proporcional ao ΔP aplicado.
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
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3. Dispositivos para Medição
de Pressão
3.6 Sensor tipo Silício Ressonante
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4. BIBLIOGRAFIA
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. 2.
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.
PESSA, Rogério. Manual de Treinamento SMAR: Instrumentação Básica
para Controle de Processo. Rev. 2.10. SMAR, 2004.
PAZOS, F. Automação de sistemas e robótica. Rio de Janeiro: Axcel
Books, 2002.
77