Was Drucksensoren sind
Ein Drucksensor wandelt den Druck in einer Leitung, einem Zylinder oder einem Behälter in ein elektrisches Signal um, das eine Maschine lesen kann. An einem Hydraulikaggregat, einer Druckluftleitung, einem Pumpenaggregat oder einem Prüfstand ist er das Element, das die Steuerung wissen lässt, was das Fluid tut, statt es einer Bedienperson zu überlassen, die ein Manometer abliest.
Der Begriff deckt zwei Dinge ab, die im Katalog häufig getrennt und in einer Installation nie getrennt sind. Ein Messelement allein erzeugt ein kleines Signal, das aufbereitet werden muss, bevor irgendetwas es lesen kann. Ein Transmitter verpackt das Element mit der Elektronik, die es verstärkt, linearisiert und temperaturkompensiert, und mit einer Ausgangsstufe, die ein genormtes Signal treibt. Fast alles, was für den Maschinenbau verkauft wird, ist die zweite Art, weshalb die Begriffe in der Praxis austauschbar verwendet werden.
Die Auswahl für eine Maschine hängt an vier Fragen: was die Messtechnik tolerieren muss, gegen welche Druckreferenz der Messwert läuft, welchen Ausgang die Steuerung annimmt und welchen Prozessanschluss der Anschluss bereits hat. Die letzte davon ist oft die feste Randbedingung, weil sich ein Anschluss nicht so leicht ändern lässt wie ein Sensor.
Wie Drucksensoren messen
Drei Techniken machen den größten Teil der maschinenmontierten Drucksensoren aus, und sie versagen unterschiedlich. Ein piezoresistives Element nutzt eine Siliziummembran mit eindiffundiertem Widerstandsnetzwerk; es ist empfindlich, preiswert und gut für saubere, trockene Gase und für mäßige Drücke geeignet, und es steckt hinter den meisten kostengünstigen Transmittern. Ein Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen wird unmittelbar auf eine Stahlmembran aufgebracht, was ein robustes Element für höhere Drücke und für Hydraulikaufgaben mit besserer Beständigkeit gegen Druckspitzen ergibt. Ein kapazitives Element misst die Auslenkung einer Membran gegenüber einer festen Platte und wird dort gewählt, wo Stabilität und ein weites Einstellverhältnis mehr zählen als die Kosten.
Die Temperaturkompensation ist es, was den Unterschied zwischen einem Element und einem Messgerät ausmacht. Jede dieser Techniken driftet mit der Umgebungs- und der Prozesstemperatur, und die Drift ist über den Arbeitsbereich größer als die Genauigkeitsangabe, solange sie nicht korrigiert wird. Die Kompensation geschieht in der Elektronik, weshalb ein Transmitter mehr kostet als das nackte Element und weshalb die Temperaturangabe der Elektronik ebenso relevant ist wie die Temperaturgrenze des Mediums.
Der mechanische Weg, den der Druck bis zum Element nimmt, zählt ebenso viel wie das Element selbst. Ein unmittelbar an einer Entnahmestelle montierter Transmitter sieht das Fluid direkt. Ein Transmitter hinter einer Messleitung sieht einen Druck, der durch die Leitung verändert wurde: Kondensat in einer Gasleitung oder Gas in einer Flüssigkeitsleitung verändert, was ankommt, und eine pulsierende Quelle wie eine Hubkolbenpumpe erlegt einen schwankenden Druck auf, dem ein unmittelbarer Messwert folgen wird. Eine Dämpfungseinrichtung am Druckanschluss oder eine Messleitung, die so ausgeführt ist, dass sie die richtige Phase einschließt, gehört dazu, die Messung aussagekräftig zu machen.
Ausführungsvarianten
Der größte Teil der Spezifikation wird durch diese Entscheidungen festgelegt und nicht durch die Genauigkeitsklasse. Jede schränkt die nächste ein, deshalb werden sie der Reihe nach geklärt.
| Konfiguration | Festzulegende Optionen | Was sie tatsächlich entscheidet |
| Messtechnik | Piezoresistiv, Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen oder kapazitiv | Die Toleranz gegenüber Überdruck und Druckspitzen, die Stabilität über die Zeit und der Druckbereich, in dem die Technik am stärksten ist. |
| Druckreferenz | Relativ, absolut, abgedichtet relativ oder Differenz | Was die Null bedeutet. Ein Relativsensor misst gegen die Atmosphäre und wandert mit dem Wetter; ein absoluter tut das nicht, was an einem Vakuumsystem oder einem geschlossenen Behälter zählt. |
| Bereich und Arbeitspunkt | Der volle Bereich des Sensors gegenüber dem Druck, bei dem die Maschine normal läuft | Die kleinste Änderung, die im Betrieb aufgelöst werden kann, was üblicherweise das ist, worauf es in der Anwendung tatsächlich ankommt. |
| Ausgangsart | Zweileiter-Strom, Dreileiter-Spannung oder ein digitaler Bus | Wie der Sensor an die Steuerung anschließt und wie er verdrahtet wird. Die Pin-Funktionen unterscheiden sich zwischen den Arten, sodass die Art vor der Verdrahtungsplanung festgelegt wird. |
| Versorgungsspannung | Die an der Maschine verfügbare Nennversorgung und jede Weitbereichsoption | Ob der Sensor aus der bereits vorhandenen Steuerspannung läuft und ob eine eigene Versorgung bereitzustellen ist. |
| Prozessanschluss | Gewinde, Flansch, Klemme oder Sonderausführung | Ob der Sensor zum vorhandenen Anschluss passt. Ein Sondergewinde ist üblicherweise billiger als die Umarbeitung des Verteilers. |
| Elektrischer Anschluss | Stecker, dichte Kabeleinführung oder Rundsteckverbinder | Wie der Sensor im Betrieb ersetzt wird und wie gut der Anschluss Kühlmittel, Spritzwasser und Vibration übersteht. |
| Benetzter Werkstoff und Mediumtemperatur | Werkstoff von Körper und Membran sowie die Temperaturausführung | Ob das Medium den Sensor angreift und ob der Standardtemperaturbereich den Prozess abdeckt oder die Hochtemperaturausführung nötig ist. |
So wählen Sie Drucksensoren aus
| Faktor | Warum er die Antwort bestimmt | Wie er vor der Anfrage geklärt wird |
|---|
| Normaler Arbeitsdruck und Spitzendruck | Der Bereich legt die Auflösung fest, und die Spitze legt fest, was der Sensor überstehen muss | Nennen Sie Normal- und Höchstdruck getrennt und sagen Sie, ob die Spitze anhaltend ist oder ein Sprung beim Anlaufen. |
| Druckreferenz | Sie definiert die Null, und eine falsch gewählte Referenz lässt sich danach durch Kalibrierung nicht mehr korrigieren | Nennen Sie ausdrücklich relativ, absolut oder abgedichtet relativ, statt es aus dem Maschinentyp abzuleiten. |
| Medium und seine Temperatur | Korrosion und Temperatur sind die beiden häufigsten Gründe, warum ein Maschinendrucksensor früh ausfällt | Nennen Sie das Fluid, seine Konzentration, falls es kein sauberes Wasser oder Öl ist, und seine Temperatur an der Entnahmestelle. |
| Vorhandener Prozessanschluss | Der Anschluss ist üblicherweise die feste Randbedingung, weil die Umarbeitung eines Verteilers mehr kostet als die Anpassung des Sensors | Nennen Sie das Gewinde oder, bei Flansch oder Klemme, die Abmessungen und die Dichtfläche. |
| Eingang der Steuerung | Die Eingangsart der Steuerung und die bereits verlegte Verdrahtung entscheiden die Ausgangsart | Nennen Sie die Eingangskarte und ob sie einen Strom oder eine Spannung annimmt, und wo der Sensor verdrahtet wird. |
| Umgebung am Sensor | Vibration, Spritzwasser, Kühlmittel und Witterung wirken auf Körper und Anschluss gleichermaßen | Beschreiben Sie, wo an der Maschine der Sensor sitzt und ob er abgespritzt oder in Späne eingebettet wird. |
| Dynamisches Verhalten der Quelle | Eine pulsierende Pumpe oder ein schnell schaltendes Ventil erlegt einen schwankenden Druck auf, der die Bedeutung eines Messwerts verändert | Sagen Sie, ob der Druck gleichmäßig ist oder pulsiert, und ob ein gedämpfter oder gemittelter Messwert gewünscht ist. |
Ein Drucksensor misst an einem Punkt in einem System. Wo aus dem Druck ein Durchflusswert abgeleitet werden soll, hängt das Ergebnis von der Geometrie zwischen der Entnahmestelle und dem Bezugspunkt ab, sodass derselbe Sensor an einer anderen Installation andere Antworten gibt.
Die nächstliegenden Alternativen
Das sind die Typen, um die es bei einer Anfrage für Drucksensoren meist tatsächlich geht, und der Punkt, an dem die Auswahl wirklich entschieden wird.
| Nächste Alternative | Was sie vom Drucksensor unterscheidet |
| Kraftsensoren | Ein Kraftsensor misst eine unmittelbar auf ihn wirkende Last, während ein Drucksensor die Kraft je Flächeneinheit eines Fluids misst. Der Unterschied betrifft die mechanische Anordnung stärker als die Elektronik: Ein Kraftsensor nimmt die Last über seinen eigenen Körper auf und lässt sich nicht durch einen Druckmesswert ersetzen, solange die Fläche nicht bekannt und konstant ist. |
| Füllstandssensoren | Eine Füllstandsmessung wird oft aus dem Druck am Boden eines Behälters abgeleitet, was nur funktioniert, solange die Dichte bekannt und konstant ist. Wo die Dichte schwankt oder der Behälter oben zur Atmosphäre offen ist, ist ein Füllstandssensor, der die Grenzfläche unmittelbar misst, die verlässlichere Antwort. |
| Temperatursensoren | Eine andere Größe, auf dieselbe Weise gemessen, insofern als beide von der Steuerung als analoger Wert gelesen werden. Sie werden am selben Aggregat häufig zusammen gebraucht und unabhängig spezifiziert, weil die Druck- und Temperaturbereiche selten zusammenfallen. |
| Manometer | Eine örtliche Anzeige ohne elektrischen Ausgang. Wo eine Bedienperson den Druck am Verbrauchsort abliest und nichts zu einer Steuerung wandern muss, ist ein Manometer einfacher und robuster; der Sensor existiert, damit der Wert woanders verarbeitet werden kann. |
| Druckschalter | Ein Schalter wechselt bei einem Schaltpunkt seinen Zustand und erzeugt einen Kontakt; er meldet daher, dass eine Grenze überschritten wurde, und nicht, wie hoch der Druck ist. Braucht die Steuerung den Wert, kann ein Schalter ihn nicht liefern, und wo nur eine Grenze zählt, ist ein Schalter die einfachere Antwort. |
| Drucktransmitter | Dasselbe Gerät, spezifiziert für eine Prozessanlage statt für eine Maschine, wo der Schwerpunkt auf Normen für Prozessanschlüsse, Verträglichkeit der benetzten Teile, Fernabdichtungen und Ex-Zulassungen liegt. An einer kompakten Maschine sind stattdessen üblicherweise Gehäuse, Anschluss und elektrische Schnittstelle die entscheidenden Merkmale. |
Was die Anfrage enthalten sollte
Die erste Antwort kann ein Angebot sein statt einer Liste von Fragen, wenn die Anfrage diese Angaben enthält. Ist ein Wert nicht bekannt, senden Sie die Beschreibung der Aufgabe und wir bestätigen, was daraus folgt.
- Zu messender Druckbereich mit dem normalen Arbeitspunkt und dem Höchstwert
- Ob der Messwert relativ, absolut, abgedichtet relativ oder als Differenz gewünscht ist
- Das Fluid, seine Temperatur an der Entnahmestelle und seine Konzentration, falls es kein sauberes Wasser oder Öl ist
- Der Prozessanschluss an der Maschine: Gewinde, Flansch, Klemme oder Sonderausführung
- Die von der Steuerung angenommene Ausgangsart und ihre Versorgungsspannung
- Ob der Druck gleichmäßig ist oder pulsiert
- Der bevorzugte elektrische Anschluss und wie der Sensor im Betrieb ersetzt wird
- Ob der Sensor Spritzwasser, Kühlmittel oder Witterung ausgesetzt sein wird
- Ob dem Sensor Unterlagen beiliegen müssen und in welcher Form
