Sensores diferenciais de pressão Freescale / NXP

 

Nota: Os modelos com que trabalho são todos diferenciais, com sufixo “DP” (Differential Pressure). Por exemplo: MPX5010DP, MPX5050DP, MPX5100DP e MPX5700DP. Isso quer dizer que o sensor mede o valor da diferença de pressão entre as duas entradas. Deixando a entrada de vácuo aberta, o valor da pressão medida é a diferença para a pressão atmosférica.  Algumas aplicações exigem sensores absolutos (que tem o sufixo “AP” nessa série). Esta nota técnica da Honeywell diz que geralmente só são necessários em altímetros ou barômetros. E este texto da SensorOne sugere que você precisa usar sensores absolutos se quiser ter uma medida precisa em sistemas “fechados”, que não sofrem influência da pressão atmosférica, como a pressão interna de um cilindro de ar para detectar vazamentos. Mas se você quiser medir a pressão de saída do ar, do mesmo cilindro, ou se precisão não for de suma importância, usar sensores diferenciais já seria adequado.

Explicando de outra forma: se você quer medir pressão em recipientes que não estejam hermeticamente fechados (e por isso sofrem influência da pressão atmosférica), como tanques e reservatórios, o sensor diferencial é o mais adequado. Se você usar um sensor absoluto para medir a pressão em uma cisterna, vai ver a pressão mudar o tempo todo porque a pressão atmosférica muda o tempo todo ao nosso redor.  Como o diferencial usa como referência a pressão atmosférica, a mesma leitura fica estável.

Você pode identificar os sensores AP facilmente por terem apenas uma entrada. Eu não trabalho com a linha absoluta.

Modelos com que trabalho (links direto para datasheets no site do fabricante):

  • MPX5010DP: 0 a 10 kPa (0 a 1,45 psi – 0 a 0,1 bar – 0 a 1m de coluna de agua)
  • MPX5050DP: 0 a 50 kPa (0 a 7,25 psi – 0 a 0,5 bar – 0 a 5m de coluna de agua)
  • MPX5100DP: 0 a 100 kPa (0 a 14,5 psi – 0 a 1 bar – 0 a 10m de coluna de agua)
  • MPX5500DP: 0 a 500 kPa (0 a 72.5 psi – 0 a 5 bar – 0 a 50m de coluna de agua) – EM FALTA
  • MPX5700DP: 0 a 700 kPa (0 a 101.5 psi – 0 a 7 bar – 0 a 70m de coluna de agua)

Esses sensores medem a pressão de qualquer fluido (água, óleo, ar, etc). A principal aplicação é a medição de nível em caixas d’agua, cisternas, máquinas de lavar, etc.

Nota de Aplicação, explicando como se faz o monitoramento de água, usando como exemplo uma máquina de lavar: AN1950. Observe que esta nota se refere a outra série de sensores de pressão, mas ignorando os valores de tensão a informação também se aplica a esta série.

Esta outra nota de aplicação explica como evitar ruído na saída do sensor: AN1646

O que muda entre os modelos é a resolução do sensor, pois o sensor de 5m não perceberá variações que o de 1m perceberia. Para dar uma idéia grosseira, onde o MPX5010 perceber uma variação de 1 litro, o MPX5050 só perceberá de 5 em 5 litros.

Não deixe a quantidade de pinos intimidar você. Apenas três são usados nesse modelo: VCC, GND e OUT. E para evitar confusão é assim que eu despacho o sensor:

A saída é analógica, de 0V a Vcc, proporcional à pressão aplicada. No Arduino, basta alimentar, conectar à entrada A0 (mas pode ser qualquer uma das entradas analógicas) e rodar o exemplo 03.Analog->AnalogInOutSerial do Arduino. Para traduzir o valor lido em litros é preciso que você calcule como a faixa de leitura do sensor (0-1024) mapeia para o volume do seu reservatório. Se você souber calcular volume e usar uma regra de três, já sabe quase tudo o que é necessário.

Também é possível medir vácuo, usando a outra entrada do sensor (mas é complicado e não recomendo). Inclusive é possível medir velocidade de fluxo do fluido, usando-se as duas entradas.

Este sensor é caro e delicado por isso merece atenção

Muito cuidado ao aplicar pressão no sensor. Com a seringa e o tubo que forneço, teoricamente você não vai conseguir aplicar mais pressão que a suportada pelo sensor. Mas basta reduzir o tamanho do tubo ou trocar a seringa por uma maior para pôr o sensor em risco. Sempre faça os testes de olho nos valores lidos, para evitar sobrecarga. O sensor parece ter uma certa proteção contra isso, mas eu não arriscaria algo desse valor só para ver até onde ele vai.

Lembre-se de que o ar é compressível e os líquidos não são. Se você encher a seringa de líquido o sensor vai reagir com um movimento muito menor.

Devido à sensibilidade do sensor, apertar o tubo com os dedos provocará uma variação grande na leitura. O mero movimento do tubo pode ser registrado no modelo MPX5010DP.

Segundo o datasheet, as entradas são protegidas com um gel, o que permite que eventualmente haja entrada de líquido no sensor sem dano imediato. Porém o “meio” recomendado pela Freescale para contato com o sensor é ar seco, por isso você deve deixar uma coluna de ar (quanto menor, melhor) entre o fluido que você quer medir e o sensor. Mesmo água pura pode danificar o sensor se houver contato prolongado. Estude a AN3728 (Media Compatibility for IPS PRT Pressure Sensors) para maiores informações.

Dos seis terminais, que são padrão nesse encapsulamento, apenas três são usados. Eu tomei a liberdade de isolar os terminais inúteis para reduzir as chances de engano na hora de ligar.

Os terminais de pressão e vácuo são idênticos e você não deve aplicar pressão no terminal de vácuo e vice-versa. Para evitar que você se confunda, eu etiquetei claramente o terminal de pressão.

Este sensor parece ter proteção contra inversão de polaridade. Se você ligar ao contrário, a alimentação fica em curto, o que de qualquer forma não é aconselhável. Tomei o cuidado de identificar os três terminais com cores.

Teste/exemplo

Ligue a saída do sensor no pino A0 do Arduino e rode o sketch Examples->Analog->AnalogInOutSerial. Observe a leitura pelo Monitor Serial.

O primeiro valor para um MPX5010DP deve começar por volta de 33 (não exatamente, mas sempre será um valor baixo). Esse é o valor na pressão ambiente. Esse valor deveria ser zero se o sensor fosse perfeito, mas não é. Procure no datasheet do modelo escolhido o valor Voff para ter uma idéia de qual o valor mínimo na saída do sensor.  Você pode mudar a faixa de valores reportados usando o comando “map”, conforme o exemplo.

Conecte uma seringa na entrada de pressão do sensor. Se você estiver usando um modelo sensível como o MPX5010 o simples fato de conectar a seringa já causará uma mudança no valor medido. Pressione o êmbolo e os valores devem subir proporcionalmente.

Eu não posso dar um exemplo com saída em litros, porque isso depende do volume do seu reservatório. 1cm de água em um copo ou numa piscina olímpica dão exatamente a mesma pressão e o mesmo valor de saída do sensor. Você precisa fazer os cálculos para determinar quantos litros correspondem a cada mm de coluna d’água no seu reservatório e depois mapear isso para os valores de saída do sensor.

Exemplo com calibração simplificada

O sensor não precisa ser calibrado, mas o equipamento que vai usá-lo precisa. De modo grosseiro o equipamento pode ser calibrado da seguinte forma:

  • Deixe as entradas desconectadas, para que o o sensor só sinta a pressão atmosférica. Leia o valor que a saída produz e registre esse valor como a constante “valorZero”;
  • Conecte o sensor ao sistema a medir e simule a máxima pressão. Se for uma caixa de água, encha-a. Leia o valor que a saída produz e registre esse valor como a constante “alturaMaxima”.

Digamos que você tenha instalado o sensor rente ao fundo do reservatório e que cheio esse reservatório tenha 800mm de água. Para saber quantos mm de água tem o reservatório num dado instante você pode usar a função map como a seguir:

mmDeAgua = map(saidaDoSensor, valorZero, alturaMaxima, 0, 800);

Essa função vai mapear todos os valores medidos entre os valores da calibração pra os valores “reais”.

Lembre-se: este é um exemplo simplificado. Sua aplicação pode exigir calibração e mapeamentos mais complexos.

Informação acrescentada por um visitante:

Para medir a vazão e/ou velocidade, consulte este texto.  A vazão (e, obviamente, a velocidade) podem ser expressadas a partir da raiz quadrada da pressão diferencial, uma vez que os outros parâmetros são fixos e deverão ser determinados experimentalmente…

Datasheet Freescale MPX5010
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Datasheet Freescale MPX5050
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46 Responses to Sensores diferenciais de pressão Freescale / NXP

  1. Julio says:

    Olá Amigo, como faço para adiquirir este sensor ? você envia por correios ?
    Este sensor suporta a pressão de ar em 160 PSIs ?

  2. Leandro Santana says:

    Boa tarde, amigo!
    E o processo de calibração do sensor, como é realizado?
    Obrigado!

  3. Sandra says:

    Boa noite! Este sensor além de medir pressão também mede temperatura? ou você saberia um que pode-se fazer essas medições com esse tipo de encapsulamento. Obrigada

  4. Eric Rocha says:

    Olá. Me interessei em fazer um medidor de nível com este sensor. Já o encontrei no ML. Queria saber se você tem algum material a mais sobre isso. A parte de programação, montagem e outras coisas me viro. Só queria ter certeza como eu montaria isso numa caixa d’água.

  5. Valdemir says:

    Poderia ser usado para medir a vazao de ar em un tubo de pitot ?

  6. Pedro Silva says:

    Bom dia Jefferson você dispõe desses sensores em estoque?

  7. Arthur says:

    Olá, como faço para converter o valor recebido do sensor para KPa?

    • Jefferson says:

      O sensor é linear. Basta uma simples “regra de três”. Se de 0 a 5V o sensor vai de 0 a 10Kpa, qualquer valor intermediário se calcula até de cabeça. E o comando “map” faz isso por você.

  8. gerson says:

    Olá, esse sensor consegue medir a variação de pressão e coletar os dados para fazer um gráfico posteriormente? Preciso de um sensor para medir a variação de pressão que ocorre no capo do carro durante 2 minutos com uma velocidade constante, sei que a pressão no capô gira em torno de 1,2Bar, mas muitos sensores que vi mediam apenas uma pressão e não a variação

    • Jefferson says:

      Você aparentemente esbarrou em um problema de terminologia. Um “sensor” é, em sua forma essencial, um dispositivo “burro” (sem inteligência). Ele apenas “sente” algo e reporta isso. Como você define “variação de pressão”? Se o sensor começar em 0,5 bar, variar loucamente a cada segundo subindo até 1 bar, descendo a 0,1 bar, etc, mas exatamente dois minutos depois estiver indicando 0,5 bar de novo, qual foi a variação? Zero? Como você reporta isso sem acrescentar inteligência? O simples fato de você precisar medir num intervalo determinado (2 minutos) requer o acréscimo de inteligência.

      Um fabricante qualquer pode criar um dispositivo que tem um sensor de pressão e um microcontrolador para adicionar a inteligência necessária e chamar o conjunto fechado de “sensor de variação de pressão”. Isso não está errado, mas não é comum, porque gasta um sensor de uso geral reduzindo o público alvo. Eu suponho que alguém só fabricaria isso para simplificar aplicações muito especificas, como o caso de automotivas e industriais. Mas ainda assim não vejo sentido porque a unidade de controle de qualquer carro moderno tem a inteligência necessária para fazer sua própria interpretação e assim usar sensores tradicionais, burros. Com a vantagem de que se você quiser interpretar de forma diferente (digamos, a cada um minuto) basta mudar o programa. Se o sensor é que faz isso você não tem real controle sobre a medição.

      Se você quer algo que meça variação de pressão, se não encontrar algum nicho de mercado onde isso já seja produzido de acordo com sua necessidade, terá que montar sua própria solução.

    • Jefferson says:

      Eu me concentrei no que você disse desde “Preciso de um sensor para medir a variação de pressão” e acabei esquecendo de abordar sua pergunta inicial. Coletar dados requer além de inteligência, memória. O nome que se dá ao dispositivo que faz isso costuma ser “Data Logger” ou “Coletor de Dados”. E o que expliquei antes continua aplicável. Um coletor de dados nunca mediria “variação de pressão”. A função mais lógica seria medir a pressão, registrá-la e deixar para que um processo posterior analisasse os dados e com isso determinasse, com base no que o utilizador especificou, qual seria a “variação de pressão”.

  9. Marcos Joel Scherer says:

    Olá, gostaria de usar este sensor para medir a pressão da saída fria de um turbo de carro, que hora gera vácuo e hora pressão. Esse sensor daria conta?

    • Jefferson says:

      Não. Para isso o adequado é usar um sensor de uso automotivo, como o MAP, de fabricantes como a Bosch e Honeywell. O problema é conseguir a documentação com os fabricantes para saber qual o tipo de saída e entender como a saída se relaciona com a pressão medida.

  10. Dalvan José Reinert says:

    Caro Jefferson, estou tentando conectar o MPX 5010DP a um datalogger da Campbell. Tens experiência neste sentido? podes passar alguma sugestão? tenho os modelos CR23X, CR10X e CR1000. Como são três fios não estou conseguindo conecta-los e fazer a programação correta.
    Obrigado pela atenção.

    • Jefferson says:

      Conforme o manual do CR23X diz nas seções OV1.1.1 e OV1.1.8 você precisa configurar o datalogger para medição “single-ended” e fazer as conexões seguintes:

      GND – uma terminal ground analogico do datalogger (qualquer um com o simbolo de “terra” ao lado dos terminais H-L)
      VCC – terminal +5V do datalogger
      sinal – Um terminal H ou L do datalogger à sua escolha. Isso é escolhido na configuração do mesmo.

      Como fazer a programação fica entre você e o suporte da Campbell. Nunca sequer vi um instrumento desses e tentar ensinar alguém a usar um instrumento que não tenho está muito além do que posso oferecer como suporte gratuito.

  11. Rodrigo Almeida says:

    Ola tudo bem? posso usar a pressão atmosferica da minha cidade para tomar como base a regra de 3 para reconhecer outras pressões ministradas pelo sensor? como por exemplo, se 3.18 volts equivale a 1019hPa(pressão da cidade onde moro) , 4.52 volts equivale a “x”…

    • Jefferson says:

      Você não entendeu a explicação no texto. O sensor diferencial mede a diferença entre a pressão medida pelas duas entradas quando expostas à pressão ambiente. Nessa situação a saída é teoricamente zero*. Pressão atmosférica se mede com sensor absoluto.

      *Na prática varia entre zero e 420mV. O sensor que tenho aqui na bancada agora indica 150mV. Este é o valor Voff no datasheet e precisa ser descontado na calibração do equipamento.

  12. Eder José Baida says:

    Olá amigo, como vai?
    Preciso de um sensor pressão diferencial, mas com range de 0 a 3 ou 5 mBar.
    Você tem algum?

  13. Samuel Barbosa says:

    Este sensor pode entrar em contato direto com a agua?

  14. Marcio Gesualdi says:

    Boa noite, estou querendo fazer um medidor de volume através da pressão , ao consultar a net me deparei com o mpx5010dp e estou um pouco confuso pois uma caixa de água da FortLeve por exemplo tem uma pressão de mais ou menos de 107,60 Kpa no seu fundo e o sensor mpx5010dp pelo manual esta na faixa de 0 a 10 Kpa ou seja mais ou menos 10 vezes menor. Segue a baixo meu Calculo:

    Pa= (Patm+ d.g.h) Pa= 10^5 +(1000 x 10 x 0,76) Pa= 107,60 KPa

    dh2o= 1000 Kg/m^3
    Patm= 10^5 Pa
    g= 10m/s^2
    h=0,76 altura da caixa de agua da Fortleve de 1000 litros

    Como viram o cálculo do fundo da caixa dágua é 107,60 Kpa eo sensor vai de 0 a 10 KPa , ou seja pelo cálculo ele se danificaria pois a pressão é no mínimo 10 vezes maior.

    desde já sou grato pela ajuda e aguardo retorno.

  15. Marcio Gesualdi says:

    Jefferson , como faço para adquirir este sensor MPX5010DP? Se sim qual o preço do sensor mais correio?

    Abraços
    Grato pela atenção.

  16. André says:

    Boa noite Jefferson, gostaria de saber como utilizar este sensor para medir a vazão, mas o link do texto para medir a vazão não está funcionando, no último parágrafo em “Informação acrescentada por um visitante”. Pode consertar?

  17. Roberto Pocai says:

    Bom dia Jefferson, você comentou que é aconselhável que ele não tenha contato com líquidos, certo? então para instala-lo numa caixa de agua o ideal seria colocar a mangueira de medição no fundo da caixa e ele acima do nível da agua?
    Como faço para compra-lo de você?

    • Jefferson says:

      Quanto maior a quantidade de ar no tubo mais complicado fica fazer uma medição precisa por causa da compressibilidade do ar. Nas minhas aplicações eu faço um furo do lado de fora da caixa, no fundo. E conecto o sensor por um tubo de uns 5cm tendo o cuidado de deixar no mínimo 1cm de ar dentro. O sensor é montado um pouco acima do furo, assim não é possível o ar escapar. Eu costumo fazer o furo um pouco abaixo do limite mínimo do “volume morto” do reservatório para que sempre haja água na entrada do tubo e a quantidade de ar aprisionado se mantenha constante. Caso o reservatório precise ser lavado e água escorra do tubo, a quantidade de ar aprisionado no tubo passa a ser igual ao comprimento do tubo (5cm no meu caso) e se eu quiser eliminar isso preciso “sangrar” o tubo depois de cada limpeza do reservatório. Até agora eu não parei para checar se existe diferença mensurável entre ter 5cm e 1cm de ar no tubo, mas eu garanto que se você tiver dezenas de centímetros a medição vai ficar louca.

      A maneira mais simples de comprar é usando o meu anúncio no Mercado Livre.

  18. Alexandre says:

    Jefferson, antes de qualquer coisa, excelente artigo, parabens.
    Ainda tenho algumas dúvidas e gostaria de abusar da sua ótima didádita para saná-las.
    Entretanto vou precisar explicar com imagens, poderia por gentileza me chamar no email?
    Vou tentar explicar por aqui:
    A minha caixa dagua é bem alta (cerca de 9m), provavelmente vou precisar de um 5500(espero que já o tenha) ou o 5100, além disso ela fica em um local alto também (cerca de 6m do solo).
    A caixa tem uma saída na base, a normal, o cano por onde a agua sai para abastecer as casas. esse cano desce até o solo (0m).
    Seria muito mais fácil coletar essa pressão no cano quando ele chega no solo, por questoes fisicas mesmo.
    Se eu derivar esse cano que chega no solo e acoplar esse sensor, ele me daria a informação correta da leitura?
    saberia me dizer isso?
    Imagino que ele me daria a leitura de 15m (quando estivesse a caixa cheia) e 9m (quando a caixa estiver vazia) e 0 (quando acabar até a agua que ficou no cano). Estou certo?
    (claro, nao em metros, mas em volts proporcionais..)

    • Jefferson says:

      Sua compreensão do funcionamento está correta. Para o sensor, não faz diferença se é um cano de 15m de altura, um reservatório de 15m de altura ou uma mistura dos dois. A pressão é proporcional à altura/profundidade e não à quantidade de água. Entretanto, em vez de usar um sensor de 10m e “perder” 10% de resolução você vai precisar de um sensor de 50m e perder uns 70% de resolução, que já não é tão boa em um sensor de 50m quanto em um de 10m. Claro que dependendo do seu objetivo isso será irrelevante.

    • Jefferson says:

      Se minhas contas estiverem corretas, supondo que você tenha uma caixa de 90mil litros, usando um sensor de 10m você perceberia mudanças em passos de 98 litros, mas com o sensor de 50m você notaria em passos de 738 litros.

  19. Murilo says:

    O produto é bom para trabalhar com baixas diferenças de pressão? Eu preciso dele para obter o dado de velocidade de um avião de aerodesign. Ele voaria a no máximo 20m/s. Por Bernoulli eu calculo que a diferença de pressão dinâmica e estática não passaria de 0.25kPa. A precisão do produto é boa para essa situação? Obrigado.

  20. Vagner says:

    Olá, Jefferson!

    A dias procuro uma alternativa para um projeto que tenho em mente e parece que você me deu a possível solução.

    Já vi que este sensor não possui um termômetro. Você sabe me dizer se existe algum modelo de sensor que também já forneça informações sobre a temperatura do líquido?

    Grato

  21. Marcio says:

    Jefferson bom dia, esse produto pode ser ligado a um ar continuo (de compressor) medir a pressão encontrada em um pneu e quando parametrizado (pressão ideal) ele tira o ar do pneu quando tiver com excesso ou coloca quando tiver com baixa pressão?
    grato pelo retorno e compreensão

    • Jefferson says:

      Um sensor não faz nada além de medir. Para tirar ou colocar ar em um pneu você precisa de um equipamento de calibragem automática que entre outras coisas vai ter um sensor para medir a pressão.

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