Reichweite und Messdynamik sind grundlegende Eigenschaften von Drucksensoren. Einfacher ausgedrückt bezieht sich die Messbereichstauglichkeit auf das Verhältnis zwischen dem maximalen und dem minimalen Druck, den ein Drucksensor genau messen kann. Die Messdynamik, die oft gleichbedeutend mit der Rangeability ist, gibt speziell die maximale Kapazität eines Messgeräts im Verhältnis zu seiner minimal messbaren Kapazität an.
Sie fragen sich, was die Begriffe "Rangeability" und "Messdynamik" bei einem Drucksensor bedeuten? Erscheinen Ihnen diese Fachbegriffe verwirrend und suchen Sie nach Klarheit?
In diesem Artikel tauchen wir in das Verständnis von Rangeability und Messdynamik in Drucksensoren ein. Wir erklären, was diese Begriffe bedeuten, warum sie wichtig sind und wie sie sich auf die Funktionsweise eines Drucksensors auswirken.
Wir untersuchen auch verwandte Konzepte wie die maximale und minimale Druckkapazität, die Bedeutung des Messbereichs und wie die Konzepte der Rangeability und der Messdynamik angewendet werden können.
Die Rangeability, gemeinhin als Messdynamik bezeichnet, ist ein kritischer Parameter in Kontrollsystemen, insbesondere wenn es sich um Prozessdrucksensoren handelt. Ob es sich nun um die Messdynamik eines Differenzdrucksensors, eines Relativdrucksensors oder eines Absolutdrucksensors handelt, es handelt sich um eine einfache Formel, die den maximal messbaren Bereich eines Geräts mit seinem minimal messbaren Bereich vergleicht.
Dieses Verhältnis wird häufig durch eine Zahl wie 3:1, 5:1 oder sogar 100:1 ausgedrückt und zeigt an, dass der Sensor in der Lage ist, Drücke in diesem Bereich genau zu messen. Wenn z. B. bei einem Sensor mit einer Messdynamik von 5:1 der maximale Druck (die obere Grenze), den er messen kann, 100 Einheiten beträgt, kann er bis zu 20 Einheiten genau messen, was seine untere Grenze ist.
Der Bereich Messbereich ist der maximale Druckbereich, in dem der Drucksensor arbeiten kann. Er reicht vom Mindestdruck (untere Grenze des Messbereichs)bis zum Höchstdruck (obere Grenze des Messbereichs), den die Drucksensorzelle messen kann, z. B. von 0 bis 100 bar.
Die obere Grenze des Messbereichs (URL) bezieht sich auf den höchsten Druck, für den der Sensor ausgelegt ist, um zu messen, wobei die obere Grenze der Zelle beachtet wird.
Die untere Messbereichsgrenze (UMG) bezieht sich auf den niedrigsten Druck, für den der Sensor ausgelegt ist, um zu messen, wobei die untere Messbereichsgrenze des Sensors eingehalten wird.
Der obere Wert des Messbereichs (URV) ist der maximale Druck, auf den der Drucksensor kalibriert oder eingestellt ist. Er entspricht dem höchsten Punkt der Ausgabeskala, z. B. dem 20-mA-Punkt in einem 4- bis 20-mA-Ausgangssignal.
Der untere Wert des Messbereichs (LRV) ist der Mindestdruck, auf den der Drucksensor kalibriert oder eingestellt wird. Er entspricht dem niedrigsten Punkt der Ausgangsskala, z. B. dem 4-mA-Punkt in einem Ausgangssignal von 4 bis 20 mA.
Der kalibrierte oder eingestellteMessbereich ist der Betriebsbereich, der gleich dem oberen Wert des Messbereichs (URV) - dem unteren Wert des Messbereichs (URL) ist. Er entspricht dem analogen Ausgangssignal von 4 bis 20 mA.
Die Messdynamik oder die Rangeability (TD) eines Drucksensors wird berechnet, indem der maximale Druck, den das Gerät messen kann (die obere Grenze des URL-Messbereichs), durch den minimalen Messbereich, den es genau messen kann (minimaler Messbereich), dividiert wird.
Mathematisch ausgedrückt :
Messdynamik (TD) = Obergrenze des Messbereichs (URL) / Mindestmessbereich (URV-LRV)
Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein bestimmter Drucksensor eine Obergrenze des Messbereichs von 100 bar und einen Mindestmessbereich von 10 bar hat.
Unter Verwendung der Formel würde die Messdynamik 100 bar/10 bar = 10:1 betragen.
Die Dynamik der Messung, ein wesentlicher Aspekt jedes Druckmessgeräts.Sie beschreibt das Ausmaß der Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten möglichen Messbereich, z. B. bei Geräten mit einem Ausgangssignal von 4 bis 20 mA. Mithilfe der Messdynamik kann ein einstellbarer Bereich innerhalb des Messbereichs definiert werden. Dieses Verhältnis ist grundlegend für die Definition der Funktionsbandbreite von Erfassungsinstrumenten und spielt eine wesentliche Rolle für deren betriebliche Flexibilität und Genauigkeit.
Die Einsetzbarkeit eines bestimmten Drucksensors hängt von mehreren Faktoren ab.
Einer der wichtigsten ist der maximale Druck, den der Sensor tolerieren kann, ohne beschädigt zu werden oder seine Leistung zu beeinträchtigen, sonst als obere Grenze des Messbereichs (URL) bezeichnet. Dies ist die maximale Druckkapazität, bei der das Gerät sicher betrieben werden kann.
Ein weiterer Einflussfaktor ist der Mindestdruck, die untere Grenze des Messbereichs (URL) , der das niedrigste Druckniveau ist, das das Gerät genau messen kann.
Diese beiden Faktoren sind von den Eigenschaften der Sensormesszelle abhängig und können nicht verändert werden.
Der letzte Faktor ist der Messbereich des Drucksensors, der einen großen Einfluss auf die Messreichweite und die Messdynamik hat. Dieser messbare Bereich ist definiert als der Bereich zwischen dem kalibrierten oder eingestellten oberen Wert des Messbereichs (URV) und dem kalibrierten oder eingestellten unteren Wert des Messbereichs.
Das Verständnis von Messbereich und Messdynamik ist in vielen Anwendungen, in denen der Druck überwacht und gesteuert werden muss, unerlässlich. Dies ist besonders wichtig in Systemen zur Regelung von Flüssigkeiten und Gasen, wo die Genauigkeit der Messung und die Aufrechterhaltung des Druckniveaus für den Erfolg entscheidend sind.
Hier finden Sie alles, was Sie über die Rangeability und die Messdynamik eines Drucksensors wissen müssen, einschließlich der Frage, wie diese Attribute die Genauigkeit und Effizienz eines Druckmesssystems beeinflussen.
Die Wahl eines Drucksensors mit der richtigen Messdynamik kann sich erheblich auf die Genauigkeit der Mess werte und damit auf die Gesamtleistung des Systems auswirken. Wenn Ihre Anwendung beispielsweise einen messbaren und steuerbaren Druckbereich zwischen 50 und 100 Einheiten erfordert, wäre ein Sensor mit einer Messdynamik von 5:1 und einem maximalen Nenndruck von 500 Einheiten ungeeignet. Sein minimal messbarer Druck würde 100 Einheiten betragen, was den unteren Teil des erforderlichen Bereichs nicht abdecken würde.
Wenn dieselbe Anwendung jedoch einen Sensor mit einer Messdynamik von 10:1 und einem maximalen Nenndruck von 500 Einheiten verwendet, würde der minimal messbare Druck 50 Einheiten betragen, was den erforderlichen Bereich perfekt abdecken würde. Dies würde zu genaueren Messwerten und einer besseren Prozessregelung führen.
Auch die Messdynamik und die Reichweite spielen bei der Kalibrierung eine wichtige Rolle .
Kalibrierung oder Kalibrierung ist der Prozess, bei dem der Analogausgang eines Drucksensors so eingestellt wird, dass er genau dem gemessenen Druck entspricht. Dazu wird das Gerät mit einem Referenzmessstandard verglichen, indem ein Druck aus bekannten Flüssigkeiten erzeugt wird.
Bei diesem Vorgang werden der obere Wert (maximaler Druck SPAN) und der untere Wert (minimaler Druck ZERO) des Messwertgebers kalibriert, um seine Genauigkeit zu gewährleisten.
Die Messdynamik gibt den Bereich an, in dem der Drucksensor kalibriert oder justiert werden kann. Ein Drucksensor mit einer größeren Messdynamik kann über einen größeren Druckbereich feiner kalibriert werden. Das bedeutet, dass ein Messwertgeber mit einer größeren Messdynamik einen größeren Kalibrier- und Justierbereich bietet, wodurch er in verschiedenen Anwendungen flexibler einsetzbar ist.
Ein wesentliches Merkmal intelligenter Drucksensoren (SMART) ist ihre Bereitschaft, ohne die Notwendigkeit einer Kalibrierung neu eingestellt (re-range) zu werden. Im Gegensatz zu analogen Instrumenten, bei denen eine Skalierung nur durch eine Neukalibrierung möglich ist, kann der Messbereich oder Skalenbereich digitaler Sensoren nach der Herstellung in der Fabrik oder vor Ort nach der Erstinstallation eingestellt werden.
Bei digitalen Instrumenten sind Kalibrierung und Skalierung in der Regel getrennte Einstellungen (d. h. man kann die Skalierung eines intelligenten Druckmessumformers ändern, ohne eine komplette Neukalibrierung durchführen zu müssen).
Wenn sich also die Anforderungen an Ihren Prozess ändern, können Sie den Messbereich und den Nullpunkt des Druckmessumformers an die neuen Anforderungen anpassen, ohne das Messgerät austauschen zu müssen.
Beim Skalieren eines Instruments werden der untere und der obere Wert der Messskala so eingestellt, dass das Instrument mit der gewünschten Empfindlichkeit auf Veränderungen des Druckeingangs reagiert.
Wenn ein Drucksensor beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von 10:1 hat und ursprünglich im Werk für den maximalen Druckbereich von 10 bar (0 bar = 4 mA Ausgang; 10 bar = 20 mA Ausgang) kalibriert wurde, können Sie ihn vor Ort von 0 auf 1 bar (0 bar = 4 mA; 1 bar = 20 mA) nachjustieren, um auch niedrigere Drücke genau zu messen.
Umgekehrt gilt: Wenn ein Sensor eine Messdynamik von 10:1 hat und ursprünglich für den Mindestdruckbereich von 1 bar (0 bar = 4 mA Ausgang; 1 bar = 20 mA Ausgang) kalibriert wurde, können Sie ihn entsprechend den neuen Anforderungen auf bis zu 10 bar (0 bar = 4 mA; 10 bar = 20 mA) nachjustieren.
Diese Möglichkeit der Nachjustierung (re-range) oder Skalierung, die direkt mit der Messdynamik verbunden ist, kann die Lebensdauer und die Anpassungsfähigkeit des Geräts an die Prozessmerkmale erheblich verbessern . Dies macht es zu einem wertvollen Bestandteil eines jeden Drucküberwachungs- oder -steuerungssystems.
Obwohl eine hohe Messdynamik aufgrund ihrer Flexibilität wünschenswert erscheinen mag, ist es wichtig, ihre Grenzen zu beachten.
Eine sehr hohe Messdynamik kann einen großen Betriebsbereich versprechen, aber die Messgenauigkeit kann abnehmen und sich am unteren Ende des Messbereichs verschlechtern.
In diesem Fall kann ein Drucksensor mit einer geringeren Reichweite, der besser an die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst ist, genauere Ergebnisse liefern.
Das Verständnis des Messbereichs und der Messdynamik eines Drucksensors ist entscheidend für die richtige Einstellung, um eine genaue Messung und eine effiziente Regelung Ihrer Prozesse, bei denen Gase oder Flüssigkeiten verwendet werden, zu erreichen. Diese Parameter wirken sich nicht nur auf die Genauigkeit des Geräts aus, sondern auch auf die Sicherheit, Effizienz, Flexibilität und Gesamtleistung Ihres Systems.
Nutzen Sie Ihr Wissen über Messbereich und Messdynamik und setzen Sie es ein, um die Leistung Ihrer Drucksensoren zu optimieren. Denken Sie daran, dass die Auswahl eines Drucksensors mit der richtigen Reichweite und Messdynamik für Ihre spezielle Anwendung ein wesentlicher Schritt zur Erzielung einer präzisen Druckregelung und -messung ist. Sie sind nun in der Lage, eine fundierte Entscheidung zu treffen. Erkunden Sie weiter!
Während eine hohe Messdynamik eine gewisse Flexibilität bei der Druckmessung ermöglicht, kann die Genauigkeit an den sehr niedrigen und sehr hohen Enden des Bereichs abnehmen. Es ist von entscheidender Bedeutung, einen Sensor auszuwählen, dessen Messdynamik den spezifischen Druckanforderungen Ihres Systems entspricht. Wenden Sie sich an einen Hersteller von Drucksensoren wie Fuji Electric, um den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Sensor zu finden.
Ja, viele Druckmessumformer bieten eine Re-Skalierungsmöglichkeit, sodass Sie ihren kalibrierten Messbereich nach der Erstkonfiguration anpassen können. Der Umfang der Anpassung hängt jedoch von der Messdynamik des Geräts ab.
Nein, die Messdynamik variiert von einem Drucksensor zum anderen. Dies ist ein wichtiger Parameter, den Sie bei der Auswahl eines Messumformers für Ihre spezifische Anwendung berücksichtigen sollten. Die FCX-Drucksensoren von Fuji Electric bieten eine Messdynamik von bis zu 100:1, was sie besonders flexibel einsetzbar macht.
Obwohl die Messdynamik ein wichtiger Parameter ist, variiert ihre Bedeutung je nach Anwendung. In Systemen, in denen die Druckniveaus erheblich schwanken oder in denen kleine Schwankungen große Auswirkungen auf die Leistung haben können, ist eine hohe Messdynamik in der Regel von Vorteil. In Systemen, in denen die Druckniveaus stabil sind, kann eine geringere Messdynamik ausreichen.
Ein Transmitter mit hoher Rangeability kann einen größeren Druckbereich bewältigen, was die Notwendigkeit mehrerer Transmitter verringern kann. Die Entscheidung hängt jedoch von mehreren Faktoren ab, darunter die spezifischen Druckanforderungen des Systems und die erforderliche Genauigkeit bei verschiedenen Druckniveaus.
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