Sensores pressão traduzem força física por unidade área em sinal elétrico. Mecanismo transdução define faixa, precisão, velocidade, estabilidade temperatura, e custo do sensor. Aqui guia engenheiro para sete tipos principais.
1. Extensométrico (Metal Foil / Fio)
- Princípio: Padrão foil metal em diafragma flexível. Pressão → deformação → mudança resistência (ΔR/R = G × ε). Saída ponte Wheatstone.
- Sub-tipos: Colado (gauge colado diafragma), Não-colado (filamentos flutuantes livres).
- Faixa: 0–15 psi a 100.000 psi.
- Prós: Robusto, baixo custo, ampla faixa, boa linearidade.
- Contras: Sensibilidade temp (requer compensação), resposta frequência moderada (~1-10 kHz), excitação ponte necessária.
- Apps: Processo industrial, hidráulico, automotivo óleo/combustível.
2. Piezoresistivo (Silício MEMS)
- Princípio: Diafragma silício dopado. Deformação rede cristal muda resistividade (coeficiente π) — 10-100× mais sensível que metal.
- Sub-tipos: Die nu (óleo/isolado), chip MEMS nível (ASIC integrado).
- Faixa: 0–1 psi a 10.000 psi.
- Prós: Alta sensibilidade, tamanho pequeno, resposta rápida (>100 kHz), baixa potência, fabricação lote (barato volume).
- Contras: Forte coeficiente temp (precisa compensação ativa), sobrepressão limitada, compatibilidade mídia (precisa diafragma isolamento + enchimento óleo).
- Apps: Automotivo (MAP, TPMS), médico, consumo (barômetros), transmissores industriais.
3. Capacitivo
- Princípio: Diafragma = uma placa capacitor. Placa fixa oposta. Pressão → deflexão → ΔC = εA/d. Medido via carga/descarga ou ponte.
- Faixa: 0–0,1 inH2O (diferencial) a 10.000 psi.
- Prós: Linearidade excelente, alta estabilidade, baixo histerese, baixa potência, bom para pressão muito baixa.
- Contras: Sensível vibração/aceleração, ASIC leitura complexo, custo maior.
- Apps: Diferencial HVAC, altímetros, processo precisão, ferramentas semicondutor.
4. Piezoelétrico (Modo Carga)
- Princípio: Quartzo, cerâmica PZT, GaPO4 geram carga sob tensão (Q = d × F). Só mede pressão dinâmica. Não mede estática (carga vaza).
- Faixa: 0–5 psi a 100.000+ psi (dinâmico).
- Prós: Ultra-rápido (MHz), alta temp (até 500°C+), robusto, sem potência necessária.
- Contras: Sem resposta CC, saída alta impedância (precisa amp carga), efeito piroelétrico (gradientes temp = ruído).
- Apps: Análise combustão, explosão/balística, batida motor, pesquisa turbulência.
5. Ressonante (Saída Frequência)
- Princípio: Pressão muda tensão em elemento vibrante (feixe quartzo, ressonador silício). Frequência muda: f ∝ √Tensão. Saída digital (frequência).
- Prós: Maior precisão (0,01% FS), estabilidade longo prazo excepcional, interface digital (sem erro ADC).
- Contras: Caro, complexo, sensível choque/vibração.
- Apps: Aviação (altitude/velocidade), padrões laboratório, poço petróleo/gás.
6. Óptico / Fibra Óptica
- Princípio: Pressão modula luz (intensidade, fase, comprimento onda, deslocamento FBG). Imune EMI/RFI, intrinsecamente seguro.
- Sub-tipos: Extrínseco (diafragma modula fibra externa), Intrínseco (FBG na fibra).
- Prós: Imune EMI, passivo (sem potência sensor), alta temp, multiplexável (muitos sensores uma fibra).
- Contras: Interrogador caro, instalação complexa, fibra frágil.
- Apps: Petróleo/gás poço, ambientes RMN, transformadores alta tensão, saúde estrutural.
7. Tipos Pressão Referência (Spec Crítico)
| Tipo | Referência | Mede | Exemplo |
|---|
| Absoluta | Vácuo (0 psia) | Pabs | Barômetro, Altímetro, Manifold Absoluto (MAP) |
| Relativa (Gauge) | Atmosfera (ventilada) | P - Patm | Pressão pneu, Nível tanque, Descarga bomba |
| Relativa Selada | Selada ~1 atm | P - Pref | Alta pressão onde ventilação impraticável |
| Diferencial | Duas portas (Hi/Lo) | PHi - PLo | Filtro ΔP, Vazão (orifício), Nível (tanque pressurizado) |
Checklist Seleção
- Faixa & Sobrepressão (prova/ruptura).
- Mídia (Gás/Líquido, Corrosivo, Viscoso) → Material diafragma isolamento (316L, Hastelloy, Tantalum).
- Precisão (NLH, TEB - Banda Erro Total).
- Faixa Temp (Processo & Ambiente).
- Tempo Resposta / Frequência.
- Saída: mV/V, 4-20mA, 0-5/10V, I2C/SPI, Frequência, HART.
- Aprovação: ATEX/IECEx (LocPerig), FM, CE, 3A (Sanitário).
Regra Prática: Processo industrial → Piezoresistivo (4-20mA) ou Capacitivo. Dinâmico/Alta Temp → Piezoelétrico. Ultra-baixo ΔP → Capacitivo. Maior Precisão → Ressonante. EMI/Segurança Intrínseca → Óptico.
