Was ist ein Drucktransmitter?

Sep 17, 2018 8:57:04 AM

Drucktransmitter - Vielseitige Alleskönner für präzise Druckmessung

Drucktransmitter - häufig auch als Prozesstransmitter bezeichnet - sind Druckmessumformer mit hoher Messgenauigkeit, deren Messbereich sich im Rahmen eines vorgegebenen Druckintervalls variabel einstellen lässt. Sie finden unter anderem in Hydraulikanwendungen sowie in der Prozess- und Verfahrenstechnik Anwendung, in der Messstellen spezifischen Anforderungen angepasst und individuell ausgelegt werden müssen.

 

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Eigenschaften von Drucktransmittern

Bei einigen Drucktransmittern ist der Messbereich nicht fix und damit von vornherein festgelegt, sondern kann im Nachhinein verstellt und angepasst werden. Diese Funktion wird als Spannenverstellung (Turn down) bezeichnet. Meist können außerdem der Nullpunkt, ein Messungsoffset sowie weitere Parameter anwendungsflexibel gewählt werden; hierzu sind Drucktransmitter in der Regel mit einer detaillierten Digitalanzeige und umfangreicher interner Betriebssoftware ausgestattet. Drucktransmitter zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit über den gesamten Messbereich aus. Durch eingesetzte Kalibrierungs- und Korrekturprogramme kann die Präzision mit mathematischen Methoden zusätzlich erhöht und der Gesamtfehler beim Messvorgang und beim Auslesen minimiert werden. Wie bei Drucksensoren stehen standardisierte mechanische und elektrische Schnittstellen und Ausgangssignale zur Verfügung. Sogenannte intelligente Transmitter (Smart Transmitter) ermöglichen zudem den Fernzugriff über digitale Zwei-Wege-Protokolle, was vor allem bei entlegenen oder schwer erreichbar verbauten Geräten von großem Vorteil ist. Hierbei findet häufig der weltweit verbreitete HART-Standard Verwendung, der die bidirektionale Kommunikation mehrerer Feldgeräte über einen gemeinsamen Datenbus ermöglicht (Highway Addressable Remote Transducer).
 

Grundlagen der Druckmessung

Die Nenndrücke bei einem Drucktransmitter werden für gewöhnlich in Bar (bar) und Millibar (mbar) angegeben, die Messergebnisse können von den meisten Geräten jedoch auch in davon verschiedenen physikalischen Einheiten angezeigt und ausgelesen werden. Die Genauigkeit der gemessenen Werte wiederum wird üblicherweise in % FSO (Full Scale Output), also in Abhängigkeit vom als Messbereich gewählten Druckintervall mathematisch bestimmt. Man unterscheidet Messungen nach Absolutdruck, Relativdruck und Differenzdruck. Der absolute Druck bezieht sich auf den Nulldruck eines Vakuums, der im luftleeren Raum herrscht. Relativdruckmessungen werden normalerweise im Vergleich zum bestehenden Luftdruck durchgeführt; - Zur Einordnung: Der Luftdruck auf der Erdoberfläche beträgt ungefähr 1 bar, sinkt mit zunehmender Höhe kontinuierlich und ist darüber hinaus von der Wetterlage abhängig. - darüber liegende Werte kennzeichnen somit einen Überdruck, darunter liegende Werte einen Unterdruck. Differenzdruck schließlich ist der Druckunterschied zwischen zwei beliebigen Drücken.

 

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Elektronische Druckmesstechnik

Elektronische Druckmessung erfordert einen Sensor, der den zu erfassenden Druck oder die Druckänderung aufnimmt und physikalisch genau - und zwar in wiederholbarer, nachprüfbarer Weise - in ein auszulesendes elektrisches Signal umwandelt. So kann man sich die Änderungen des elektrischen oder spezifischen Widerstandes von Leitern oder Halbleitern durch druckabhängige Verformung zunutze machen. Eine andere Möglichkeit stellt die kapazitive Druckmessung dar, bei der der Druck auf ein Kondensatorelement einwirkt und dessen Eigenschaften entsprechend verändert. Der sogenannte piezoelektrische Effekt ist auf die Messung dynamischer Drücke beschränkt; hierbei laden sich bestimmte entgegengesetzt orientierte Flächen eines solchen nichtleitenden Kristalls positiv bzw. negativ auf, wenn Druck- oder Zugkräfte in einer definierten Richtung ausgeübt werden. Gebräuchlich sind Metall-Dünnfilm-, Keramik-Dickschicht- sowie piezoresistive Sensoren. Grundkörper und Membran von Metall-Dünnfilm-Sensoren bestehen typischerweise aus Edelstahl und sind robust. Bei Keramik-Dickschicht-Sensoren kommt wegen seiner guten Verarbeitbarkeit und Beständigkeit häufig Aluminiumoxid (Al²O³) zum Einsatz, sie sind sehr korrosionsbeständig, aber spröde. In piezoresistiven Sensoren ist ein Siliziumchip verbaut, der sehr empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen ist und deshalb aufwendig geschützt und verkapselt werden muss. Ein ideales Sensorprinzip gibt es allerdings nicht; jedes besitzt Vorteile und Nachteile hinsichtlich des Messbereichs, der Schock- und Vibrationsfestigkeit und der Langzeitstabilität. Bei jeder Abwägung und Auswahl kommt es vorwiegend auch auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften des umgebenden Druckmediums an.
 

Dünnfilm-auf-Stahl-Technologie

 
Dünnfilm-auf-Stahl-Technologie

Dickschicht-auf-Keramik-Technologie

Dickschicht-auf-Keramik-Technologie-Drucksensoren

 

Montage, Betrieb und Wartung

Im Prinzip bestehen elektronische Druckmessgeräte - so auch Drucktransmitter - aus Druckanschluss, Drucksensorik, Geräteelektronik, Stromversorgung und einem Gehäuse mit elektrischem Ausgang, der die physikalische Größe Druck in ein Standard-Industriesignal umwandelt (verbreitet sind als Stromsignal 4..20 mA und als Spannungssignal 0..10 V). Der störungsfreie Betrieb hängt entscheidend von den Gesamtbedingungen ab. Extreme Temperaturen und Temperaturschwankungen, der Kontakt mit aggressiven Medien, starke Stöße und Vibrationen oder die Installation im Freien können die Bestandteile beschädigen, gar zerstören oder aber dafür sorgen, dass die eingesetzten Materialien vorzeitig altern und ihre physikalischen Eigenschaften verändern oder verlieren. Möglicherweise ist eine Anbringung des Geräts abseits der tatsächlichen Messstelle erforderlich, beispielsweise unter Verwendung einer Kapillarleitung als Verbindung. - Elektromagnetische Strahlung anderer elektrisch betriebener Geräte muss ebenfalls als potenzieller Störfaktor in Betracht gezogen werden. Neben der üblichen Wartung, etwa Säuberung und Ersetzung von Verschleißteilen wie Dichtungsringen sind bei manchen Sensorarten sogar Nachjustieren und Nachkalibrieren nötig. Mit der Zeit treten Nullpunkt- und Spannefehler im Betrieb auf, Langzeitfehler oder Langzeitdrift genannt; der reale Null- und Endpunkt des Ausgangssignals weicht dann vom idealen Null- und Endpunkt ab. Dagegen sind geräteimmanente Fehler, wie sie durch die Kennlinienabweichung charakterisiert werden, ebenso wenig behebbar wie solche, die von den elastischen Eigenschaften des Sensormaterials herrühren oder von zufallsbedingten Einflüssen. Zusätzlich wirkt sich jegliche Änderung der Umgebungstemperatur unmittelbar auf die messrelevanten Eigenschaften elektronischer Druckmessgeräte aus, was unweigerlich zu Abweichungen und Messfehlern führt.
 

Drucktransmitter in Industrie und Alltag

Neben der Temperaturmesstechnik stellt die Druckmessung die wichtigste und am häufigsten eingesetzte industrielle Technik zur Steuerung und Überwachung von Maschinen und Anlagen dar. Vor allem in der Pneumatik und Hydraulik sind Feststellung und Regelung des Systemdrucks die wichtigste Voraussetzung für sicheren wie wirtschaftlichen Betrieb. Trotz der Vielfalt der Anwendungen lassen sich die Aufgaben der elektronischen Druckmesstechnik grundsätzlich drei Bereichen zuordnen: der Überwachung kritischer Grenzwerte, der Druckregelung und -steuerung sowie der indirekten Messung von Prozessgrößen. Drucktransmitter sind darüber hinaus durchaus Bestandteil des Alltags, so in vielen häuslichen Heizungsanlagen. Im Bahnverkehr - als weiteres Beispiel - kommen sie unter anderem bei der Drucküberwachung der Bremssysteme, der Regelung der Wagenklimatisierung und der Vakuumüberwachung im Toilettenbereich zum Einsatz.

 

 

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By Steffen Witzemann

Steffen Witzemann ist „Head of Marketing & Business Development“ bei der Trafag GmbH. Neben der Steuerung von allen Marketing-Aktivitäten ist er auch zuständig für den Aufbau von neuen Märkten und Kunden. Steffen blickt bereits auf über 15 Jahre Berufserfahrung im Bereich Marketing, Vertrieb und Consulting zurück.

Über diesen Blog

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