Medición de presión

La medición de la presión consiste en medir la fuerza aplicada por unidad de área por un fluido ( líquido o gas ) sobre una superficie. La presión se expresa típicamente en pascales en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Se han desarrollado numerosas técnicas para la medición de la presión y el vacío . Los instrumentos utilizados para medir y mostrar la presión mecánicamente se denominan manómetros, vacuómetros o manómetros compuestos (de vacío y presión). El manómetro Bourdon, ampliamente utilizado, es un dispositivo mecánico que mide e indica la presión, y probablemente sea el tipo de manómetro más conocido.

Un manómetro de vacío se utiliza para medir presiones inferiores a la presión atmosférica ambiente , que se establece como punto cero, en valores negativos (por ejemplo, -1  bar o -760 mmHg equivalen al vacío total). La mayoría de los manómetros miden la presión en relación con la presión atmosférica como punto cero, por lo que esta lectura se denomina simplemente "presión manométrica". Sin embargo, cualquier valor superior al vacío total es técnicamente una forma de presión. Para presiones muy bajas, debe utilizarse un manómetro que utilice el vacío total como referencia de punto cero, lo que proporciona una lectura de presión absoluta. 

Otros métodos de medición de presión implican sensores que pueden transmitir la lectura de presión a un indicador remoto o a un sistema de control ( telemetría ).

Las mediciones de presión cotidianas, como la de los neumáticos de un vehículo, suelen realizarse con respecto a la presión atmosférica. En otros casos, las mediciones se realizan con respecto al vacío o a alguna otra referencia específica. Para distinguir entre estas referencias cero, se utilizan los siguientes términos:

• La presión absoluta se referencia a cero con respecto a un vacío perfecto, utilizando unaescala absoluta, por lo que es igual a la presión manométrica más la presión atmosférica. Los sensores de presión absoluta se utilizan en aplicaciones donde se requiere una referencia constante, como por ejemplo, aplicaciones industriales de alto rendimiento, tales como la monitorizaciónde bombas de vacío, la medición de la presión de líquidos, el embalaje industrial, el control de procesos industriales yaeronáutica. ^{[ 1 ]}
• La presión manométrica se referencia a cero con respecto a la presión atmosférica, por lo que es igual a la presión absoluta menos la presión atmosférica. Un manómetro de neumáticos es un ejemplo de medición de presión manométrica; cuando marca cero, la presión que mide es la misma que la presión atmosférica. La mayoría de los sensores para medir hasta 50 bares se fabrican de esta manera, ya que de lo contrario la fluctuación de la presión atmosférica (condiciones meteorológicas) se reflejaría como un error en el resultado de la medición.
• La presión diferencial es la diferencia de presión entre dos puntos. Los sensores de presión diferencial se utilizan para medir diversas propiedades, como las caídas de presión enfiltros de aceiteode aire, los niveles de fluidos (comparando la presión por encima y por debajo del líquido) o los caudales (midiendo el cambio de presión a través de una restricción). Técnicamente, la mayoría de los sensores de presión son en realidad sensores de presión diferencial; por ejemplo, un sensor de presión manométrica es simplemente un sensor de presión diferencial en el que un lado está abierto a la atmósfera. Unacelda de presión diferenciales un dispositivo que mide la presión diferencial entre dos entradas. ^{[ 2 ]}

La referencia a cero que se utiliza suele estar implícita en el contexto, y estas palabras se añaden solo cuando se necesita aclaración. La presión de los neumáticos y la presión arterial son, por convención, presiones manométricas, mientras que las presiones atmosféricas , las presiones de vacío profundo y las presiones de altímetro deben ser absolutas.

Para la mayoría de los fluidos de trabajo en sistemas cerrados , se suele utilizar la medición de la presión manométrica. Los instrumentos de medición conectados al sistema indican la presión relativa a la presión atmosférica actual. La situación cambia cuando se miden presiones de vacío extremas; en ese caso, se suelen utilizar presiones absolutas y los instrumentos de medición empleados son diferentes.

Las presiones diferenciales se utilizan comúnmente en sistemas de procesos industriales. Los manómetros de presión diferencial tienen dos puertos de entrada, cada uno conectado a uno de los volúmenes cuya presión se desea monitorear. En efecto, este tipo de manómetro realiza la operación matemática de resta mediante un mecanismo, eliminando la necesidad de que un operador o sistema de control supervise dos manómetros separados y determine la diferencia entre las lecturas.

Las lecturas de presión de vacío moderadas pueden resultar ambiguas sin el contexto adecuado, ya que pueden representar presión absoluta o presión manométrica sin signo negativo. Por lo tanto, un vacío de 26  inHg manométricas equivale a una presión absoluta de 4  inHg, calculada como 30  inHg (presión atmosférica típica) − 26  inHg (presión manométrica).

La presión atmosférica suele ser de unos 100 kPa a nivel del mar, pero varía con la altitud y las condiciones meteorológicas. Si la presión absoluta de un fluido se mantiene constante, la presión manométrica del mismo fluido variará al cambiar la presión atmosférica. Por ejemplo, cuando un coche sube una montaña, la presión (manométrica) de los neumáticos aumenta porque la presión atmosférica disminuye. La presión absoluta en el neumático permanece prácticamente inalterada. 

El uso de la presión atmosférica como referencia se suele indicar con una "g" de manómetro después de la unidad de presión, por ejemplo, 70  psig, lo que significa que la presión medida es la presión total menos la presión atmosférica . Existen dos tipos de manómetros de referencia: manómetro ventilado (vg) y manómetro sellado (sg).

Un transmisor de presión manométrica ventilada , por ejemplo, permite que la presión del aire exterior se exponga al lado negativo del diafragma sensor de presión, a través de un cable ventilado o un orificio en el lateral del dispositivo, de modo que siempre mida la presión referida a la presión barométrica ambiente. Por lo tanto, un sensor de presión de referencia manométrica ventilada siempre debería marcar cero cuando la conexión de presión del proceso se mantiene abierta al aire.

Un manómetro de referencia sellado es muy similar, con la diferencia de que la presión atmosférica se sella en el lado negativo del diafragma. Esto se suele adoptar en rangos de alta presión, como en sistemas hidráulicos , donde las variaciones de la presión atmosférica tienen un efecto insignificante en la precisión de la lectura, por lo que no es necesario el drenaje. Esto también permite a algunos fabricantes proporcionar un sistema de contención de presión secundario como medida de precaución adicional para la seguridad de los equipos a presión si se supera la presión de rotura del diafragma sensor de presión primario .

Existe otra forma de crear una referencia de manómetro sellada, que consiste en generar un alto vacío en la parte posterior del diafragma sensor. De esta manera, la señal de salida se desfasa, de modo que el sensor de presión registra un valor cercano a cero al medir la presión atmosférica.

Un transductor de presión de referencia con manómetro sellado nunca marcará exactamente cero porque la presión atmosférica siempre está cambiando y la referencia en este caso está fijada en 1 bar.

Para fabricar un sensor de presión absoluta , el fabricante sella un alto vacío detrás del diafragma sensor. Si la conexión de presión de proceso de un transmisor de presión absoluta está abierta al aire, leerá la presión barométrica real .

Un sensor de presión sellado es similar a un sensor de presión manométrica, con la diferencia de que mide la presión en relación con una presión fija en lugar de la presión atmosférica ambiente (que varía según la ubicación y las condiciones climáticas).

Durante gran parte de la historia de la humanidad, la presión de gases como el aire fue ignorada, negada o dada por sentada, pero ya en el siglo VI a. C., el filósofo griego Anaxímenes de Mileto afirmó que todas las cosas están hechas de aire que simplemente se transforma según los niveles de presión. Observó cómo el agua se evaporaba y se convertía en gas, y consideró que esto también se aplicaba a la materia sólida. El aire más condensado producía objetos más fríos y pesados, y el aire expandido, objetos más ligeros y calientes. Esto era similar a cómo los gases se vuelven menos densos al calentarse y más densos al enfriarse.

En el siglo XVII, Evangelista Torricelli realizó experimentos con mercurio que le permitieron medir la presencia de aire. Sumergía un tubo de vidrio, cerrado en un extremo, en un recipiente con mercurio y levantaba el extremo cerrado, manteniendo el extremo abierto sumergido. El peso del mercurio lo atraía hacia abajo, dejando un vacío parcial en el otro extremo. Esto validó su creencia de que el aire/gas tiene masa, creando presión sobre los objetos a su alrededor. Anteriormente, la conclusión más popular, incluso para Galileo , era que el aire no tenía peso y que era el vacío el que proporcionaba la fuerza, como en un sifón. ​​El descubrimiento ayudó a Torricelli a llegar a la conclusión:

Vivimos sumergidos en el fondo de un océano del elemento aire, que, según experimentos irrefutables, se sabe que tiene peso.

Esta prueba, conocida como el experimento de Torricelli , fue esencialmente el primer manómetro documentado.

Blaise Pascal fue más allá e hizo que su cuñado repitiera el experimento a diferentes altitudes en una montaña, y descubrió, efectivamente, que cuanto más abajo se está en el océano de la atmósfera, mayor es la presión.

La unidad del SI para la presión es el pascal (Pa), equivalente a un newton por metro cuadrado (N·m⁻² ^o kg·m⁻¹ ^· s⁻² ⁾ . Este nombre especial para la unidad se añadió en 1971; antes de eso, la presión en el SI se expresaba en unidades como N·m⁻² ^. Cuando se indica, la referencia cero se especifica entre paréntesis después de la unidad, por ejemplo, 101 kPa (abs). La libra por pulgada cuadrada (psi) todavía se usa ampliamente en EE. UU. y Canadá para medir, por ejemplo, la presión de los neumáticos. A menudo se añade una letra a la unidad psi para indicar la referencia cero de la medición; psia para absoluta, psig para manométrica, psid para diferencial, aunque el NIST desaconseja esta práctica . ^{[ 3 ]}

Dado que la presión se medía antiguamente por su capacidad para desplazar una columna de líquido en un manómetro, actualmente se expresa como la profundidad de un fluido determinado ( por ejemplo, pulgadas de agua). La medición manométrica se basa en cálculos de altura de presión . Los fluidos más comunes para un manómetro son el mercurio (Hg) y el agua; el agua no es tóxica y está fácilmente disponible, mientras que la densidad del mercurio permite utilizar una columna más corta (y, por lo tanto, un manómetro más pequeño) para medir una presión determinada. La abreviatura "WC" o las palabras "columna de agua" suelen imprimirse en manómetros y dispositivos de medición que utilizan agua.

La densidad del fluido y la gravedad local pueden variar de una medición a otra dependiendo de factores locales, por lo que la altura de una columna de fluido no define la presión con precisión. Por lo tanto, las mediciones en milímetros de mercurio o pulgadas de mercurio pueden convertirse a unidades del SI siempre que se tengan en cuenta los factores locales de densidad y gravedad del fluido . Las fluctuaciones de temperatura modifican el valor de la densidad del fluido, mientras que la ubicación puede afectar la gravedad.

Aunque ya no se prefieren, estas unidades manométricas todavía se encuentran en muchos campos. La presión arterial se mide en milímetros de mercurio (véase torr ) en la mayor parte del mundo, la presión venosa central y las presiones pulmonares en centímetros de agua siguen siendo comunes, como en los ajustes de las máquinas CPAP. Las presiones de los gasoductos se miden en pulgadas de agua , expresadas como "pulgadas WC".

Los buceadores subacuáticos utilizan unidades manométricas: la presión ambiental se mide en unidades de metros de agua de mar (msw), que se define como igual a una décima de bar. ^{[ 4 ] [ 5 ]} La unidad utilizada en los EE. UU. es el pie de agua de mar (fsw), basado en la gravedad estándar y una densidad del agua de mar de 64  lb/ft ³ . Según el Manual de Buceo de la Armada de los EE. UU., un fsw equivale a 0,30643  msw,0,030 643 bar  , o0,444 44 psi  , ^{[ 4 ] [ 5 ]} aunque en otro lugar afirma que 33  fsw es14,7  psi (una atmósfera), lo que da un fsw igual a aproximadamente 0,445  psi. ^{[ 6 ]} El msw y el fsw son las unidades convencionales para medir la exposición a la presión del buzo utilizadas en las tablas de descompresión y la unidad de calibración para neumofatómetros y manómetros de cámaras hiperbáricas . ^{[ 7 ]} Tanto el msw como el fsw se miden en relación con la presión atmosférica normal.

En los sistemas de vacío, las unidades más utilizadas son torr (milímetro de mercurio), micrón (micrómetro de mercurio) ^{[ 8 ]} e pulgada de mercurio ( inHg ). Torr y micrón suelen indicar una presión absoluta, mientras que inHg suele indicar una presión manométrica.

Las presiones atmosféricas se suelen expresar en hectopascales (hPa), kilopascales (kPa), milibares (mbar) o atmósferas ( atm ). En la ingeniería estadounidense y canadiense, la tensión se suele medir en kip . La tensión no es una presión real, ya que no es una magnitud escalar . En el sistema cgs, la unidad de presión era el barye (ba), equivalente a 1 dyn·cm⁻² ^. En el sistema mts , la unidad de presión era el pieze , equivalente a 1 estene por metro cuadrado.

Se utilizan muchas otras unidades híbridas, como mmHg/cm² ^o gramos-fuerza/cm² ⁽ a veces como kg/cm² ^sin identificar correctamente las unidades de fuerza). El uso de los nombres kilogramo, gramo, kilogramo-fuerza o gramo-fuerza (o sus símbolos) como unidad de fuerza está prohibido en el SI; la unidad de fuerza en el SI es el newton (N).

La presión estática es uniforme en todas las direcciones, por lo que las mediciones de presión son independientes de la dirección en un fluido inmóvil (estático). Sin embargo, el flujo ejerce una presión adicional sobre las superficies perpendiculares a la dirección del flujo, mientras que tiene poco impacto en las superficies paralelas a dicha dirección. Este componente direccional de la presión en un fluido en movimiento (dinámico) se denomina presión dinámica . Un instrumento orientado hacia la dirección del flujo mide la suma de las presiones estática y dinámica; esta medición se denomina presión total o presión de estancamiento . Dado que la presión dinámica se referencia a la presión estática, no es ni manométrica ni absoluta; es una presión diferencial.

Si bien la presión estática manométrica es fundamental para determinar las cargas netas en las paredes de las tuberías, la presión dinámica se utiliza para medir caudales y velocidad del aire. La presión dinámica se puede medir calculando la diferencia de presión entre instrumentos paralelos y perpendiculares al flujo. Los tubos Pitot-estáticos , por ejemplo, realizan esta medición en los aviones para determinar la velocidad del aire. La presencia del instrumento de medición inevitablemente desvía el flujo y crea turbulencias, por lo que su forma es crucial para la precisión y las curvas de calibración suelen ser no lineales.

Un sensor de presión es un dispositivo para medir la presión de gases o líquidos . Los sensores de presión también pueden denominarse transductores de presión , transmisores de presión , sensores de presión , indicadores de presión , piezómetros y manómetros , entre otros nombres.

La presión es una expresión de la fuerza necesaria para impedir la expansión de un fluido y se suele expresar en términos de fuerza por unidad de área. Un sensor de presión generalmente actúa como un transductor ; genera una señal en función de la presión aplicada.

Los sensores de presión pueden variar drásticamente en tecnología, diseño, rendimiento, idoneidad para aplicaciones y costo. Se estima que existen más de 50 tecnologías y al menos 300 empresas que fabrican sensores de presión en todo el mundo. También existe una categoría de sensores de presión diseñados para medir en modo dinámico y capturar cambios de presión a muy alta velocidad. Ejemplos de aplicaciones para este tipo de sensor incluyen la medición de la presión de combustión en el cilindro de un motor o en una turbina de gas. Estos sensores suelen fabricarse con materiales piezoeléctricos como el cuarzo.

Algunos sensores de presión son interruptores de presión , que se activan o desactivan a una presión determinada. Por ejemplo, una bomba de agua puede controlarse mediante un interruptor de presión para que se active cuando se libera agua del sistema, reduciendo así la presión en un depósito.

El rango de presión, la sensibilidad, la respuesta dinámica y el costo varían en varios órdenes de magnitud de un diseño de instrumento a otro. El tipo más antiguo es el manómetro de columna líquida (un tubo vertical lleno de mercurio) inventado por Evangelista Torricelli en 1643. El tubo en U fue inventado por Christiaan Huygens en 1661. ^{[ 9 ]}

Existen dos categorías básicas de sensores de presión analógicos: los colectores de fuerza y ​​otros tipos.

Tipos de colectores de fuerza

Este tipo de sensores de presión electrónicos generalmente utilizan un colector de fuerza (como un diafragma, un pistón, un tubo Bourdon o un fuelle) para medir la deformación (o deflexión) debida a la fuerza aplicada sobre un área (presión).

• Galga extensométrica piezorresistiva : Utiliza elefecto piezorresistivo de galgas extensométricas adheridas o conformadas para detectar la deformación debida a la presión aplicada. La resistencia eléctrica aumenta a medida que la presión deforma el material. Los tipos de tecnología más comunes son silicio (monocristalino), película delgada de polisilicio, lámina metálica adherida, película gruesa, silicio sobre zafiro y película delgada depositada por pulverización catódica. Generalmente, las galgas extensométricas se conectan para formar un circuito de puente de Wheatstone con el fin de maximizar la salida del sensor y reducir la sensibilidad a los errores. Esta es la tecnología de detección más utilizada para la medición de presión de uso general.
• Capacitivo : Utiliza un diafragma y una cavidad de presión para crear un condensador variable que detecta la deformación debida a la presión aplicada; la capacitancia disminuye a medida que la presión deforma el diafragma. Las tecnologías comunes utilizan diafragmas de metal, cerámica y silicio. Los sensores de presión capacitivos se están integrando enla tecnología CMOS ^{[ 10 ]} y se está explorando sise pueden utilizar materiales 2D delgados como material de diafragma ^{[ 11 ] .}
• Electromagnético : Mide el desplazamiento de un diafragma mediante cambios en la inductancia (reluctancia), transformador diferencial variable lineal (LVDT) , efecto Hall o mediante el principio de corrientes parásitas .
• Piezoeléctrico : Utiliza el efecto piezoeléctrico de ciertos materiales, como el cuarzo, para medir la deformación que sufre el mecanismo sensor debido a la presión. Esta tecnología se emplea habitualmente para la medición de presiones altamente dinámicas. Dado que su principio básico es dinámico, los sensores piezoeléctricos no permiten medir presiones estáticas.
• Extensómetro : Los sensores de presión basados ​​en extensómetros también utilizan un elemento sensible a la presión donde se adhieren extensómetros metálicos o se aplican extensómetros de película delgada mediante pulverización catódica. Este elemento de medición puede ser un diafragma o, para extensómetros de lámina metálica, también se pueden utilizar cuerpos de medición tipo lata. Las grandes ventajas de este diseño monolítico tipo lata son una mayor rigidez y la capacidad de medir presiones máximas de hasta 15 000 bar. La conexión eléctrica se realiza normalmente mediante un puente de Wheatstone, que permite una buena amplificación de la señal y resultados de medición precisos y constantes. ^{[ 12 ]}
• Técnicas ópticas : Entre las técnicas se incluye el uso del cambio físico de una fibra óptica para detectar la deformación debida a la presión aplicada. Un ejemplo común de este tipo utiliza rejillas de Bragg de fibra . Esta tecnología se emplea en aplicaciones exigentes donde la medición puede realizarse a gran distancia, a altas temperaturas o donde se pueden aprovechar tecnologías inherentemente inmunes a la interferencia electromagnética. Otra técnica análoga utiliza una película elástica construida en capas que puede cambiar las longitudes de onda reflejadas según la presión aplicada (deformación). ^{[ 13 ]}
• Potenciométrico : Utiliza el movimiento de un cursor a lo largo de un mecanismo resistivo para detectar la deformación causada por la presión aplicada.

• Equilibrio de fuerzas : Los tubos Bourdon de cuarzo fundido con equilibrio de fuerzas utilizan un tubo Bourdon en espiral para ejercer fuerza sobre una armadura pivotante que contiene un espejo. El reflejo de un haz de luz en el espejo detecta el desplazamiento angular y se aplica corriente a los electroimanes de la armadura para equilibrar la fuerza del tubo y llevar el desplazamiento angular a cero. La corriente aplicada a las bobinas se utiliza como medición. Debido a las propiedades mecánicas y térmicas extremadamente estables y repetibles del cuarzo fundido y al equilibrio de fuerzas que elimina la mayoría de los efectos no lineales, estos sensores pueden tener una precisión de alrededor de 1 PPM de la escala completa. ^{[ 14 ]} Debido a las estructuras extremadamente finas de cuarzo fundido, que se fabrican a mano y requieren habilidad experta para su construcción, estos sensores generalmente se limitan a fines científicos y de calibración. Los sensores sin equilibrio de fuerzas tienen menor precisión y la lectura del desplazamiento angular no se puede realizar con la misma precisión que una medición con equilibrio de fuerzas; aunque son más fáciles de construir debido a su mayor tamaño, ya no se utilizan.

Otros tipos

Este tipo de sensores electrónicos de presión utilizan otras propiedades (como la densidad) para inferir la presión de un gas o un líquido.

• Resonante : Utiliza los cambios en la frecuencia de resonancia en un mecanismo de detección para medir la tensión o los cambios en la densidad del gas causados ​​por la presión aplicada. Esta tecnología puede utilizarse junto con un colector de fuerza, como los de la categoría anterior. Alternativamente, la tecnología resonante puede emplearse exponiendo el elemento resonante al medio, de modo que la frecuencia de resonancia depende de la densidad del medio. Se han fabricado sensores con alambre vibrante, cilindros vibrantes, cuarzo y MEMS de silicio . Generalmente, se considera que esta tecnología proporciona lecturas muy estables a lo largo del tiempo. El sensor de presión de película de compresión es un tipo de sensor de presión resonante MEMS que funciona mediante una membrana delgada que comprime una película delgada de gas a alta frecuencia. Dado que la compresibilidad y la rigidez de la película de gas dependen de la presión, la frecuencia de resonancia del sensor de presión de película de compresión se utiliza como medida de la presión del gas. ^{[ 15 ] [ 16 ]}
• Térmico : Utiliza los cambios en la conductividad térmica de un gas debidos a cambios en la densidad para medir la presión. Un ejemplo común de este tipo es el manómetro de Pirani .
• Ionización : Mide el flujo de partículas de gas cargadas (iones), que varía debido a los cambios de densidad, para medir la presión. Un ejemplo común son los manómetros de cátodo caliente y frío.

Un sensor de presión, un extensómetro de cristal de cuarzo resonante con un colector de fuerza de tubo Bourdon , es el sensor crítico de DART . ^{[ 17 ]} DART detecta olas de tsunami desde el fondo del océano abierto. Tiene una resolución de presión de aproximadamente 1 mm de agua cuando mide la presión a una profundidad de varios kilómetros. ^{[ 18 ]}

Hidrostático

Los manómetros hidrostáticos (como el manómetro de columna de mercurio) comparan la presión con la fuerza hidrostática por unidad de área en la base de una columna de fluido. Las mediciones de los manómetros hidrostáticos son independientes del tipo de gas que se mide y pueden diseñarse para tener una calibración muy lineal. Sin embargo, presentan una respuesta dinámica deficiente.

Pistón

Los manómetros de tipo pistón contrarrestan la presión de un fluido con un resorte (por ejemplo, los manómetros de presión de neumáticos, que tienen una precisión relativamente baja) o con un peso sólido, en cuyo caso se conocen como calibradores de peso muerto y pueden utilizarse para la calibración de otros manómetros.

Columna líquida (manómetro)

Los manómetros de columna líquida consisten en una columna de líquido dentro de un tubo cuyos extremos están expuestos a diferentes presiones. La columna ascenderá o descenderá hasta que su peso (una fuerza aplicada debido a la gravedad) se equilibre con la diferencia de presión entre los dos extremos del tubo (una fuerza aplicada debido a la presión del fluido). Una versión muy simple es un tubo en forma de U medio lleno de líquido, un lado del cual está conectado a la región de interés, mientras que la presión de referencia (que puede ser la presión atmosférica o el vacío) se aplica al otro. La diferencia en los niveles de líquido representa la presión aplicada. La presión ejercida por una columna de fluido de altura h y densidad ρ viene dada por la ecuación de presión hidrostática, P = hgρ . Por lo tanto, la diferencia de presión entre la presión aplicada P _a y la presión de referencia P ₀ en un manómetro de tubo en U se puede calcular resolviendo P _a − P ₀ = hgρ . En otras palabras, la presión en ambos extremos del líquido (mostrado en azul en la figura) debe estar equilibrada (ya que el líquido está estático), por lo que P _a = P ₀ + hgρ .

En la mayoría de las mediciones de columna líquida, el resultado es la altura h , expresada normalmente en mm, cm o pulgadas. La altura h también se conoce como columna de presión . Cuando se expresa como columna de presión, la presión se especifica en unidades de longitud y se debe especificar el fluido de medición. Cuando la precisión es crítica, también se debe especificar la temperatura del fluido de medición, ya que la densidad del líquido es función de la temperatura . Por ejemplo, la columna de presión podría escribirse como "742,2  mm _Hg " o "4,2  in _H₂O a 59 ° _{F " para mediciones tomadas con mercurio o agua como fluido manométrico ,}  respectivamente. Se puede agregar la palabra "manométrico" o "vacío" a dicha medición para distinguir entre una presión superior o inferior a la presión atmosférica. Tanto los milímetros de mercurio como las pulgadas de agua son columnas de presión comunes, que se pueden convertir a unidades del SI de presión utilizando la conversión de unidades y las fórmulas anteriores.

Si el fluido que se está midiendo es significativamente denso, puede ser necesario realizar correcciones hidrostáticas para la altura entre la superficie móvil del fluido de trabajo del manómetro y el lugar donde se desea medir la presión, excepto cuando se mide la presión diferencial de un fluido (por ejemplo, a través de una placa de orificio o venturi), en cuyo caso la densidad ρ debe corregirse restando la densidad del fluido que se está midiendo. ^{[ 19 ]}

Aunque se puede usar cualquier fluido, se prefiere el mercurio por su alta densidad (13,534  g/cm³ ⁾ y baja presión de vapor . Su menisco convexo es ventajoso ya que esto significa que no habrá errores de presión por humedecer el vidrio, aunque en circunstancias excepcionalmente limpias, el mercurio se adherirá al vidrio y el barómetro puede atascarse (el mercurio puede soportar una presión absoluta negativa ) incluso bajo un fuerte vacío. ^{[ 20 ]} Para bajas diferencias de presión, se usan comúnmente aceite ligero o agua (este último da lugar a unidades de medida como pulgadas de columna de agua y milímetros de H₂O ) _. Los manómetros de columna líquida tienen una calibración altamente lineal. Tienen una respuesta dinámica deficiente porque el fluido en la columna puede reaccionar lentamente a un cambio de presión.

Una de las desventajas del manómetro o barómetro de mercurio es que su lectura depende de la temperatura, un hecho que queda claro por el uso de mercurio en los termómetros de vidrio .

Al medir el vacío, el líquido de trabajo puede evaporarse y contaminar el vacío si su presión de vapor es demasiado alta. Al medir la presión de un líquido, un circuito lleno de gas o un fluido ligero puede aislar los líquidos para evitar que se mezclen, pero esto puede ser innecesario, por ejemplo, cuando se utiliza mercurio como fluido del manómetro para medir la presión diferencial de un fluido como el agua. Los manómetros hidrostáticos simples pueden medir presiones que van desde unos pocos torrs (unos pocos 100  Pa) hasta unas pocas atmósferas (aproximadamente1 000 000  Pa ).

Un manómetro de columna líquida de una sola rama tiene un depósito más grande en lugar de un lado del tubo en U y tiene una escala junto a la columna más estrecha. La columna puede estar inclinada para amplificar aún más el movimiento del líquido. Según su uso y estructura, se utilizan los siguientes tipos de manómetros ^{[ 21 ].}

1. manómetro simple
2. Micromanómetro
3. manómetro diferencial
4. Manómetro diferencial invertido

Calibre McLeod

Un manómetro McLeod aísla una muestra de gas y la comprime en un manómetro de mercurio modificado hasta que la presión alcanza unos pocos milímetros de mercurio . Esta técnica es muy lenta e inadecuada para el monitoreo continuo, pero ofrece una buena precisión. A diferencia de otros manómetros, la lectura del manómetro McLeod depende de la composición del gas, ya que su interpretación se basa en la compresión de la muestra como un gas ideal . Debido al proceso de compresión, el manómetro McLeod ignora por completo las presiones parciales de vapores no ideales que se condensan, como aceites de bombeo, mercurio e incluso agua si se comprime lo suficiente.

Rango útil : desde alrededor de 10 ⁻⁴  Torr ^{[ 22 ]} (aproximadamente 10 ⁻²  Pa) hasta vacíos tan altos como 10 ⁻⁶  Torr (0,1  mPa),

0,1  mPa es la medición directa de presión más baja posible con la tecnología actual. Otros manómetros de vacío pueden medir presiones más bajas, pero solo indirectamente, mediante la medición de otras propiedades dependientes de la presión. Estas mediciones indirectas deben calibrarse a unidades del SI mediante una medición directa, generalmente con un manómetro McLeod. ^{[ 23 ]}

Aneroide

Los manómetros aneroides se basan en un elemento metálico sensor de presión que se flexiona elásticamente bajo el efecto de una diferencia de presión a través del elemento. "Aneroide" significa "sin fluido", y este término originalmente distinguía a estos manómetros de los manómetros hidrostáticos descritos anteriormente. Sin embargo, los manómetros aneroides pueden usarse para medir la presión de un líquido, así como de un gas, y no son el único tipo de manómetro que puede funcionar sin fluido. Por esta razón, en la terminología moderna se les suele llamar manómetros mecánicos . Los manómetros aneroides no dependen del tipo de gas que se mide, a diferencia de los manómetros térmicos y de ionización, y tienen menos probabilidades de contaminar el sistema que los manómetros hidrostáticos. El elemento sensor de presión puede ser un tubo Bourdon , un diafragma, una cápsula o un conjunto de fuelles, que cambiará de forma en respuesta a la presión de la región en cuestión. La deflexión del elemento sensor de presión puede leerse mediante un mecanismo conectado a una aguja o mediante un transductor secundario. Los transductores secundarios más comunes en los manómetros de vacío modernos miden un cambio en la capacitancia debido a la deflexión mecánica. Los manómetros que se basan en un cambio de capacitancia suelen denominarse manómetros de capacitancia.

Tubo Bourdon

El manómetro Bourdon utiliza el principio de que un tubo aplanado ^{[ 24 ]} tiende a enderezarse o recuperar su forma circular en sección transversal al ser presurizado. (Una bocina de fiesta ilustra este principio). Este cambio en la sección transversal puede ser apenas perceptible, ya que implica tensiones moderadas dentro del rango elástico de materiales fácilmente manipulables. La deformación del material del tubo se magnifica al darle forma de C o incluso de hélice, de modo que todo el tubo tiende a enderezarse o desenrollarse elásticamente al ser presurizado. Eugène Bourdon patentó su manómetro en Francia en 1849, y fue ampliamente adoptado debido a su superior simplicidad, linealidad y precisión; Bourdon ahora forma parte del grupo Baumer y todavía fabrica manómetros de tubo Bourdon en Francia. Edward Ashcroft compró los derechos de patente estadounidenses de Bourdon en 1852 y se convirtió en un importante fabricante de manómetros. También en 1849, Bernard Schaeffer, en Magdeburgo, Alemania, patentó un exitoso manómetro de diafragma (véase más abajo), que, junto con el manómetro Bourdon, revolucionó la medición de la presión en la industria. ^{[ 25 ]} Pero en 1875, tras expirar las patentes de Bourdon, su empresa, Schaeffer and Budenberg, también fabricó manómetros de tubo Bourdon.

En la práctica, un tubo aplanado de pared delgada y extremo cerrado se conecta en su extremo hueco a una tubería fija que contiene el fluido a medir. A medida que aumenta la presión, el extremo cerrado se mueve en un arco, y este movimiento se convierte en la rotación de un engranaje (o segmento de engranaje) mediante una biela ajustable. Un piñón de pequeño diámetro se encuentra en el eje del indicador, por lo que el movimiento se amplifica aún más por la relación de transmisión . La posición de la tarjeta indicadora detrás del indicador, la posición inicial del eje del indicador, la longitud de la biela y su posición inicial permiten calibrar el indicador para que indique el rango de presión deseado para las variaciones en el comportamiento del tubo Bourdon. La presión diferencial se puede medir con manómetros que contienen dos tubos Bourdon diferentes, con sus respectivas bielas (aunque lo más habitual es medirla mediante diafragmas o fuelles y un sistema de equilibrio).

Los tubos Bourdon miden la presión manométrica , relativa a la presión atmosférica ambiente, en contraposición a la presión absoluta ; el vacío se detecta como un movimiento inverso. Algunos barómetros aneroides utilizan tubos Bourdon cerrados en ambos extremos (pero la mayoría utiliza diafragmas o cápsulas, véase más adelante). Cuando la presión medida pulsa rápidamente, como cuando el manómetro está cerca de una bomba de pistón , se suele utilizar una restricción de orificio en la tubería de conexión para evitar el desgaste innecesario de los engranajes y proporcionar una lectura promedio; cuando todo el manómetro está sujeto a vibraciones mecánicas, la caja (incluyendo la aguja y la esfera) se puede llenar con aceite o glicerina . Los manómetros modernos típicos de alta calidad ofrecen una precisión de ±1 % del rango (diámetro nominal 100 mm, Clase 1 EN837-1), y un manómetro especial de alta precisión puede alcanzar una precisión de hasta el 0,1 % de la escala completa. ^{[ 26 ]}

Los sensores de tubo Bourdon de cuarzo fundido con equilibrio de fuerza funcionan según el mismo principio, pero utilizan la reflexión de un haz de luz en un espejo para detectar el desplazamiento angular. Se aplica corriente a electroimanes para equilibrar la fuerza del tubo y devolver el desplazamiento angular a cero; la corriente aplicada a las bobinas se utiliza como unidad de medición. Gracias a las propiedades mecánicas y térmicas extremadamente estables y repetibles del cuarzo, y al equilibrio de fuerza que elimina prácticamente todo movimiento físico, estos sensores pueden alcanzar una precisión de alrededor de 1 PPM de la escala completa. ^{[ 27 ]} Debido a las estructuras extremadamente finas de cuarzo fundido, que deben fabricarse a mano, estos sensores generalmente se limitan a fines científicos y de calibración. 

En las siguientes ilustraciones de un manómetro compuesto (de vacío y presión manométrica), se ha retirado la carcasa y la ventana para mostrar únicamente la esfera, el puntero y la conexión de proceso. Este manómetro en particular es un manómetro combinado de vacío y presión utilizado para el diagnóstico automotriz.

• El lado izquierdo de la esfera, utilizado para medir el vacío, está calibrado en pulgadas de mercurio en su escala exterior y en centímetros de mercurio en su escala interior.
• La parte derecha de la esfera se utiliza para medir la presión ^de la bomba de combustible o la presión del turbocompresor y está graduada en libras por pulgada cuadrada en su escala exterior y en kg/ cm² en su escala interior.

Los detalles mecánicos incluyen piezas fijas y móviles.

Partes fijas:

1. Bloque receptor. Este une el tubo de entrada al extremo fijo del tubo Bourdon (1) y fija la placa del chasis (B). Los dos orificios alojan los tornillos que fijan la carcasa.
2. Placa del chasis. El dial está fijado a esta placa. Contiene orificios para los cojinetes de los ejes.
3. Placa secundaria del chasis. Sirve de soporte para los extremos exteriores de los ejes.
4. Postes para unir y espaciar las dos placas del chasis.

Partes móviles:

1. Extremo fijo del tubo Bourdon. Este se comunica con el tubo de entrada a través del bloque receptor.
2. Extremo móvil del tubo Bourdon. Este extremo está sellado.
3. Pivote y pasador de pivote
4. Enlace que une el pasador de pivote a la palanca (5) con pasadores para permitir la rotación de la articulación.
5. Palanca, una extensión del engranaje sectorial (7)
6. Pasador del eje del engranaje sectorial
7. Engranaje sectorial
8. Eje de la aguja indicadora. Este eje cuenta con un engranaje recto que engrana con el engranaje sectorial (7) y se extiende a través de la cara para accionar la aguja indicadora. Debido a la corta distancia entre el saliente del brazo de palanca y el pasador de pivote, y a la diferencia entre el radio efectivo del engranaje sectorial y el del engranaje recto, cualquier movimiento del tubo Bourdon se amplifica considerablemente. Un pequeño movimiento del tubo produce un gran movimiento de la aguja indicadora.
9. Muelle espiral para precargar el tren de engranajes y eliminar la holgura y la histéresis.

Diafragma (membrana)

Un segundo tipo de manómetro aneroide utiliza la deflexión de una membrana flexible que separa regiones de diferente presión. La cantidad de deflexión es repetible para presiones conocidas, por lo que la presión se puede determinar mediante calibración. La deformación de un diafragma delgado depende de la diferencia de presión entre sus dos caras. La cara de referencia puede estar abierta a la atmósfera para medir la presión manométrica, abierta a un segundo puerto para medir la presión diferencial, o sellada contra el vacío u otra presión de referencia fija para medir la presión absoluta. La deformación se puede medir utilizando técnicas mecánicas, ópticas o capacitivas. Se utilizan diafragmas cerámicos y metálicos. El rango útil es superior a 10⁻² ^Torr ( aproximadamente 1 Pa ). ^{[ 28 ]} Para mediciones absolutas, se suelen utilizar cápsulas de presión soldadas con diafragmas a ambos lados. Las formas de membrana incluyen:

• Departamento
• Acanalado
• Tubo aplanado
• Cápsula

Fuelle

En los manómetros diseñados para detectar pequeñas presiones o diferencias de presión, o que requieren la medición de una presión absoluta, el tren de engranajes y la aguja pueden ser accionados por una cámara de fuelle cerrada y sellada, denominada aneroide . (Los primeros barómetros utilizaban una columna de líquido, como agua o mercurio líquido, suspendida por vacío ). Esta configuración de fuelle se utiliza en barómetros aneroides (barómetros con aguja indicadora y esfera), altímetros , barógrafos de registro de altitud e instrumentos de telemetría de altitud utilizados en radiosondas de globos meteorológicos . Estos dispositivos utilizan la cámara sellada como presión de referencia y son accionados por la presión externa. Otros instrumentos aeronáuticos sensibles, como los indicadores de velocidad aerodinámica y los indicadores de velocidad de ascenso ( variómetros ), tienen conexiones tanto a la parte interna de la cámara aneroide como a una cámara externa.

Acoplamiento magnético

Estos manómetros utilizan la atracción de dos imanes para convertir la presión diferencial en el movimiento de una aguja. A medida que aumenta la presión diferencial, un imán unido a un pistón o a un diafragma de goma se mueve. Un imán giratorio unido a la aguja se mueve entonces al unísono. Para crear diferentes rangos de presión, se puede aumentar o disminuir la rigidez del resorte.

Galga extensométrica metálica

El extensómetro se adhiere generalmente (extensómetro de lámina) o se deposita (extensómetro de película delgada) sobre una membrana. La deflexión de la membrana debido a la presión provoca un cambio en la resistencia del extensómetro, que puede medirse electrónicamente.

Medidor de deformación piezorresistivo

Utiliza el efecto piezorresistivo de galgas extensométricas adheridas o conformadas para detectar la deformación debida a la presión aplicada.

Sensor de presión piezorresistivo de silicio

El sensor es generalmente un sensor de presión piezorresistivo de silicio con compensación de temperatura, elegido por su excelente rendimiento y estabilidad a largo plazo. La compensación de temperatura integrada se proporciona en un rango de 0 a 50  °C mediante resistencias ajustadas con láser . Se incluye una resistencia adicional ajustada con láser para normalizar las variaciones de sensibilidad a la presión mediante la programación de la ganancia de un amplificador diferencial externo. Esto proporciona una buena sensibilidad y estabilidad a largo plazo. Los dos puertos del sensor aplican presión al mismo transductor; consulte el diagrama de flujo de presión a continuación.

Este diagrama es una simplificación excesiva, pero permite apreciar el diseño fundamental de los puertos internos del sensor. Un aspecto importante a destacar es el diafragma, ya que constituye el sensor en sí. Su forma es ligeramente convexa (muy exagerada en el dibujo); esto es crucial, puesto que influye en la precisión del sensor.

La forma del sensor es importante porque está calibrado para funcionar en la dirección del flujo de aire, como se muestra con las flechas rojas. Este es el funcionamiento normal del sensor de presión, que proporciona una lectura positiva en la pantalla del manómetro digital. Aplicar presión en sentido inverso puede provocar errores en los resultados, ya que el movimiento de la presión del aire intenta forzar el diafragma a moverse en la dirección opuesta. Los errores inducidos por esto son pequeños, pero pueden ser significativos, por lo que siempre es preferible asegurarse de que la presión más positiva se aplique al puerto positivo (+ve) y la presión más baja al puerto negativo (-ve), para la aplicación normal de la presión manométrica. Lo mismo se aplica a la medición de la diferencia entre dos vacíos: el vacío mayor siempre debe aplicarse al puerto negativo (-ve). La medición de la presión mediante el puente de Wheatstone se ve así...

El modelo eléctrico efectivo del transductor, junto con un circuito básico de acondicionamiento de señal, se muestra en el esquema de aplicación. El sensor de presión es un puente de Wheatstone totalmente activo, compensado térmicamente y con ajuste de offset mediante resistencias de película gruesa recortadas con láser. La excitación del puente se aplica mediante una corriente constante. La salida de bajo nivel del puente se encuentra en +0 y -0, y el rango amplificado se ajusta mediante la resistencia de programación de ganancia (r). El diseño eléctrico está controlado por un microprocesador, lo que permite la calibración, funciones adicionales para el usuario, como la selección de escala, retención de datos, funciones de cero y filtro, y la función de grabación que almacena y muestra los valores MÁX/MÍN.

Capacitivo

Utiliza un diafragma y una cavidad de presión para crear un condensador variable que detecta la deformación debida a la presión aplicada.

Magnético

Mide el desplazamiento de un diafragma mediante cambios en la inductancia (reluctancia), LVDT , efecto Hall o mediante el principio de corrientes de Foucault .

Piezoeléctrico

Utiliza el efecto piezoeléctrico presente en ciertos materiales, como el cuarzo, para medir la deformación que sufre el mecanismo sensor debido a la presión.

Óptico

Utiliza el cambio físico de una fibra óptica para detectar la deformación debida a la presión aplicada.

Potenciométrico

Utiliza el movimiento de un limpiaparabrisas a lo largo de un mecanismo de resistencia para detectar la deformación causada por la presión aplicada.

Resonante

Utiliza los cambios en la frecuencia de resonancia en un mecanismo de detección para medir la tensión o los cambios en la densidad del gas causados ​​por la presión aplicada.

Conductividad térmica

Generalmente, a medida que aumenta la densidad de un gas real (lo que puede indicar un aumento de presión ), aumenta su capacidad de conducción de calor. En este tipo de manómetro, un filamento de alambre se calienta al hacer pasar corriente eléctrica a través de él. Posteriormente, se puede utilizar un termopar o un termómetro de resistencia (RTD) para medir la temperatura del filamento. Esta temperatura depende de la velocidad a la que el filamento pierde calor hacia el gas circundante y, por lo tanto, de la conductividad térmica . Una variante común es el manómetro de Pirani , que utiliza un único filamento de platino como elemento calefactor y RTD. Estos manómetros tienen una precisión de 10⁻³ ^Torr  a 10⁻¹² ^Torr , pero su calibración es sensible a la composición química de los gases que se miden.

Pirani (un cable)

Un manómetro de Pirani consiste en un alambre metálico expuesto a la presión que se desea medir. El alambre se calienta mediante una corriente eléctrica que lo atraviesa y se enfría por el gas que lo rodea. Si se reduce la presión del gas, el efecto de enfriamiento disminuye, por lo que la temperatura de equilibrio del alambre aumenta. La resistencia del alambre es función de su temperatura : midiendo la tensión en sus terminales y la corriente que lo atraviesa, se puede determinar la resistencia (y, por lo tanto, la presión del gas). Este tipo de manómetro fue inventado por Marcello Pirani .

De dos cables

En los manómetros de dos hilos, una bobina se utiliza como calentador y la otra para medir la temperatura por convección . Los manómetros de termopar y los de termistor funcionan de esta manera, utilizando un termopar o un termistor , respectivamente, para medir la temperatura del hilo calentado.

Medidor de ionización

Los manómetros de ionización son los más sensibles para presiones muy bajas (también conocidas como vacío absoluto o alto vacío). Detectan la presión indirectamente midiendo los iones eléctricos producidos cuando el gas es bombardeado con electrones. Los gases de menor densidad producen menos iones. La calibración de un manómetro de ionización es inestable y depende de la naturaleza de los gases que se miden, la cual no siempre se conoce. Se pueden calibrar con un manómetro McLeod, que es mucho más estable e independiente de la composición química del gas.

La emisión termoiónica genera electrones que colisionan con los átomos del gas y producen iones positivos . Estos iones son atraídos hacia un electrodo polarizado adecuadamente , conocido como colector. La corriente en el colector es proporcional a la tasa de ionización, que a su vez depende de la presión del sistema. Por lo tanto, la medición de la corriente del colector permite determinar la presión del gas. Existen varios subtipos de manómetros de ionización.

Rango útil : 10 ⁻¹⁰ - 10 ⁻³ torr (aproximadamente 10 ⁻⁸ - 10 ⁻¹ Pa)

La mayoría de los manómetros de ionización se presentan en dos tipos: de cátodo caliente y de cátodo frío. En la versión de cátodo caliente , un filamento calentado eléctricamente produce un haz de electrones. Estos electrones viajan a través del manómetro e ionizan las moléculas de gas a su alrededor. Los iones resultantes se recogen en un electrodo negativo. La corriente depende del número de iones, que a su vez depende de la presión en el manómetro. Los manómetros de cátodo caliente tienen una precisión de 10⁻³ ^{Torr a}  10⁻¹⁰ ^Torr  . El principio de funcionamiento de ^{la versión} de cátodo frío es el mismo, con la diferencia de que los electrones se producen mediante la descarga de un alto voltaje. Los manómetros de cátodo frío tienen una precisión de 10⁻² ^{Torr a} 10⁻⁹ ^{Torr . La calibración de los manómetros de ionización es muy sensible a la geometría} de la construcción, la composición química de los gases que se miden, la corrosión y los depósitos superficiales. Su calibración puede invalidarse mediante la activación a presión atmosférica o bajo vacío. La composición de los gases en alto vacío suele ser impredecible, por lo que se debe utilizar un espectrómetro de masas junto con el medidor de ionización para una medición precisa. ^{[ 31 ]}  

cátodo caliente

Un medidor de ionización de cátodo caliente se compone principalmente de tres electrodos que actúan conjuntamente como un triodo , donde el cátodo es el filamento. Los tres electrodos son un colector o placa, un filamento y una rejilla . La corriente del colector se mide en picoamperios mediante un electrómetro . La tensión del filamento con respecto a tierra suele ser de 30 voltios, mientras que la tensión de la rejilla oscila entre 180 y 210 voltios de corriente continua, a menos que se disponga de una función opcional de bombardeo electrónico mediante el calentamiento de la rejilla, que puede alcanzar un potencial elevado de aproximadamente 565 voltios.

El medidor de iones más común es el medidor Bayard-Alpert de cátodo caliente , con un pequeño colector de iones dentro de la rejilla. Una envoltura de vidrio con una abertura al vacío puede rodear los electrodos, pero generalmente el medidor sin recubrimiento se inserta directamente en la cámara de vacío, y los pines se introducen a través de una placa de cerámica en la pared de la cámara. Los medidores de cátodo caliente pueden dañarse o perder su calibración si se exponen a la presión atmosférica o incluso a un vacío bajo mientras están calientes. Las mediciones de un medidor de ionización de cátodo caliente siempre son logarítmicas.

Los electrones emitidos por el filamento se mueven varias veces en movimientos de vaivén alrededor de la rejilla antes de entrar finalmente en ella. Durante estos movimientos, algunos electrones colisionan con una molécula gaseosa para formar un par de un ion y un electrón ( ionización electrónica ). El número de estos iones es proporcional a la densidad de moléculas gaseosas multiplicada por la corriente electrónica emitida por el filamento, y estos iones se acumulan en el colector para formar una corriente iónica. Dado que la densidad de moléculas gaseosas es proporcional a la presión, esta se estima midiendo la corriente iónica.

La sensibilidad a baja presión de los manómetros de cátodo caliente está limitada por el efecto fotoeléctrico. Los electrones que inciden en la rejilla producen rayos X que generan ruido fotoeléctrico en el colector de iones. Esto limita el rango de los manómetros de cátodo caliente más antiguos a 10⁻⁸ ^Torr  y el del Bayard-Alpert a aproximadamente 10⁻¹⁰ ^Torr  . La colocación de cables adicionales a potencial de cátodo en la línea de visión entre el colector de iones y la rejilla evita este efecto. En el tipo de extracción, los iones no son atraídos por un cable, sino por un cono abierto. Como los iones no pueden decidir qué parte del cono impactar, pasan a través del orificio y forman un haz de iones. Este haz de iones puede dirigirse a:

• Copa de Faraday
• Detector de placas de microcanales con copa de Faraday
• Analizador de masas cuadrupolar con copa de Faraday
• Analizador de masas cuadrupolar con detector de placa de microcanales y copa de Faraday.
• Lente iónica y voltaje de aceleración dirigidos a un objetivo para formar un cañón de pulverización catódica . En este caso, una válvula permite el paso del gas a la jaula de rejilla.

cátodo frío

Existen dos subtipos de medidores de ionización de cátodo frío : el medidor Penning (inventado por Frans Michel Penning ) y el magnetrón invertido , también llamado medidor Redhead . La principal diferencia entre ambos radica en la posición del ánodo con respecto al cátodo . Ninguno de los ^dos tiene filamento y ambos pueden requerir un potencial de CC de aproximadamente 4 kV para su funcionamiento. Los magnetrones invertidos pueden medir presiones de hasta 1 × 10⁻¹² Torr .

Asimismo, los manómetros de cátodo frío pueden mostrarse reacios a arrancar a presiones muy bajas, ya que la casi ausencia de gas dificulta el establecimiento de una corriente en el electrodo, especialmente en los manómetros de Penning, que utilizan un campo magnético de simetría axial para crear trayectorias de electrones del orden de metros. En el aire ambiente, la radiación cósmica forma pares iónicos adecuados de forma generalizada; en un manómetro de Penning, se utilizan características de diseño para facilitar la configuración de una trayectoria de descarga. Por ejemplo, el electrodo de un manómetro de Penning suele tener una forma cónica fina para facilitar la emisión de electrones por efecto del campo.

Los ciclos de mantenimiento de los manómetros de cátodo frío se miden, por lo general, en años, dependiendo del tipo de gas y la presión a la que se utilicen. El uso de un manómetro de cátodo frío en gases con componentes orgánicos importantes, como fracciones de aceite de bombeo, puede provocar la formación de delicadas películas y fragmentos de carbono dentro del manómetro, que eventualmente pueden provocar cortocircuitos en los electrodos o impedir la generación de una vía de descarga.

Cuando los flujos de fluidos no están en equilibrio, las presiones locales pueden ser mayores o menores que la presión promedio del medio. Estas perturbaciones se propagan desde su origen como variaciones de presión longitudinales a lo largo de su trayectoria. Esto también se conoce como sonido. La presión sonora es la desviación instantánea de la presión local con respecto a la presión promedio causada por una onda sonora. La presión sonora se puede medir utilizando un micrófono en el aire y un hidrófono en el agua. La presión sonora efectiva es la raíz cuadrática media de la presión sonora instantánea durante un intervalo de tiempo determinado. Las presiones sonoras suelen ser bajas y se expresan a menudo en microbares.

• Respuesta en frecuencia de los sensores de presión
• resonancia

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ha desarrollado dos normas distintas sobre medición de presión: B40.100 y PTC 19.2. La norma B40.100 proporciona directrices sobre manómetros de esfera y digitales, sellos de diafragma, amortiguadores y válvulas limitadoras de presión. La norma PTC 19.2 ofrece instrucciones y orientación para la determinación precisa de valores de presión, en cumplimiento de los códigos de prueba de rendimiento de la ASME. La elección del método, los instrumentos, los cálculos necesarios y las correcciones a aplicar dependen del propósito de la medición, la incertidumbre admisible y las características del equipo sometido a prueba.

También se proporcionan los métodos de medición de presión y los protocolos de transmisión de datos. Se ofrece orientación para la configuración de la instrumentación y la determinación de la incertidumbre de la medición. Se incluye información sobre el tipo de instrumento, su diseño, el rango de presión aplicable, la precisión, la salida y el costo relativo. Asimismo, se proporciona información sobre los dispositivos de medición de presión utilizados en entornos de campo, como manómetros de pistón, manómetros de vacío e instrumentos de baja presión absoluta.

Estos métodos están diseñados para ayudar en la evaluación de la incertidumbre de medición con base en la tecnología y el conocimiento de ingeniería actuales, teniendo en cuenta las especificaciones de instrumentación publicadas y las técnicas de medición y aplicación. Este suplemento proporciona orientación sobre el uso de métodos para establecer la incertidumbre de la medición de presión.

Los sensores de presión tienen muchas aplicaciones:

• Detección de presión

Aquí es donde la medida de interés es la presión , expresada como fuerza por unidad de área. Esto resulta útil en instrumentación meteorológica, aeronaves, automóviles y cualquier otra maquinaria que incorpore la función de medición de presión.

• Detección de altitud

Esto resulta útil en aeronaves, cohetes, satélites, globos meteorológicos y muchas otras aplicaciones. Todas estas aplicaciones utilizan la relación entre los cambios de presión y la altitud. Esta relación se rige por la siguiente ecuación: ^{[ 34 ]}$${\displaystyle h=(1-(P/P_{\mathrm {ref} })^{0.190284})\times 145366.45\mathrm {ft} }$$ Esta ecuación está calibrada para un altímetro , hasta 11 000  m (36 090 pies  ). Fuera de ese rango, se introduce un error que puede calcularse de forma diferente para cada sensor de presión. Estos cálculos de error tienen en cuenta el error introducido por la variación de temperatura a medida que ascendemos.

Los sensores de presión barométrica pueden tener una resolución de altitud inferior a 1  metro, lo que supone una mejora significativa con respecto a los sistemas GPS (con  una resolución de altitud de unos 20 metros). En aplicaciones de navegación, los altímetros se utilizan para distinguir entre los diferentes niveles de las carreteras para la navegación de automóviles y los niveles de los pisos de los edificios para la navegación peatonal.

• Detección de flujo

Este método utiliza sensores de presión junto con el efecto Venturi para medir el flujo. Se mide la presión diferencial entre dos segmentos de un tubo Venturi con diferente diámetro. La diferencia de presión entre ambos segmentos es directamente proporcional al caudal que circula por el tubo Venturi. Casi siempre se requiere un sensor de baja presión, ya que la diferencia de presión es relativamente pequeña.

• Detección de nivel/profundidad

También se puede utilizar un sensor de presión para calcular el nivel de un fluido. Esta técnica se emplea comúnmente para medir la profundidad de un cuerpo sumergido (como un buzo o un submarino) o el nivel del contenido de un tanque (como en una torre de agua). Para la mayoría de los fines prácticos, el nivel del fluido es directamente proporcional a la presión. En el caso del agua dulce, donde el contenido está bajo presión atmosférica, 1 psi = 27,7 inH₂O _/ 1 Pa = 9,81 mmH₂O _. La ecuación básica para dicha medición es: $${\displaystyle P=\rho gh}$$ donde P = presión, ρ = densidad del fluido, g = gravedad estándar, h = altura de la columna de fluido sobre el sensor de presión

• Prueba de fugas

Se puede utilizar un sensor de presión para detectar la disminución de presión debida a una fuga en el sistema. Esto se suele hacer comparando la presión con la de una fuga conocida mediante la presión diferencial, o bien utilizando el sensor para medir la variación de presión a lo largo del tiempo.

• Medición de aguas subterráneas

Un piezómetro es un dispositivo que se utiliza para medir la presión de un líquido en un sistema midiendo la altura que alcanza una columna de líquido contra la gravedad, o bien un dispositivo que mide la presión (más precisamente, la carga piezométrica ) del agua subterránea ^{[ 35 ]} en un punto específico. Un piezómetro está diseñado para medir presiones estáticas y, por lo tanto, se diferencia de un tubo Pitot en que no apunta hacia el flujo del fluido. Los pozos de observación proporcionan información sobre el nivel del agua en una formación, pero deben leerse manualmente. Los transductores de presión eléctricos de varios tipos pueden leerse automáticamente, lo que facilita la adquisición de datos.

Los primeros piezómetros en ingeniería geotécnica fueron pozos abiertos o tuberías verticales (a veces llamados piezómetros de Casagrande ) ^{[ 36 ]} instalados en un acuífero . Un piezómetro de Casagrande generalmente tiene un revestimiento sólido hasta la profundidad de interés y un revestimiento ranurado o con rejilla dentro de la zona donde se mide la presión del agua. El revestimiento se sella en el pozo con arcilla, bentonita o concreto para evitar que el agua superficial contamine el suministro de agua subterránea. En un acuífero libre, el nivel del agua en el piezómetro no coincidiría exactamente con el nivel freático , especialmente cuando la componente vertical de la velocidad del flujo es significativa. En un acuífero confinado bajo condiciones artesianas , el nivel del agua en el piezómetro indica la presión en el acuífero, pero no necesariamente el nivel freático. ^{[ 37 ]} Los pozos piezométricos pueden tener un diámetro mucho menor que los pozos de producción, y  es común una tubería vertical de 5 cm de diámetro.

Los piezómetros, alojados en carcasas resistentes, pueden enterrarse o introducirse en el suelo para medir la presión del agua subterránea en el punto de instalación. Los manómetros (transductores) pueden ser de cuerda vibrante, neumáticos o de galgas extensométricas, convirtiendo la presión en una señal eléctrica. Estos piezómetros se conectan mediante cables a la superficie, donde pueden ser leídos por registradores de datos o unidades de lectura portátiles, lo que permite lecturas más rápidas y frecuentes que con los piezómetros de tubería abierta.

• Manómetro casero
• Manómetro