Medición de presión diferencial con tecnología de silicio resonante Yokogawa

Dentro del amplio abanico de instrumentos de campo utilizados en prácticamente todo proceso industrial para medir variables tales como flujo, temperatura y presión, surgen distintas tecnologías para obtener información precisa, oportuna y confiable. El presente artículo tiene por objeto describir los alcances de las tecnologías disponibles para medir presión diferencial y, en particular,
la tecnología de silicio resonante.

A la hora de evaluar qué tecnología utilizar para resolver los desafíos presentes cada día en las distintas aplicaciones industriales; factores tales como tipo de fluido, porcentaje de sólidos, propiedades físicas y/o químicas del mismo, características del sitio, entre otros, permiten al usuario optar por un camino u otro. Por supuesto, también existen variables comerciales o económicas como el precio de la tecnología, plazo de entrega y respaldo, entre otros factores que pueden influir en una decisión.

En los últimos cincuenta años, los sensores análogos para medir presión diferencial, han avanzado desde aquellos basados en el balance de masas a aquellos basados en la capacitancia y luego los piezoresistivos. Estas tecnologías análogas, probadas por años, se siguen usando hasta el día de hoy, no obstante, presentan algunos problemas que pese a sus avances, permanecen en el tiempo. Algunos de ellos son su alta sensibilidad a fenómenos como golpe de ariete, cambios bruscos de presión y temperatura y efectos ambientales, entre otros que afectan la integridad del equipo, su estabilidad y confiabilidad.

Su naturaleza análoga, hace necesario el uso de conversores para integrarlos a las plataformas digitales con los consecuentes errores de señal. Lo anterior hace necesario el monitoreo permanente de los equipos, excesivo mantenimiento y, en particular, la calibración de los sensores para asegurar su fiabilidad. Una medición errónea no detectada, genera información también errónea y puede llevar a tomar decisiones equivocadas con grandes costos y consecuencias indeseadas.

Un poco de historia

A comienzos de los noventa, investigadores japoneses desarrollaron una nueva generación de sensores de presión diferencial completamente digitales basados en una aplicación distinta: la tecnología de silicio resonante, que consiste en la instalación de dos resonadores de substrato de silicio enfrentados. Al aplicar presión sobre ellos, aumenta o disminuye la frecuencia de cada resonador, respecto a su frecuencia natural. Uno de los cristales entra en tensión, mientras el otro en compresión. Al mismo tiempo, un microprocesador mide las frecuencias de salida del sensor sin necesidad de añadir conversiones de análogo a digital de ninguna naturaleza, solo basta con contar el cambio en las frecuencias de cada resonador. La esencia de este desarrollo se basa en las excelentes propiedades elásticas del silicio, que le permiten una medición repetible, precisa (±0.075%) y sin histéresis inherente, gracias a su robustez.

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