Tudo sobre transmissores de pressão com 4-20mA

O que é um transmissor de pressão 4-20mA?

Um transmissor de pressão com saída de 4-20mA é um dispositivo de medição de pressão usado em fábricas ou outros locais que converte os valores de leitura de pressão em um sinal de corrente elétrica que varia de 4 a 20 miliamperes. Este sinal analógico (diferente dos transmissores de pressão com saída digital ) mostra a pressão medida de forma proporcional ao valor real da medição. Por exemplo, 4mA geralmente significa pressão zero (0 psi) ou a pressão mais baixa, e 20mA significa a pressão mais alta que o transdutor de pressão pode suportar (ou o valor mais alto que o usuário deseja utilizar). Essa saída analógica padronizada significa que os transmissores de pressão de 4-20mA podem funcionar com qualquer controlador lógico programável (CLP), sistema de controle distribuído (SCD) ou sistema de aquisição de dados em qualquer indústria, o que é bastante diferente dos manômetros mecânicos, que normalmente não possuem saídas analógicas.
O padrão de 4-20 mA tornou-se a parte mais importante da instrumentação industrial devido aos seus inúmeros benefícios. Os sinais de corrente de 4-20 mA não são afetados por quedas de tensão que ocorrem quando os cabos de conexão são muito longos. Isso difere dos sinais de tensão dos transdutores de pressão (como 0-5 V CC). Além disso, o zero em 4 mA permite que os operadores do sistema distingam entre uma leitura de zero real e um fio rompido ou um transmissor com defeito, que mostraria 0 mA. Esse recurso de diagnóstico torna os transdutores de pressão de 4-20 mA essenciais para aplicações críticas de segurança em indústrias de petróleo e gás, tratamento de água, farmacêutica e manufatura.

Por que gostamos de usar transmissores de pressão com loop de 4-20mA?

Os engenheiros utilizam transdutores de pressão de 4-20 mA devido às suas inúmeras vantagens operacionais e econômicas. Primeiramente, esses sensores de pressão analógicos permitem que diferentes fábricas monitorem a pressão (ou pressão negativa, pressão diferencial, pressão composta ou pressão de vácuo) em tempo real, possibilitando que os técnicos de instrumentação realizem manutenção preditiva e evitem falhas dispendiosas em equipamentos e paradas não planejadas. Em diversas aplicações de controle de processos, manter os níveis corretos de pressão ou pressão diferencial garante o funcionamento normal da linha de produção, a ausência de defeitos nos produtos fabricados, a minimização do consumo de energia e o cumprimento de todas as normas.

Nas fábricas modernas de hoje, muitos instrumentos de campo precisam suportar condições extremas, como temperaturas extremas, alta pressão nominal, vibração, interferência eletromagnética e meios corrosivos. O transdutor de pressão de 4-20 mA resolve esses problemas utilizando materiais resistentes à corrosão em suas partes molhadas, como aço inoxidável, tântalo, liga Hastelloy, componentes eletrônicos hermeticamente selados e conectores de nível industrial (como transdutores de pressão submersíveis IP65, IP67 ou até mesmo IP68 de 4-20 mA). A topologia de circuito de corrente também oferece melhor proteção contra ruídos do que sistemas baseados em tensão, mantendo os sinais nítidos mesmo em ambientes industriais com alta incidência de ruído elétrico.

Além disso, como é fácil instalar um transdutor de pressão de loop de 4-20 mA, o tempo de instalação e o custo de manutenção são menores. Os sensores de pressão padrão de dois fios precisam apenas de uma fonte de alimentação e do próprio dispositivo. Os mesmos dois fios transmitem tanto a energia quanto o sinal. Essa simplicidade significa que os custos de instalação são menores, a fiação é menos complexa do que a de instrumentos de campo de 3 ou 4 fios e também é muito mais fácil solucionar problemas quando eles ocorrem.

Como funcionam os dispositivos de loop de transdutor de pressão de 4-20mA

A maioria dos transdutores de pressão de 4-20 mA utiliza tecnologias de detecção capacitiva em silício monocristalino ou piezoresistiva. Quando a pressão deforma o diafragma, os sensores de pressão piezoresistivos utilizam um diafragma de silício com extensômetros que alteram sua resistência. Essa variação de resistência é convertida em uma saída analógica de corrente precisa de 4-20 mA, diretamente relacionada à pressão ou ao deslocamento axial (DP) aplicado. Essa tecnologia de medição de pressão é muito precisa, geralmente dentro de ±0,25% da escala completa, podendo alcançar precisão ainda maior. Além disso, apresenta boa estabilidade térmica e tempos de resposta rápidos, o que a torna ideal para medir pressão dinâmica.

Outra ideia comum em transdutores de pressão de 4-20 mA é a tecnologia de detecção capacitiva. Esses sensores de pressão medem a variação da capacitância entre um diafragma que detecta a pressão e um eletrodo fixo. Os sensores capacitivos são excelentes para medir baixas pressões, como 1 kPa ou 5 psi, com alta precisão e mantêm leituras estáveis ao longo do tempo. Eles também funcionam melhor em situações com muita pressão estática, o que os torna perfeitos para aplicações onde ocorrem picos de pressão ocasionais.

Transmissor de pressão diferencial 4-20mA

Os transmissores de pressão diferencial com saída de 4-20 mA medem a diferença de pressão entre duas conexões de processo. São frequentemente usados para medir vazão, verificar filtros e medir o nível em tanques fechados. Esses transmissores especializados utilizam dois elementos sensores ou um elemento com portas de alta e baixa pressão separadas para calcular a diferença e enviar um sinal de 4-20 mA proporcional a essa diferença.

Vantagens do transmissor de pressão 4-20mA com display

Um transmissor de pressão de 4-20mA com display combina uma saída analógica tradicional com uma leitura digital local, o que facilita muito o seu uso. O display integrado permite que os técnicos verifiquem as medições diretamente no local da instalação, sem a necessidade de ferramentas de diagnóstico adicionais. Esse recurso é muito conveniente para técnicos de instrumentação durante o comissionamento, a resolução de problemas e a manutenção regular, pois reduz o tempo necessário para identificar problemas no processo.

Na maioria das vezes, esses transmissores de pressão ou de pressão diferencial avançados possuem telas de LCD ou LED que exibem valores de pressão em unidades de engenharia como PSI, bar, MPa, mmH2O, kPa ou unidades de pressão personalizadas. A maioria dos transdutores de pressão com display digital possui uma configuração de botão que permite aos técnicos alterar o amortecimento, o offset zero e a faixa de medição em campo, sem precisar desconectar o dispositivo. Alguns novos transmissores de pressão de 4-20 mA com display também possuem recursos de diagnóstico que mostram os valores mínimo e máximo registrados, o status dos alarmes e os códigos de erro, agilizando a solução de problemas.

O visor eletrônico do transdutor de pressão é especialmente útil em locais de difícil acesso ou muito pequenos para acomodar um visor de sistema de controle. Os operadores podem verificar rapidamente as condições visualmente durante as rondas, identificando problemas imediatamente, sem precisar retornar às salas de controle ou utilizar comunicadores portáteis.

Faixas de pressão comuns: 4–20mA, 0–10 bar e superiores para transmissores de pressão.

Diferentes faixas de pressão são necessárias para diferentes aplicações industriais. Por exemplo, um transmissor de pressão de 4-20mA e 0-10 bar (aproximadamente 0-145 PSI) é um dos mais comuns para processos industriais em geral, sistemas de ar comprimido e circuitos hidráulicos. A pressão de 10 bar também é adequada para muitas aplicações de vapor de baixa pressão, redes de distribuição de água e sistemas pneumáticos. No entanto, considerando apenas o exemplo de 10 bar, também oferecemos opções de 100 psi, 200 psi, 10 MPa ou até 700 bar. A maioria dos fabricantes chineses de sensores de pressão comercializa esses transmissores de pressão novos com diferentes tipos de conexões, como roscas NPT de 1/2”, roscas G, tri-clamp e conexões flangeadas, permitindo sua utilização com diferentes sistemas de tubulação.

Transmissores de pressão de 0 a 100 PSI (aproximadamente 0 a 7 bar) são igualmente populares e de uso comum. Eles funcionam com configurações de pressão comuns em sistemas de climatização (HVAC), monitoramento de bombas e controle de compressores. Sistemas hidráulicos, aplicações com gases de alta pressão e máquinas de moldagem por injeção utilizam faixas de pressão mais elevadas, como 0 a 1000 PSI ou 0 a 6000 PSI. A grande vantagem da tecnologia padronizada de transdutores de pressão de 4 a 20 mA é que o sinal de saída permanece o mesmo, independentemente da faixa de pressão. Isso facilita a integração de sistemas e a substituição de instrumentos.

Os transmissores de vácuo e de faixa composta adicionam a capacidade de medir tanto vácuo quanto pressão positiva, o que é importante para sistemas de refrigeração, colunas de destilação e embalagens a vácuo. Esses instrumentos especializados de medição de pressão também podem manter a mesma saída de corrente de 4-20 mA enquanto medem faixas de pressão como -1 a +3 bar ou -14,7 a +15 PSI ou -5000 a +5000 mmWG para detecção de pressão composta.

Aplicações comuns para transdutores de pressão de loop de 4-20mA: Monitoramento da pressão de água, óleo e vapor.

Transmissor de pressão de água 4-20mA

Os transmissores de pressão de água com loop de 4-20mA têm uma ampla gama de aplicações em estações de tratamento de água municipais, redes de distribuição, sistemas de irrigação e sistemas de automação predial. Esses transdutores de pressão de água de 4-20mA monitoram as pressões na descarga da bomba, no sistema de filtração e na linha de distribuição para garantir o fornecimento contínuo de água e detectar vazamentos. Eles gerenciam ciclos de retrolavagem, asseguram a utilização da quantidade correta de produtos químicos e evitam que as bombas funcionem a seco em estações de tratamento de água. Para manter a limpeza e monitorar sistemas de limpeza no local (CIP) e linhas de transferência de produtos, as indústrias de alimentos e bebidas utilizam transmissores de pressão de água de grau sanitário, fabricados em aço inoxidável polido e com conexões tri-clamp.

Transmissores de pressão de óleo com saída de 4-20mA

Transmissores de pressão de óleo com saída de corrente de 4-20mA são componentes importantes de sistemas hidráulicos, circuitos de lubrificação e plantas de processamento de petróleo. Esses sensores de pressão protegem peças hidráulicas caras em equipamentos móveis e máquinas industriais, monitorando a pressão do sistema e disparando alarmes quando ela ultrapassa os níveis de segurança ou fica abaixo dos níveis mínimos, o que pode indicar uma falha na bomba ou um vazamento. Transmissores de pressão de óleo fabricados em aço inoxidável, materiais que não se deterioram quando expostos a hidrocarbonetos, são utilizados em refinarias e plantas petroquímicas para medir a pressão em oleodutos, colunas de destilação e parques de tanques de armazenamento de produtos. Transmissores de pressão de óleo também são utilizados em aplicações de teste nas áreas marítima, de geração de energia e automotiva para garantir que a pressão de lubrificação seja suficiente para evitar danos graves aos equipamentos.

Transmissores de pressão de circuito de vapor de 4-20mA

Os transmissores de pressão de vapor são vitais para a geração de eletricidade, o processamento de produtos químicos, a esterilização de alimentos e o aquecimento de bairros inteiros. Esses sensores de pressão de alta temperatura suportam temperaturas de vapor acima de 200 °C (400 °F) graças a um design especial, com elementos de resfriamento, vedações remotas ou sistemas capilares que protegem os componentes eletrônicos sensíveis do calor extremo. Para manter as pressões de operação adequadas, os sistemas de controle de caldeiras utilizam transmissores de pressão de vapor. Isso garante a segurança e a eficiência dos processos, evitando situações perigosas de sobrepressão. Indústrias farmacêuticas e de dispositivos médicos utilizam transmissores de pressão de vapor em autoclaves e equipamentos de esterilização. Esses dispositivos asseguram que a pressão esteja sempre correta, garantindo a eficácia dos ciclos de esterilização e o atendimento aos padrões de segurança estabelecidos pelo governo.

O que você precisa saber sobre o preço de um transmissor de pressão de 4-20mA

O preço dos transmissores de pressão de 4-20mA pode variar bastante dependendo de suas características, princípios de funcionamento, especificações, precisão e nível de qualidade. Diversas empresas fabricam transmissores de pressão de 4-20mA de nível básico por menos de US$ 100. Esses modelos geralmente possuem recursos básicos e precisão suficiente para aplicações não críticas. Esses sensores de pressão acessíveis e baratos, na faixa de US$ 100, geralmente não possuem visor eletrônico, protocolo HART, têm faixas de pressão limitadas e recursos básicos.

Os transmissores de pressão ou DP possuem funções aprimoradas, custam entre US$ 100 e US$ 300, são mais precisos (±0,5% a ±0,25%), são fabricados em aço inoxidável e possuem tecnologia digital.

O visor permite leitura direta ou configurações, funciona em uma faixa mais ampla de temperaturas e pressões estáticas, e é mais estável ao longo do tempo. Esses transdutores são adequados para a maioria dos ambientes industriais onde precisão e confiabilidade são importantes, mas não há condições extremas. Transmissores premium, com preço superior a US$ 300, oferecem melhor precisão (±0,1% ou melhor que 0,075%), certificações para áreas classificadas (aprovado pela ATEX), diagnósticos avançados e materiais de construção que podem ser usados em ambientes corrosivos ou sanitários.

O preço do transmissor de pressão 4-20mA também inclui certificações e aprovações. Dispositivos certificados para atmosferas explosivas (ATEX, IECEx, CSA), aplicações sanitárias (3-A, EHEDG) ou diretivas de equipamentos sob pressão custam mais porque precisam passar por muitos testes e documentação. Ao analisar novos transmissores de pressão 4-20mA, não considere apenas o preço de compra inicial. Em vez disso, analise o custo total de propriedade, que inclui instalação, calibração e manutenção. Isso porque instrumentos de maior qualidade geralmente oferecem melhor custo-benefício a longo prazo, apresentando menos falhas e intervalos de calibração mais longos.

5 perguntas frequentes sobre transmissores de pressão 4-20mA (FAQ)

1. Qual a diferença entre um transdutor de pressão e um transmissor de pressão?

Existem pequenas diferenças entre os dois termos, embora sejam frequentemente usados como sinônimos. Um transdutor de pressão de 4-20 mA converte a pressão em um sinal elétrico. Um transmissor de pressão, por outro lado, possui circuitos adicionais que condicionam o sinal para torná-lo mais forte e consistente na faixa de 4-20 mA. Ambos os dispositivos têm a mesma função na indústria: medem a pressão e fornecem uma saída de corrente padrão que os sistemas de controle podem ler. O padrão de 4-20 mA é o padrão da indústria para aplicações de controle de processos, pois funciona com quase todos os PLCs e sistemas DCS.

2. É aceitável usar um transmissor de pressão que custe menos de US$ 100 para fins industriais?

Transmissores de pressão baratos, de 4 a 20 mA, com preço inferior a US$ 100, podem ser usados para monitoramentos pouco críticos, em escolas ou para instalações de curto prazo. No entanto, para processos industriais importantes que exigem alta precisão, confiabilidade a longo prazo e conformidade com as normas de segurança, é melhor investir em transmissores de gama média ou alta. Dispositivos melhores são mais precisos (±0,25% ou melhor), mantêm melhor a temperatura, são construídos para durar com carcaças de aço inoxidável e possuem as certificações necessárias para áreas classificadas. Considere o custo total de propriedade. Um transmissor barato que quebra pode custar muito mais em tempo e materiais perdidos do que o dinheiro economizado na compra.

3. Quando posso adquirir um transmissor de pressão de 4–20mA com visor?

Um transmissor de pressão de loop com visor digital é muito útil para manutenção e resolução de problemas. O visor integrado permite que os técnicos verifiquem os valores de medição de pressão diretamente no local, sem a necessidade de conectar ferramentas de diagnóstico ou ir até a sala de controle para verificar o problema. O visor LCD também é útil durante o comissionamento de sensores, inspeções regulares ou para verificar e reparar algum componente. Muitos transdutores com visor também permitem alterar configurações em campo com o toque de uma tecla, exibir informações de diagnóstico como valores de pressão mínima e máxima, mostrar o status de alarmes ou realizar o ajuste de zero. Os transmissores de pressão com visor local podem economizar muito tempo e tornar as operações mais eficientes em locais de difícil acesso aos visores do sistema de controle, como instalações remotas ou espaços pequenos.

4. Qual a faixa de pressão que devo escolher para o meu uso?

A faixa mais comum para transmissores de pressão é de 4-20mA e 0-10 bar (0-145 PSI), adequada para a maioria dos processos industriais, sistemas de ar comprimido e redes de distribuição de água. Escolha um transmissor com uma faixa de escala completa de 1,5 a 2 vezes a pressão máxima esperada para usos específicos. Isso proporcionará uma margem de segurança adicional. Em sistemas municipais, os transmissores de pressão de água geralmente operam na faixa de 0-10 bar ou 0-100 PSI. Em sistemas hidráulicos, os transmissores de pressão de óleo podem precisar operar na faixa de 0-250 bar (0-3600 PSI) ou superior. **Os transmissores de pressão de vapor geralmente precisam operar em altas temperaturas e ter faixas de pressão que correspondam às condições da caldeira. Para vapor de baixa pressão, essa faixa costuma ser de 0-16 bar (0-232 PSI), e para processos industriais, geralmente é mais alta.

5. Como posso determinar um preço justo para um transmissor de pressão de 4-20mA?

O preço de um transmissor de pressão de 4-20mA depende de vários fatores, como sua precisão, os materiais de que é feito, as certificações que possui e os recursos extras que oferece. Modelos básicos, com preço inferior a US$ 100, são adequados para tarefas simples e sem grandes exigências. Transmissores de gama média (entre US$ 100 e US$ 300) têm desempenho de nível industrial, com precisão de ±0,25% a 0,5%, são fabricados em aço inoxidável e apresentam estabilidade ao longo do tempo, sendo ideais para a maioria das aplicações. Transmissores premium (com preço superior a US$ 300) oferecem maior precisão (±0,1%), certificações para áreas classificadas (ATEX, CSA), aprovações para uso sanitário (3-A, EHEDG) e diagnósticos avançados. Ao escolher um novo transmissor de pressão de 4-20mA, não se limite apenas ao preço de compra. Em vez disso, pense no custo total de propriedade, que inclui a dificuldade de instalação, a frequência de calibração, a vida útil esperada e o tempo de inatividade que podem causar. Embora o custo inicial seja maior, um transmissor confiável e preciso geralmente compensa mais a longo prazo.