Celle di misura in ceramica: robuste, precise, resistenti alla corrosione

Da decenni, i sensori di pressione in metallo come il VEGABAR 83 garantiscono sicurezza e affidabilità negli impianti chimici. Sono realizzati per lo più in acciaio speciale come 316L o altre leghe, per cui sono perfettamente idonei all’impiego in presenza di condizioni difficili. Grazie alla struttura robusta, resistono sia alle pressioni elevate, sia alle temperature estreme. 

VEGA ha sviluppato la cella di misura in ceramica CERTEC^® ed è una delle poche aziende al mondo a produrla internamente. CERTEC è la base dei sensori di pressione in ceramica. Tramite una procedura complessa in condizioni di camera bianca, la membrana e il corpo base in ceramica all’ossido di alluminio vengono stampati con una pasta a base d’oro e uniti ad alta temperatura con vetro di saldatura a formare la cella di misura.

I numerosi vantaggi della ceramica

Oltre alla resistenza alla corrosione, la cella di misura in ceramica offre i seguenti vantaggi:

• eccellente stabilità nel lungo termine
• elevata affidabilità
• eccezionale resistenza al sovraccarico

Consente di effettuare misure precise nel lungo periodo. Nonostante i vantaggi evidenti, la cella di misura in ceramica è vista con un certo scetticismo per la presunta fragilità del materiale. "Lo scetticismo è infondato", chiarisce Robin Müller, manager prodotti di VEGA. "Le celle di misura in ceramica hanno una resistenza al sovraccarico nettamente superiore rispetto a quelle metalliche. Mentre le membrane metalliche possono deformarsi irreversibilmente in seguito all’azione di forti pressioni, la membrana in ceramica si appoggia semplicemente al corpo base, per poi tornare successivamente nella propria posizione iniziale."

Nel frattempo, la sensibilità all’umidità e agli shock termici dei sensori in ceramica – che in passato rappresentava uno svantaggio rispetto alle celle di misura metalliche – non è più un problema. Da un lato si misura la temperatura di processo in base alla quale si compensa l’influsso della temperatura sul valore di misura di pressione. Allo stesso tempo, un secondo sensore termico, installato nella giuntura in vetro direttamente dietro la membrana in ceramica, rileva anche le più piccole variazioni di temperatura. Un algoritmo nell’unità elettronica del sensore garantisce la compensazione degli shock termici. "I valori che risultano da questa misura di temperatura relativamente sensibile sono inoltre disponibili, e quindi utilizzabili, come segnali a parte", spiega Robin Müller illustrando un’ulteriore utile funzione.

L’impiego in applicazioni in presenza di vuoto o idrogeno rappresenta una particolare sfida per la tecnica di misura. Il vuoto determina un abbassamento del punto di ebollizione dei liquidi, per cui può succedere che l’olio della cella di misura metallica inizi a bollire già a temperature inferiori alla temperatura di ebollizione atmosferica. L’idrogeno presenta un ostacolo diverso, ma non meno insidioso: le molecole di idrogeno sono in grado di penetrare attraverso il metallo e dunque anche attraverso la membrana sottile di una cella di misura di pressione metallica. "In caso di diffusione nella e attraverso la membrana metallica, l’idrogeno reagisce con l’olio di trasmissione che si trova dietro ad essa", spiega Robin Müller. Si formano così depositi di idrogeno che possono determinare variazioni permanenti delle prestazioni di misura.

Oltre alla diffusione, un altro pericolo correlato all’idrogeno è l’infragilimento del materiale. Per ovviare a questo problema, per i sensori destinati all’impiego nei processi dell’idrogeno VEGA utilizza materiali resistenti, attacchi stagni alla diffusione e rivestimenti in oro e oro e rodio. In questo contesto, le celle di misura in ceramica a secco risultano particolarmente vantaggiose: "Anche se l’idrogeno dovesse penetrare nella cella di misura, non potrebbe danneggiarla", spiega Robin Müller. Pertanto, "i sensori di pressione in ceramica sono predestinati all’impiego" per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi a basse pressioni. 

Nelle applicazioni dell’industria chimica, la misura di pressione differenziale fornisce importanti valori per la misura di portata, livello e pressione dei serbatoi. Consente per esempio di

• misurare il livello in un serbatoio in pressione
• rilevare la portata in corrispondenza di diaframmi di misura
• monitorare filtri o scambiatori di calore

In quest’edizione del VEGA talk, Stefan e Tom spiegano esattamente cos’è che rende così stabile la cella di misura in ceramica: