I sensori di pressione sono ormai diventati indispensabili in diversi settori industriali per monitorare la pressione di liquidi e gas. Li si può trovare nei dispositivi sanitari, negli impianti di produzione e negli impianti di trattamento delle acque. Tuttavia, quando si esaminano le specifiche di un sensore di pressione, spesso si incontra il termine “uscita 4-20 mA”. Se sei alle prime armi, questo termine potrebbe sembrarti troppo tecnico, quindi potresti chiederti: cosa significa “uscita 4-20 mA” nei sensori di pressione? In realtà, si tratta di un segnale elettrico standard utilizzato dai sensori di pressione. Ma non è tutto. In questa guida spiegherò cosa significa un’uscita da 4-20 mA, come funzionano questi sensori e quali sono i loro vantaggi. Cominciamo, quindi.
Cosa significa "uscita 4-20 mA" nei sensori di pressione?
Un segnale di uscita da 4-20 mA è un segnale elettrico standard che un sensore di pressione utilizza per trasmettere i valori di pressione ad altri dispositivi. In questo caso, 4 mA corrispondono al valore di pressione più basso, mentre 20 mA corrispondono al valore di pressione più alto all’interno del campo di misura del sensore.
Ricordate che la pressione e la corrente sono strettamente correlate. Quando la pressione varia, anche la corrente aumenta o diminuisce di conseguenza. Pertanto, questo intervallo di uscita di corrente compreso tra 4 e 20 mA consente al sensore di inviare letture accurate della pressione. In che modo? Supponiamo che vi sia un sensore di pressione in grado di misurare valori compresi tra 0 e 100 PSI. Quando la pressione è pari a 0 PSI, il sensore invierà una corrente di 4 mA.
Ora, quando la pressione raggiunge i 100 PSI, il segnale è di 20 mA. Se la pressione si trova a un valore intermedio, ad esempio 50 PSI, anche la corrente sarà compresa tra 4 mA e 20 mA. Da ciò si evince che il valore di 4 mA si riferisce alla pressione minima rilevabile dal sensore, indipendentemente dall’intervallo di misura. Il valore di 20 mA, invece, indica la pressione massima. In questo modo, il segnale di corrente riflette direttamente la pressione misurata.
È proprio questa semplicità a rendere questo metodo di uscita estremamente affidabile. Anche nei sistemi industriali in cui i sensori sono situati lontano dai sistemi di controllo, la loro affidabilità rimane garantita. Ciò è dovuto al fatto che un segnale da 4-20 mA può percorrere lunghe distanze con una perdita di precisione minima. Ciò significa che un regolatore riceverà segnali accurati per intervenire nel caso in cui la pressione superi il limite.
Come funzionano i sensori di pressione da 4–20 mA?
Il funzionamento del sensore di pressione 4-20 mA è molto semplice. Innanzitutto, un sensore di pressione da 4–20 mA misura la pressione di un liquido o di un gas. All’interno di questi sensori di pressione è presente un elemento sensibile che reagisce ogni volta che la pressione varia. Quando rileva una variazione di pressione, il sensore converte il valore della pressione in un segnale di corrente elettrica.
Ma c’è una cosa da tenere presente: questo sensore di pressione non invia direttamente un valore di pressione. Invia invece una corrente compresa tra 4 mA e 20 mA a un altro dispositivo, come ad esempio un regolatore. A questo punto il regolatore dispone del valore di pressione più preciso sotto forma di uscita in corrente. Il motivo è che i segnali di corrente sono molto meno soggetti a interruzioni dovute a interferenze elettriche durante la trasmissione. Poiché la precisione è fondamentale, essa viene garantita proprio attraverso questi segnali di corrente.
Ma questi operatori di lettura non sono in grado di interpretare tali valori. Ecco perché i controllori convertono queste letture di corrente in valori di pressione leggibili. In questi sensori, le letture di pressione vengono trasmesse in un intervallo di uscita elettrica compreso tra 4 e 20 mA. Se il sensore non rileva alcuna variazione della pressione del liquido o del gas nel sistema, invierà un segnale di 4 mA. Tuttavia, se rileva una variazione massima di pressione all’interno del proprio intervallo, invierà un segnale di 20 mA.
Perché la corrente da 4–20 mA è ideale per gli ambienti industriali?
I sensori di pressione da 4-20 mA sono diventati una scelta molto diffusa in quasi tutti i settori industriali. Diversi motivi ne giustificano l’importanza in questo ambito. Innanzitutto, questi sensori di pressione trasmettono le informazioni relative alla pressione con estrema precisione. Infatti, nei grandi impianti industriali, i sensori di pressione sono spesso installati a grande distanza dal controller. Di conseguenza, è più probabile che il segnale di pressione perda precisione prima di raggiungere il controller.
Tuttavia, i sensori di pressione da 4-20 mA sono utili per trasmettere i dati di pressione su lunghe distanze senza perdere precisione. In secondo luogo, questi sensori di pressione resistono molto bene alle interferenze elettriche. Nei sistemi industriali sono presenti grandi motori, generatori e altri dispositivi elettrici. Tutti questi dispositivi generano rumore elettrico. Normale sensori di pressione industriali sono spesso soggetti a questa interferenza elettrica.
Tuttavia, un sensore di pressione da 4–20 mA è molto meno sensibile al rumore elettrico, quindi i dati relativi alla pressione vengono trasmessi in modo più affidabile. Infine, il sistema da 4–20 mA facilita anche il rilevamento rapido di eventuali problemi di cablaggio o relativi ai sensori. In questi sensori, il segnale parte in genere da 4 mA quando il sistema funziona correttamente. Se la corrente scende improvvisamente a 0 mA, è segno di un cavo rotto, di un’interruzione di alimentazione o di un guasto del sensore. In questo modo gli operatori individuano rapidamente il problema e lo risolvono per evitare tempi di fermo.
Tipi di sensori di pressione da 4–20 mA
Ora conosci le nozioni di base e il funzionamento dei sensori di pressione da 4-20 mA. Giusto? Ora devi sapere che questi sensori di pressione non sono sempre uguali. Sono infatti disponibili in varie dimensioni e specifiche per soddisfare le diverse esigenze industriali. Approfondiamo quindi l’argomento e analizziamo alcuni dei tipi più comuni di sensori di pressione da 4-20 mA.
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- Sensori di pressione relativa
- Sensori di pressione assoluta
- Sensori di pressione differenziale
- Sensori di pressione manometrica sigillati
- Sensori di pressione a vuoto
- Sensori di pressione composti
Domande frequenti
Perché il segnale parte da 4 mA e non da 0 mA?
Il segnale da 4–20 mA parte da 4 mA anziché da 0 mA per migliorare l’affidabilità e la sicurezza del sistema. Il punto a 4 mA è denominato “zero attivo”. Ciò significa che il sistema funziona normalmente anche al livello di misura più basso. Pertanto, se il segnale indica 4 mA, significa che tutto è a posto e che il sensore è attivo.
I segnali da 4–20 mA sono migliori dei segnali di tensione?
Nella maggior parte dei casi industriali, sì, il segnale da 4–20 mA è preferibile rispetto ai segnali di tensione. Il motivo principale è che un segnale di corrente, come quello da 4–20 mA, rimane stabile anche su lunghe distanze. Inoltre, questo tipo di segnale è resistente al rumore, garantendo che il valore della pressione rimanga stabile.
Cosa succede se il segnale scende al di sotto dei 4 mA?
In un sensore di pressione funzionante correttamente, il segnale dovrebbe rimanere sempre compreso tra 4 mA e 20 mA. Se la corrente scende al di sotto di 4 mA o raggiunge 0 mA, ciò indica solitamente un problema nel sistema.
Conclusione
I sensori di pressione sono i dispositivi più affidabili in molti settori industriali per misurare e controllare la pressione di liquidi e gas. Tuttavia, sono disponibili con diversi tipi di uscita. Tra questi, i sensori di pressione da 4-20 mA sono apprezzati per la loro precisione. Questi sensori di pressione trasmettono il segnale in forma elettrica entro un intervallo compreso tra 4 e 20 mA. Il valore di 4 mA corrisponde alla pressione più bassa, mentre quello di 20 mA alla pressione più alta rilevabile dai sensori. Questi tipi di segnale non subiscono interferenze elettriche e forniscono letture precise.