Sensores de PressãoSérie 2 e Série 4

O que são as Séries 2 e 4

Quando a medição de pressão precisa caber dentro do equipamento, ao lado do microcontrolador, o caminho mais enxuto é soldar o elemento sensor direto no circuito impresso. As Séries 2 e 4 da KELLER foram feitas para isso: são sensores de pressão para soldar em placa, piezorresistivos, que a própria fabricante indica para projetos em que tamanho pequeno e baixo custo pesam na decisão.

Cada peça é um chip de silício com uma ponte de Wheatstone de resistores difundidos, montado sobre vidro e encaixado em um corpo plástico (Delrin/POM) com a tomada de pressão. Não há eletrônica embarcada. A saída é o sinal da ponte, em milivolts, e quem amplifica e compensa é o seu circuito. Segundo a KELLER, as duas séries trabalham com amplificadores padrão.

Sensor, transdutor ou transmissor?

Na Kelltech esses três nomes têm sentido preciso. Sensor é o elemento que mede e gera o sinal em mV. Transdutor é o sensor com fixação e conexão mecânica (corpo, rosca, flange). Transmissor é o sensor com fixação, uma placa eletrônica que entrega 4…20 mA, 0…10 V ou sinal digital e um conector. As Séries 2 e 4 são sensores nesse sentido. A KELLER as chama de "sensores de pressão piezorresistivos OEM", ou seja, peças feitas para o fabricante integrar no próprio produto, e quem faz o papel de fixação é a sua placa. A explicação completa está no guia sobre o que são sensores de pressão e como funcionam.

Série 2 ou Série 4: o meio e a referência decidem

As duas séries usam o mesmo princípio e o mesmo tipo de corpo. O que muda é a face do chip que recebe a pressão, e isso define o que cada uma pode medir.

• Série 2: o meio atua direto no chip. A pressão chega à face ativa do chip e o meio entra em contato com a ponte. Por isso a KELLER restringe a Série 2 a ar seco. Em compensação, é a única das duas que tem versões absolutas: o datasheet lista PR (relativa), PAA e PA (absolutas) e PD (diferencial).
• Série 4: o meio atua na parte traseira do chip. A pressão chega pela face posterior, longe da ponte, então o meio pode ser úmido: gases, água e fluidos não agressivos. O lado de referência precisa continuar em atmosfera benigna. A KELLER indica a Série 4 como ideal para pressões negativas. Versões: somente PR e PD. Não existe Série 4 absoluta.

Critério	Série 2	Série 4
Onde o meio atua	Face ativa do chip, em contato com a ponte	Parte traseira do chip
Meio admitido	Somente ar seco	Gases, água e fluidos não agressivos, inclusive úmidos
Referências disponíveis	PR, PAA, PA, PD	PR, PD
Medição absoluta	Sim (PAA, PA)	Não
Lado de referência	Ar seco	Atmosfera benigna
Ponto forte citado pela KELLER	Pressão atmosférica, meteorologia, aviação leve	Pressões negativas

Diferente das células em aço inox das Séries 3 L a 10 L, o datasheet das Séries 2 e 4 não descreve membrana de aço nem óleo de transmissão: o meio chega ao próprio silício. É isso que as deixa simples e compactas, e é também o que limita os meios aceitos. O comparativo aprofundado está em Sensor de pressão para placa: Série 2 ou Série 4?

Para que servem

O datasheet da KELLER cita medição de pressão atmosférica e meteorologia, asas-delta e pequenos aviões, instrumentos pneumáticos de controle, robótica, gases sanitários e medicinais e ar-condicionado. Na medição barométrica, a fabricante destaca resolução equivalente a 10 cm de coluna de ar, o que interessa a quem projeta altímetros e estações meteorológicas (veja sensor de pressão barométrica para altímetro e estação meteorológica).

A Série 4 cobre as medições de pressão negativa e de sucção em equipamentos pneumáticos e médicos, e também gases úmidos e água limpa. O datasheet traz faixas negativas de -0,1 a -1 bar. Os detalhes de polaridade e de faixa estão em sensor para pressão negativa e vácuo de ventosas.

Diferenciais

• Solda direta na placa: não há rosca, cabo ou conector entre o sensor e o circuito, o que reduz peças e espaço. Quando o sensor precisa ficar afastado da placa, há a opção de fios de silicone de 0,09 mm² e 7 cm.
• Ficha individual por peça: segundo a KELLER, todos os sensores são testados em temperatura, estabilidade e linearidade, e cada um sai com a sua ficha de calibração.
• Precisão de 0,25 %FS típica (0,5 %FS máx.), com opção de 0,1 ou 0,2 %FS.
• Baixa deriva térmica: coeficiente de temperatura do zero de 0,01 mV/°C típico e da sensibilidade de 0,01 %/°C típico; estabilidade de 0,25 mV típica.
• Opções de fábrica: compensação estendida para -10…80 °C, resistores de compensação incluídos, coeficiente de temperatura do zero reduzido por fator 2 (com NTC), testes e corpos especiais.

Cuidados de projeto e limites

• Alimente com corrente constante. A especificação é de 1 mA nominal. Com tensão constante, o datasheet indica coeficiente de temperatura da sensibilidade de -0,2 %/K, cerca de 20 vezes o valor típico em corrente constante (cálculo do redator).
• O sinal é em mV. O offset do zero a 25 °C é menor que 5 mV (±0,5 mV com o resistor de compensação R5), e o sinal precisa de amplificação antes de chegar ao conversor ou ao CLP. O passo a passo está em sensor de pressão com saída em mV.
• Temperatura: trabalho de -10…80 °C, compensação padrão de 0…50 °C.
• Meio: na Série 2, umidade ou condensado no meio fica fora da especificação. Na Série 4, o meio úmido vai pela traseira do chip, mas o lado de referência não.
• Quando não usar: fluido agressivo, temperatura acima de 80 °C, pressão acima de 20 bar ou medição absoluta com meio úmido pedem célula com diafragma de aço e óleo, como as Séries 3 L a 10 L. Se o projeto precisa de sinal já condicionado, avalie um transmissor compacto como o 4LC–9LC, com saída raciométrica de 0,5…4,5 V.

Como escolher

1. Meio: ar seco atende as duas séries; ar úmido, gás com umidade ou água pede a Série 4; meio agressivo sai desta família.
2. Referência: absoluta (barômetro, altímetro) só na Série 2, com ar seco; relativa e diferencial existem nas duas; pressão negativa tem na Série 4 a indicação da KELLER.
3. Faixa: o datasheet lista fundos de escala de 0,1 a 20 bar e faixas negativas de -0,1 a -1 bar. A combinação entre faixa, série e referência deve ser confirmada com a equipe.
4. Temperatura: se o equipamento trabalha fora de 0…50 °C, peça a compensação de -10…80 °C.
5. Precisão e compensação: defina se o padrão de 0,25 %FS típico basta ou se vale a opção de 0,1 ou 0,2 %FS, e se quer os resistores de compensação incluídos ou prefere compensar na sua placa.

Como pedir

A Kelltech, distribuidora oficial da KELLER no Brasil, fornece a célula avulsa, tanto para protótipo quanto para produção em série. O datasheet disponível nesta página é a revisão 04/2008 da KELLER. Como todo datasheet, ele está sujeito a alterações, então confirme a configuração final com a equipe antes de fechar o projeto.

Para a cotação já sair certa, informe: série (2 ou 4), referência (PR, PA, PAA ou PD), faixa, meio e o que fica do lado de referência, temperatura de operação, opções (fios, resistores incluídos, precisão), quantidade ou volume anual e fase do projeto (protótipo, lote piloto ou série). Fale com a equipe técnica da Kelltech.