Unsere Experten bieten Ihnen eine Einführung in den Ursprung der Druckmessung, die Funktionsweise und das Prinzip eines Drucktransmitters und stellen Ihnen die verschiedenen Arten von industriellen Drucksensoren vor.
- Ursprung und Maßeinheit des Drucks
- Was ist ein Drucksensor?
- Was ist das Prinzip eines Drucksensors?
- Wie funktioniert ein Drucktransmitter?
- Woraus besteht ein Drucksensor?
- Wie lautet das Ausgangssignal eines Drucksensors?
- Wie wählt man einen industriellen Drucksensor aus?
- Welche Arten von Drucktransmittern gibt es?
- Wie kalibriert man einen Drucksensor?
- Wie installiert man eine Druckmessung für die Industrie?
- Wie testet man einen Drucksensor?
- Wie richte ich einen Drucktransmitter ein?
- Welche Anwendungen gibt es für Drucksensoren?
Ursprung und Einheit der Druckmessung
Die Maßeinheit Pascal hat ihren Ursprung bei dem renommierten französischen Philosophen, Physiker und Mathematiker Blaise Pascal.
Pascal wurde in Clermont-Ferrand geboren, wo sich der Sitz der Produktionsstätte von Fuji Electric France SAS, einem französischen Hersteller von industriellen Drucksensoren, befindet. Er führte ein entscheidendes 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. Der italienische Wissenschaftler Evangelista Torricelli warjedoch der Pionier beim Nachweis des Drucks, der durch das Gewicht des Luftvolumens auf die Erde ausgeübt wird, und entwarf daher das erste Barometer auf Quecksilberbasis.
Die Kenntnis der Druckeinheiten und ihrer Umrechnung ist wichtig für die richtige Wahl der Skalen bei Ihren Industriemessungen.
Der Druck p wird in Krafteinheiten F pro Flächeneinheit A ausgedrückt: p = F / A
Pascal (Pa): Dies ist die Basiseinheit des Internationalen Systems (SI) für Druck. Ein Pascal entspricht 1 Newton pro Quadratmeter (1 Pa = 1 N/m²).
Bar: Dies ist eine Druckeinheit, die häufig in industriellen Anwendungen verwendet wird. Ein Bar entspricht einem Druck von 100.000 Pa.
Die Standardatmosphäre (atm): Sie wird verwendet, um den barometrischen oder atmosphärischen Druck auszudrücken. Eine Atmosphäre entspricht einem Druck von 101 325 Pa.
Was ist ein Drucksensor?
Drucksensoren werden auch als Drucktransmitter, Drucksonden, Druckmessgeräte oder Druckwandler bezeichnet. Es gibt keinen nennenswerten Unterschied 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, wie der Name schon sagt, ein Gerät zur Druckmessung, dessen Prinzip darin besteht, die Kraft, die durch den Druck einer Flüssigkeit auf eine bestimmte Oberfläche (Verformung) ausgeübt wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Die Industrie verwendet einen Drucktransmitter, um :
- Druck messen
- Messen eines Durchflusses
- Einen Pegel durch hydrostatischen Druck messen
- Messen einer Dichte.
Was ist das Prinzip eines Drucksensors?
Der Druck des gemessenen Mediums wird über eine Verbindung und dann über eine mechanische Schnittstelle - Messmembran aus Edelstahl oder einem anderen edlen Material - auf ein internes Messbauteil ausgeübt. Das elektronische Messelement wandelt den Druck in ein unbearbeitetes Signal um.
Wie funktioniert ein Drucktransmitter?
Es gibt verschiedene Technologien, Methoden, Techniken und Messprinzipien :
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 Siliziumbauteil (Wheatstone-Brücke). Dieses Bauteil ist ein variabler elektrischer Widerstand, der die Verformung in einen ohmschen Wert umwandelt.- Der kapazitive Drucksensor misst die Kraft, die auf eine Metallmembran aus rostfreiem Stahl oder Keramik ausgeübt wird.
Der ausgeübte Druck verformt den Metallfilm, der die Druckänderung über ein dazwischenliegendes inkompressibles Fluid (Öl oder Wasser) weiterleitet. Dieses verformt ein kapazitives Siliziumelement. Dieses Bauteil ist ein variabler Kondensator, der die Verformung in einen kapazitiven Wert umwandelt.
- Der Frequenz-Resonanz-Transmitter
- Der Dehnungsmessstreifen- oder Spannungsmessstreifen-Sensor.
Das Signal des Messelements wird dann gefiltert, verstärkt, temperaturkompensiert und anschließend in ein analoges Signal formatiert. Das analoge Ausgangssignal wird über einen elektrischen Anschluss übertragen.
- Das Manometer
Manometer mit U-Rohr zeigen den örtlichen Druckmesswert an.
Woraus besteht ein Drucksensor?
Die Konstruktion eines Drucktransmitters besteht aus einer mechanischen Verbindung, einer Metall- oder Keramikmembran, einem kapazitiven oder piezoresistiven Sensorelement, einem in Druckmesszellen integrierten Füllöl, einem elektronischen Modul zur Signalaufbereitung und -verstärkung und einem elektrischen Anschluss.
Dieses Gerät ist in einem Kunststoff- oder Metallgehäuse verpackt (Aluminiumgehäuse, Edelstahlgehäuse oder Edelstahlgehäuse).
Eine digitale Anzeige kann als Option hinzugefügt werden.
Wie lautet das Ausgangssignal eines industriellen Drucksensors?
Das Signal einer Drucksonde kann analog oder digital sein. Das analoge Signal ist üblicherweise vom Typ 4-20mA Strom, 0-10V Spannung oder 1-5V Spannung. Das Ausgangssignal wird an das Steuergerät gesendet, um auf den Herstellungsprozess einzuwirken.
Das 4-20-mA-Signal wird aufgrund mehrerer Vorteile, die es bietet, häufig von diesen Geräten verwendet.
Zunächst einmal ist er resistent gegen Signalverlust durch die Übertragungsleitung, was eine genaue Messung gewährleistet. Außerdem lässt sich damit die Entfernung zwischen dem Sensor und dem betreffenden System erweitern. Da kein Strom fließt, können außerdem Leitungsfehler erkannt werden, was die Fehlersuche erleichtert. Das 4-20-mA-Signal ist auch weniger anfällig für elektromagnetische Störungen, was seine Zuverlässigkeit gewährleistet. Schließlich kann es in einer Schleife verwendet werden, um mehrere Geräte wie die Anzeige, den Regler und den Schreiber zu versorgen.
Ein digitales Signal kann mit verschiedenen Kommunikationsprotokollen zur Verfügung stehen - HART - Feldbus - Profibus - Modbus. Diese Protokolle übertragen den Messwert und ermöglichen auch die Konfiguration von Druckmessgeräten. Man spricht von einem intelligenten elektronischen Transmitter oder SMART.
Die Instrumente können über digitale Anzeigen zur Druckmessung verfügen.
Wie wählt man einen industriellen Drucksensor aus?
Der Industriedrucktransmitter muss entsprechend dem zu messenden Medium, dem Druckbereich und den Betriebsbedingungen der Anwendung und des Prozesses ausgewählt werden.
Um den Druck zu messen, müssen Sie die Fragen zur Auswahl des geeigneten Drucksensors recherchieren und bestimmen :
- Die zu messende Flüssigkeit wie z. B.: Luft, Gas, Wasserstoff(z. B. Dampf, Wasser oder eine andere Flüssigkeit) und ihre Eigenschaften (Dichte, Viskosität, Korrosivität, ...)
- Die Betriebsbedingungen des Prozesses: der zu messende Druck, der statische Druck, die Prozesstemperatur, das Korrosionsrisiko
- Die Art der Messung: Druckmessung, Durchflussmessung mittels Druckorgan und Delta-p-Differenzdruck, Füllstandsmessung mittels hydrostatischem Druck, Dichtemessung
- Die Art des zu messenden Drucks :
- Relativer Druck
- Atmosphärischer Druck
- Absoluter Druck
- Druckdifferenz
- Barometrischer Druck
- Die Druckbereich oder Messbereich
- Dynamik oder Rangeability
- Die Genauigkeit der Druckmessung
- Die Antwortzeit
- Die mechanische Schnittstelle oder Prozessanschluss: Schraubanschluss, Flanschanschluss
- Das analoge und/oder digitale Ausgangssignal mit oder ohne Kabel
- Die klimatische Umgebung und die damit verbundenen Einschränkungen :
- Das industrielle Umfeld, die damit verbundenen Einschränkungen, die geltenden Vorschriften :
Welche Arten von Drucktransmittern gibt es?
Relativdrucksensoren ermöglichen die Messung des relativen Drucks des Prozesses im Verhältnis zum atmosphärischen Druck. Der atmosphärische Druck wird mithilfe eines Referenzhohlraums im Inneren des Senders gemessen. Dieser Druck nimmt mit zunehmender Höhe ab.
Differenzdrucksensoren verwenden 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 (LD oder LP) und einem Druck auf der Hochdruckseite (HD). Diese Differenzdruckmessgeräte werden zur Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten in Rohrleitungen und zur Überwachung von Filterverschmutzungen verwendet.
Absolutdrucksensoren vergleichen den relativen Druck mit dem absoluten Vakuum. Der absolute Druck ist immer positiv.
Dieses Gerät hat den Vorteil, dass es dank einer Vakuumreferenzkammer nicht von Schwankungen des Luftdrucks betroffen ist und somit eine höhere Genauigkeit erzielt.
Man kann den absoluten Druck ausgehend vom relativen Druck ausdrücken, indem man 1,013 bar addiert, d. h. absoluter p. (bar abs.) = relativer p. (bar) + 1,013.
Ein Membrandrucktransmitter trennt das gemessene Prozessfluid von der Druckmesszelle. Die Membran und die Kontaktteile 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 Drucksensors mit Membrandruckmittler beruht auf dem Prinzip von Blaise Pascal.
Membran-Drucksensoren werden aus verschiedenen Materialien hergestellt, z. B. Edelstahl, Titan, Inconel, Hastelloy, Monel, Tantal und Nickel. Welche Materialien verwendet werden, hängt von der Art der Anwendung und der Temperatur ab, für die der Industriedrucksensor ausgelegt ist.
Drucksensoren mit Druckmittlern werden verwendet, um den Druck von Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen zu messen.
- Die Multivariablen Drucktransmitter
Multivariable Drucksensoren kombinieren in einem Sensor eine Differenzdruckmessung, eine Absolutdruckmessung und eine Temperaturmessung.
Sie werden unter anderem zur Messung von Massendurchfluss eingesetzt.
Hydrostatische Füllstandssensoren sind Messvorrichtungen, mit denen 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.
Die tauchfähigen Drucksonden
Diese hydrostatischen Drucksonden können in eine Flüssigkeit eingetaucht werden und ermöglichen es, den Füllstand eines Tanks oder Behälters zu messen. Sie sind in der Regel mit einer Membran aus rostfreiem Stahl versehen.
Wie kalibriert man einen Drucksensor?
Industrielle Drucktransmitter müssen regelmäßig kalibriert werden, um während ihres gesamten Lebenszyklus eine genaue Messtechnik zu gewährleisten und Vermeidung von Faktoren, die die Genauigkeit 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 Ausgangssignal überprüft und dann eine Kompensation vorgenommen. Der Sensor kann mithilfe einer externen Einstellschraube, einer lokalen Digitalanzeige, einer Programmierschnittstelle oder einer Programmiersoftware kalibriert werden.
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 eine regelmäßige Kalibrierung können Sie die Genauigkeit der Druckmessung sicherstellen, um gleichbleibende Ergebnisse zu gewährleisten.
Wie installiert man eine Druckmessung?
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 getroffen werden.
Das Signal dieses Geräts kann an ein Anzeigesystem angeschlossen werden (industrielle DigitalanzeigeDie Daten werden an eine Steuerung (Automatisierungssystem zur Druckmessung), einen Schreiber oder eine Überwachung angeschlossen, um ein Steuergerät zu steuern und den Druck in einem Prozess zu regulieren.
Wenn Sie Hilfe benötigen, sollten Sie eine professionelle Firma mit der Installation und Inbetriebnahme Ihres Messgeräts beauftragen.
Wie testet man einen Drucksensor?
Ein Drucksensor kann getestet werden, indem ein definierter bekannter Druck auf die mechanische Schnittstelle der Drucksonde ausgeübt wird und das gemessene Signal des Analogausgangs oder der auf der Anzeige angezeigte Wert überprüft wird.
Wenn Ihr Instrument defekt ist, können Sie die Reparatur Ihres Instru ments bei einem Fachmann oder einem der Hersteller von Industriesensoren in Auftrag geben.
Wie richte ich einen Drucktransmitter ein?
Die Konfiguration von intelligenten digitalen Geräten mit HART-Protokoll kann durchgeführt werden:
Welche Anwendungen gibt es für Drucksensoren?
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.
Drucktransmitter werden in vielen Anwendungen der Industriezweige eingesetzt.
Dieses Gerät kann Drücke von bis zu mehreren tausend Millibar erfassen. Daher ist es in einem breiten Spektrum von Branchen von entscheidender Bedeutung. Luftdruck, Wasserdruck, Dampfdruck und Gasdruck können damit gemessen werden.
Zu den Anwendungen gehören beispielsweise die Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten in einer Leitung, des Gasdurchflusses oder des Dampfdurchflusses mittels Differenzdruck und Depressororgan, die Überwachung von Filtern, die Messung des Füllstands mit einem bündigen Membransensor eines Fluids in einem Tank, die Messung der Dichte eines Fluids oder die Messung des relativen Drucks.
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.
Wie wählt man das richtige Druckmessgerät aus?
Um das Funktionieren und die erwarteten Ergebnisse Ihrer Prozesse zu gewährleisten und Fehler bei der Druckmessung vermeidenDie Experten von Fuji Electric, französischer Hersteller von industriellen DrucksensorenSie werden von unseren Experten beraten und erhalten eine Druckmessung, die auf Ihre anspruchsvollste Anwendung zugeschnitten ist.
Druck messen kann man nicht improvisieren!
Bei der Druckmessung müssen Fachleute aus dem Bereich der Messgeräte eingesetzt werden.
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.
ref: FKC
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