Secondo l’Organizzazione Internazionale di Standardizzazione la norma ISO 2533:1975 definisce la pressione atmosferica standard di 101.325 Pa (1 atm, 1013,25 mbar o 14,6959 psi). La pressione barometrica atmosferica ambientale è dinamica sulla Terra e varia con il tempo, il clima e l’altitudine. Le variazioni tipiche della pressione barometrica a livello del mare vanno da 925 a 1.050 hPa. La pressione della superficie terrestre diminuisce di circa 0,1 hPa per metro (fino a circa 6 km di altitudine).
Per un calcolo più accurato della dipendenza della pressione atmosferica in funzione dell’altitudine, è necessario considerare anche la temperatura dell’aria.
Sensore di pressione assoluta
La pressione assoluta è la grandezza di pressione misurata rispetto allo zero che in termini di pressione è un vuoto perfetto. Per esempio, la misura della pressione assoluta è usata per misurare le variazioni di pressione barometrica dovute ai cambiamenti del tempo.
Un sensore di pressione assoluta basato sul diaframma ha un lato del diaframma esposto a una cavità di vuoto permanentemente sigillata integrata nell’elemento sensore e l’altro lato del diaframma esposto al mezzo di pressione applicato da misurare.
Sensore di pressione relativa
La pressione relativa è la quantità di pressione misurata rispetto alla pressione atmosferica ambientale. I trasduttori di pressione con un sensore di pressione relativa basato sul diaframma hanno un lato del diaframma esposto alla pressione atmosferica ambientale e l’altro lato del diaframma è esposto alla pressione applicata.
I sensori di pressione relativa forniranno una lettura di pressione negativa quando esposti al vuoto e una lettura positiva quando esposti a una pressione superiore alla pressione atmosferica. Alla pressione ambientale atmosferica la pressione è equalizzata tra i due lati del diaframma e il sensore fornirà una lettura zero.
Una variante del sensore di pressione relativa è il sensore di pressione relativa sigillato dove un lato del diaframma è esposto ad una cavità sigillata con una pressione statica di 1 bar equivalente alla pressione atmosferica standard. I sensori di pressione relativa sigillati sono tipicamente usati per i sensori di alta pressione dove non è pratico, dal punto di vista della sicurezza, avere i mezzi ad alta pressione separati dall’atmosfera solo da un diaframma sottile.
Sensore di pressione differenziale
La pressione differenziale è una pressione misurata tra due forze di pressione indipendenti.
Trasduttori di pressione con un sensore di pressione differenziale a diaframma con un lato del diaframma esposto a un mezzo di pressione e l’altro lato del diaframma a un secondo mezzo di pressione. Il valore della pressione differenziale è la differenza di pressione tra i due mezzi di pressione.
Sensore di pressione indiretta
I livelli di pressione del gas inferiori alla pressione atmosferica sono chiamati vuoto. Nelle applicazioni del vuoto è comune misurare la pressione indirettamente. A causa della bassa densità del gas a pressioni inferiori a 1 × 10-5 hPa (alto vuoto), la forza esercitata dal gas non può essere misurata con metodi diretti come la deflessione di un diaframma.
Invece, la pressione viene misurata in applicazioni ad alto vuoto con tecniche di misurazione della pressione indiretta. Come esempio, la pressione può essere determinata in-direttamente dalla misurazione della conduttività termica al mezzo di pressione del gas da un filo caldo sospeso in un tubo o un elemento resistivo caldo su un diaframma di silicio microlavorato. Il misuratore Pirani a filo caldo può essere utilizzato per misurare la pressione fino a 1 × 10-4 hPa. Il misuratore MEMS Pirani ha il vantaggio di un campo di misura dinamico più ampio e la recente innovazione nella tecnologia dei misuratori di vuoto ha esteso il campo di misura fino a 1 × 10-6 hPa.
Per la misurazione della pressione nel campo dell’ultra alto vuoto, vengono utilizzati misuratori a ionizzazione a catodo caldo o freddo. Questo tipo di misuratori misura indirettamente per ionizzazione delle molecole di gas e può essere usato per misurare la pressione fino a 1 × 10-12 hPa.
Discussione e conclusioni
La misura della pressione e del vuoto è ampiamente usata nelle applicazioni industriali e scientifiche. Può essere misurata con molti tipi diversi di sensori, tecniche e tecnologie di misurazione. La scelta della tecnica di misurazione e del tipo di sensore dipende dall’applicazione e dai requisiti.