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Drucksensoren sind in verschiedenen industriellen und technologischen Anwendungen unverzichtbar.
Vom Ursprung und derMaßeinheit des Drucks bis hin zu den Vor- und Nachteilen der verschiedenen Sensortypen erfahren Sie, was ein Drucksensor ist, nach welchem Prinzip er funktioniert und wie ein Drucksensor arbeitet.
Wir werden auch die Zusammensetzung eines Drucksensors, die Arten von Ausgangssignalen und die wichtigsten Kriterien für die Auswahl eines industriellen Drucksensors erläutern. Wir erkunden die verschiedenen Kategorien von Drucksensoren -Differenzdrucksensor, Absolutdrucksensor und Relativdrucksensor - und zeigen Ihnen, wie Sie sie effektiv kalibrieren, installieren und testen können.
Schließlich werden wir uns mit der Konfiguration des Druckmessumformers und den praktischen Anwendungen dieses wichtigen Feldinstruments befassen und diese Vor- und Nachteile abwägen.
Die Maßeinheit Pascal hat ihren Ursprung bei dem renommierten französischen Philosophen, Physiker und Mathematiker Blaise Pascal.
Pascal wurde in Clermont-Ferrand geboren, wo die Produktionsstätte von Fuji Electric France SAS, einem französischen Hersteller von industriellen Drucksensoren, ihren Sitz hat. Er führte ein grundlegendes Experiment durch, als er ein Barometer auf den Gipfel des Puy de Dôme trug, um zu beweisen, dass derLuftdruck mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel abnimmt.
Allerdings war der italienische Wissenschaftler Evangelista Torricelli war der Pionier beim Nachweis des Drucks, der durch das Gewicht des Luftvolumens auf die Erde ausgeübt wird, und entwarf das erste Barometer auf Quecksilberbasis.
Die pression p wird in Einheiten der Kraft F pro Flächeneinheit A ausgedrückt: p = F / A
Druckeinheiten und ihre Umrechnung kennen ist wichtig, um die richtige Wahl der Leitern in Ihrem industrieller Drucksensor.
Die Drucksensor wird auch als Drucktransmitter, Drucksonde, Druckmesser oder Druckwandler. Es gibt keine nennenswerten Unterschiede zwischen diesen verschiedenen Bezeichnungen. Man unterscheidet jedoch analoge Drucksensoren und Transmitter für intelligente Prozesse.
Wenn man sich auf die Definition eines Drucksensors bezieht, ist er ein Gerät zur Druckerfassung, dessen Prinzip darin besteht, die Kraft, die durch den Druck einer Flüssigkeit auf eine bestimmte Oberfläche (Verformung) ausgeübt wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Industrieunternehmen verwenden einen Drucktransmitter, um :
Die Druck der Flüssigkeit wird über eine Verbindung und dann eine mechanische Schnittstelle auf eine interne Messkomponente ausgeübt - Messmembran aus Edelstahl, Keramik oder einem anderen edlen Material.
Das elektronische Messelement wandelt den Druck in ein Roh-Ausgangssignal um.
Es gibt verschiedene Technologien, Methoden, Techniken und Messprinzipien für Drucksensormodelle, die jeweils für bestimmte Anwendungen in der Prozessautomatisierung und in Industrieanlagen geeignet sind.
Die piezoresistiver Drucksensor misst die Kraft, die auf eine Metallmembrane ausgeübt wird. Die Belastung eines dünnen Films führt zu seiner Verformung und überträgt die Druckänderung über eine inkompressible Flüssigkeit (Öl oder Wasser). Dieses verformt ein piezoresistives Siliziumelement (Wheatstone-Brückenschaltung). Dieses Bauteil, das Halbleiter verwendet, ist ein variabler elektrischer Widerstand, der die Verformung in einen ohmschen Wert umwandelt. Die MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) werden auch in einigen dieser Sensoren verwendet und bieten eine Miniaturisierung und eine höhere Empfindlichkeit.Die Konstruktion eines Drucktransmitters umfasst mehrere wesentliche Elemente:
Wie lautet das Ausgangssignal eines industriellen Drucksensors?Das Signal eines Drucksensors kann analoger oder digitaler Art sein. Das analoge Signal des Drucksensors ist üblicherweise vom Typ 4-20mA Stromausgang, 0-10V Spannungsausgang oder 1-5V Spannungsausgang. Das Ausgangssignal wird an das Steuergerät gesendet, um auf das Steuergerät einzuwirken.
Das analoge Ausgangssignal 4-20mA wird aufgrund mehrerer Vorteile, die es bietet, häufig von diesen Geräten verwendet.
Zunächst einmal ist der Drucksensor 4-20 mA ist resistent gegen Signalverlust durch die Übertragungsleitung und gewährleistet so eine genaue Messung.
Außerdem kann dadurch der Abstand zwischen dem Drucksensor und dem betreffenden System vergrößert werden. Da kein Strom fließt, können außerdem Leitungsfehler erkannt werden, was die Fehlersuche erleichtert. Der 2-Leiter- oder 4-Leiter-4-20mA-Drucktransmitter ist außerdem weniger anfällig für elektromagnetische Störungen, was seine Zuverlässigkeit gewährleistet.
Schließlich kann es in einer 4-20-mA-Schleife verwendet werden, um mehrere Geräte wie Anzeige, Regler und Schreiber zu versorgen.
Eine digitale Kommunikation kann mit verschiedenen Kommunikationsprotokollen verfügbar sein - HART - Feldbus - Profibus - Modbus. Diese Kommunikationsprotokolle übertragen den Messwert und ermöglichen auch die Konfiguration der Druckmessgeräte. Man spricht von einem intelligenten elektronischen Druckmessumformer oder SMART. Einige elektronische Druckmessumformer bieten auch IO Link-Schnittstellen, eine Reihe von spezifischen Genauigkeiten und Messbereichen sowie internationale Zulassungen.
Der Industriedrucktransmitter muss entsprechend dem zu messenden Medium, dem Druckbereich und den Betriebsbedingungen der Anwendung und des Prozesses ausgewählt werden.
Die Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit so dass : Luftdrucksensor, Gasdrucksensor, Wasserstoffdrucksensor, Dampfdrucksensor, Wasserdrucksensor oder eine andere Flüssigkeit sowie deren Eigenschaften (Dichte, Viskosität, Korrosivität ...)
Funktionale Sicherheit und Sicherheitsintegritätslevel (SIL) ; IEC 61508-Standard und IEC 61511 Standard die erfordern Drucktransmitter mit erweiterten Sicherheitsfunktionen SIL2/SIL3.Der Relativdruck-Transmitter ermöglicht die Messung des relativen Drucks des Prozesses im Vergleich zum atmosphärischen Druck. Der atmosphärische Druck wird mithilfe eines Referenzhohlraums im Inneren des Transmitters gemessen. Dieser Druck nimmt mit zunehmender Höhe ab.
Der Differenzdrucksensor verwendet zwei getrennte Kammern, die durch eine flexible Membran verbunden sind. Der Druck wird auf beiden Seiten der Membran gemessen. Der Differenzdruck (dp) ist die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Drücken: einem Referenzdruck auf der Niederdruckseite (BP oder LP) und einem Druck auf der Hochdruckseite (HP). Dieses Differenzdruckmessgerät wird zur Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten in Rohrleitungen, zur Überwachung von Filterverschmutzungen oder zur Berechnung von Druckverlusten verwendet.
Der Absolutdrucksensor vergleicht den relativen Druck mit dem absoluten Vakuum. Der absolute Druck ist immer positiv. Die Funktionsweise dieses Geräts hat den Vorteil, dass es dank einer Vakuumreferenzkammer nicht von Schwankungen des Luftdrucks betroffen ist und somit eine höhere Genauigkeit erreicht wird.
Man drückt den absoluten Druck ausgehend vom relativen Druck aus, indem man 1,013 bar addiert, d. h. absoluter p. (bar abs.) = relativer p. (bar) + 1,013.
Ein Druckmessumformer mit Membrantrenner trennt das gemessene Prozessfluid von der Druckmesszelle. Die Membran und die Kontaktstücke bestehen aus einem Material, das gegen das gemessene Fluid beständig ist, und sind mit der Basis der Druckmesszelle verschweißt.
Ein Kapillarrohr oder eine Verbindungsmuffe stellt die Verbindung zwischen der Trennmembran und der Druckzelle her. Dieser Zwischenraum muss unter Vakuum entgast werden, dann mit einem Füllöl gefüllt und versiegelt werden. Der gemessene Druck übt eine Kraft auf die Außenfläche der Membran aus. Wenn sich die Membran nach innen biegt, versucht sie, die Füllflüssigkeit im Inneren des Instruments zu komprimieren.
Diese Füllflüssigkeit ist so konstruiert, dass sie der Kompression standhält, sodass die Kraft direkt in die Druckmesszelle geleitet wird. Die gesamte Funktionsweise eines Membrandrucksensors beruht auf dem Prinzip von Blaise Pascal.
Der Diaphragma-Drucksensor wird aus verschiedenen Materialien wie Edelstahl, Titan, Inconel, Hastelloy, Monel, Tantal, Keramik und Nickel hergestellt. Die verwendeten Materialien hängen von der Art der Anwendung und der Temperatur ab, für die der Industriedrucksensor ausgelegt ist.
Der Drucksensor mit Druckmittlern wird verwendet, um den Druck von Flüssigkeiten in einem hohen Temperaturbereich zu messen.
Der multivariable Drucktransmitter vereint in einem Sensor eine Differenzdruckmessung, eine Absolutdruckmessung und eine Temperaturmessung. Diese Produkte werden unter anderem zur Messung des Massendurchflusses eingesetzt.
Der hydrostatische Füllstandssensor ist ein Messgerät, mit dem der Füllstand einer Flüssigkeit in Tanks oder Behältern ermittelt werden kann. Das Messprinzip beruht auf dem hydrostatischen Druck, der das von einer Flüssigkeit ausgeübte Gewicht in Abhängigkeit von der Höhe der Füllsäule darstellt.
Dieser tauchfähige oder hydrostatische Drucksensor kann in eine Flüssigkeit eingetaucht werden und ermöglicht es, den Füllstand eines Tanks oder Behälters zu messen. Der Tauchdrucksensor ist in der Regel mit einer Edelstahlmembran versehen.
Die industrielle Drucktransmitter erfordern einen regelmäßige Kalibrierung um eine industrielle Metrologie während ihres gesamten Lebenszyklus und Faktoren vermeiden, die die Genauigkeit Ihrer Sensoren beeinflussen.
Die Kalibrierungsperiode wird von den Herstellern der Drucksensoren festgelegt. Es sollten sowohl der Nullpunkt (Zero) als auch der volle Skalenbereich (Span) kalibriert werden.
Um die Linearität des Ausgangssignals zu überprüfen, wird in der Fabrik die Genauigkeit an mehreren Punkten des Druckbereichs überprüft.
Bei der Kalibrierung wird ein definierter Referenzdruck auf die mechanische Schnittstelle des Sensors aufgebracht, das 4-20-mA-Ausgangssignal überprüft und dann eine Kompensation angewendet. Der Sensor kann mithilfe einer externen Einstellschraube oder einer Programmierschnittstelle oder Programmiersoftware kalibriert werden. Bei Drucksensormodellen mit Display und Drucktasten ist eine lokale Kalibrierung möglich.
Um die verschiedenen Manipulationen durchführen zu können, kann es notwendig sein, dass ein Absperrventil oder ein Manifold auf dem Druckmessumformer montiert ist, um ihn vom Prozess zu isolieren.
Für Ihre jährlichen Kalibrierungen können Sie eine Firma beauftragen, die sich auf die Kalibrierung von Drucksensoren spezialisiert hat.
Durch die regelmäßigeKalibrierung des Drucksensors können Sie die Genauigkeit der Druckmessung sicherstellen, um gleichbleibende Ergebnisse zu gewährleisten.
Drucksensoren können mithilfe eines mechanischen Anschlusses am Messorgan oder an der Rohrleitung, in der der Druck gemessen werden soll, befestigt werden.
Je nach den Druck- und Temperaturbedingungen des Prozesses müssen besondere Vorsichtsmaßnahmen für die Montage getroffen werden.
Das 4-20-mA-Ausgangssignal dieses Geräts kann an ein Anzeigesystem (eine industrielle Digitalanzeige, einen Schreiber, einen Regler oder eine Überwachung) oder an eine SPS (Automatisierungssystem für Druckmessung) angeschlossen werden, um ein Kontrollorgan zu steuern und den Druck in einem Prozess zu regeln.
Überprüfen Sie zu Ihrer eigenen Sicherheit den Schaltplan des Drucksensors, bevor Sie das Feldinstrument verdrahten.
Wenn Sie Hilfe benötigen, sollten Sie eine professionelle Firma mit der Installation und Inbetriebnahme Ihres Messgeräts beauftragen.
Eine Drucksensor 4-20 mA kann getestet werden, indem ein definierter bekannter Druck auf die mechanische Schnittstelle der Drucksonde ausgeübt und das gemessene Signal des Analogausgangs überprüft wird. Wenn Sie über einen Drucksensor mit AnzeigeÜberprüfen Sie den Wert, der auf dem Indikator angezeigt wird.
Wenn Ihr Instrument defekt ist, können Sie die Reparatur Ihres Instruments bei einem Fachmann oder einem der Hersteller von Industriesensoren in Auftrag geben.
Wenn eine Reparatur nicht möglich ist, können Sie Ihre alte Drucksensor-Referenz durch ein neues, moderneres Modell ersetzen.
Die Konfiguration von intelligenten digitalen Transmittern mit HART-Protokoll kann folgendermaßen vorgenommen werden:
Verstehen warum man den Druck in der Prozessindustrie messen sollte ist wichtig, um die Sicherheit zu gewährleisten, die Prozesssteuerung zu optimieren, die Energieeffizienz zu verbessern und die Qualität der Endprodukte aufrechtzuerhalten.
Der Drucktransmitter wird in vielen Anwendungen im industriellen Sektor eingesetzt.
Dieser digitale Drucksensor kann Drücke von einigen Millibar bis zu mehreren hundert Bar erfassen. Daher ist er in einem breiten Spektrum von Branchen für die Automatisierung von Produktionslinien und Maschinen von entscheidender Bedeutung.
So können relative oder absolute Druckluft drücke, Wasserdrücke, Dampfdrücke und Gasdrücke gemessen werden.
Zu den Anwendungen gehören beispielsweise die Differenzdruckmessung von Flüssigkeitsdurchfluss, Gasdurchfluss oder Dampfdurchfluss in einer Leitung, die Überwachung von Filtern, die Messung des Füllstands einer Flüssigkeit in einem Tank mit einem Drucksensor mit bündiger Membran, die Messung der Dichte eines Fluids.
Je nachdem, in welcher Branche Sie tätig sind, sollten Sie ein Messgerät auswählen, das für die jeweilige Anwendung und die Einschränkungen der industriellen Umgebung geeignet ist.
Das Druckmessung erfordert professionelle Hilfe in Anspruch nehmen des Bereichs der Instrumentenbranche.
Um den Betrieb und die erwarteten Ergebnisse zu gewährleisten und Fehler bei der Druckmessung in Ihren Prozessen zu vermeiden, leiten Sie die Experten von Fuji Electric, dem französischen Hersteller von industriellen Drucksensoren, an und bieten Ihnen Drucksensoren, die für Ihre anspruchsvollste Anwendung entwickelt wurden. So profitieren Sie von den Vorteilen eines Drucksensors, ohne dessen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Die Drucksensoren von Fuji Electric sind bekannt für ihre hohe Technologie, die Genauigkeit der Druckmessung, den großen Messbereich, die Langzeitstabilität, die Fertigungsqualität, die Zuverlässigkeit, die Widerstandsfähigkeit, den technischen Support, die einfache Rückgabepolitik und den schnellen Lieferservice für die Kunden.
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