Grundsätze der Drucksensorauswahl und Leitfaden für industrielle Anwendungen

METRAVON Pressure Sensor Selection Principles und Industrial Application Guide

Drucksensoren wandeln den Druck von Flüssigkeiten, Gasen oder Dampf in ein elektrisches Signal um. Sie werden häufig in der Wasseraufbereitung, petrochemischen Anlagen, hydraulischen Systemen, pneumatischen Systemen, Pumpstationen, Druckluftsystemen, Prozesssteuerung und hydrostatischer Füllstandsmessung eingesetzt.

In der industriellen Terminologie ist einDrucksensorbezieht sich oft auf das Sensorelement oder die Sensoranordnung, während einDruckgebernormalerweise Signalkonditionierung, Temperaturkompensation und einen standardisierten Ausgang wie 4-20 mA, 0-10 V oder eine digitale Kommunikationsschnittstelle.

Die richtige Auswahl erfordert mehr als Reichweite und Genauigkeit. Ingenieure sollten auch berücksichtigenDruckreferenz, Spitzendruck, Temperatur, Materialverträglichkeit, Überlastfähigkeit, Ausgabe, Prozessanschluss, Umgebung und das empfangende Kontrollsystem.

1. Was sind die wichtigsten Drucksensortechnologien?

Piezoresistiv

Verwendet die Änderung des elektrischen Widerstands von Silizium unter mechanischer Belastung. Es bietet eine hohe Empfindlichkeit und wird häufig in der industriellen Druckmessung eingesetzt.

Dehnungsspur

Verwendet die Widerstandsänderung von metallischen oder Halbleiter-Dehnungselementen, die üblicherweise mit einer Wheatstone-Brücke gemessen wird.

kapazitiv

Druck lenkt eine Membran aus und verändert die Kapazität zwischen der Membran und einer festen Elektrode.

Piezoelektrisch

Verwendet Ladung, die durch Quarz oder piezoelektrische Keramik unter Kraft erzeugt wird und eignet sich besonders für die dynamische Druck- und Schockmessung.

Resonanz

Messt den Druck durch Änderungen der Eigenfrequenz eines vibrierenden mechanischen Sensorelements.

2. Warum wird die piezoelektrische Druckmessung normalerweise nicht für den langfristigen statischen Druck verwendet?

Piezoelektrische Materialien erzeugen bei mechanischer Belastung elektrische Ladung. Sie reagieren sehr gut auf schnelle Druckänderungen, aber Ladungsleckagen und die Eigenschaften des Messverstärkers machen sie weniger geeignet für die statische Langzeitdruckmessung.

Typische Anwendungen sind:

• Verbrennungsdruck des Motors;

• Explosions- und Aufpralldruck;

• Hydraulische Pulsation;

• Hochgeschwindigkeits-Drucktransienten;

• dynamische Kraft- und Vibrationsmessung.

Für Rohrleitungsdruck, Wasserdruck, Tank hydrostatischen Druck und andere langfristige statische Messungen, piezoresistive, kapazitive oder Dehnungsmessstreifen Sender sind häufiger.

3. Messwert, Absolut-, Differenz- und Dichtraumdruck

‚Vakuumdruck‘ wird normalerweise entweder als absoluter Druck oder als negativer Manometerdruck ausgedrückt und nicht als völlig unabhängige Bezugskategorie behandelt.

4. Welche Druckreferenz sollte gewählt werden?

Allgemeiner Rohrleitungsdruck

Manometerdruck wird häufig verwendet.

Vakuum/Atmosphärische Messung

Absoluter Druck ist oft angemessener.

Filterdifferenzdruck

Ein Differenzdruckgeber kann eine Filterbeladung oder -blockierung anzeigen.

Geschlossener Tankstand

Differenzdruck kann den Gasraumdruck über der Flüssigkeit kompensieren.

5. Wie sollte der Druckbereich ausgewählt werden?

Eine feste Regel wie der Betrieb bei 60-80% des vollen Maßstabs sollte nicht universell angewendet werden. Es kann manchmal als grobe Referenz dienen, aber die richtige Größe sollte berücksichtigen:

• Mindestnormaldruck;

• Normaler Betriebsdruck;

• maximaler Dauerdruck;

• Anfahr-, Abfahr- oder Ventilspitzen;

• Wasserhammer oder hydraulischer Schlag;

• zulässiger Überlastdruck;

• Berstdruck.

Eine zu kleine Reichweite kann zu Überlastung oder Beschädigung führen. Eine unnötig große Reichweite reduziert den Anteil der tatsächlich genutzten Sensorreichweite und kann eine effektive Systemauflösung reduzieren.

Auswahlhinweis:Pumpenauslässe, Hydrauliksysteme und Schnellschlussventile sollten auf dynamische Druckspitzen hin bewertet werden, anstatt sie allein mit dem normalen Betriebsdruck zu bemessen.

6. Ist höhere Genauigkeit immer besser?

Nein.

Ein Drucktransmitter ' "Genauigkeit" kann verschiedene Komponenten wie Linearität, Hysterese, Wiederholbarkeit, Nullfehler und Temperatureffekte enthalten oder ausschließen. Verschiedene Hersteller können die Genauigkeit auch unterschiedlich angeben.

Siehe:

• Grundgenauigkeit;

• Wiederholbarkeit;

• Hysterese;

• Nulltemperaturwirkung;

• Spantemperatureffekt;

• langfristige Stabilität;

• Kalibrierintervall.

Für die gewöhnliche Prozesskontrolle ist eine Genauigkeit im Labor oft unnötig. Feldtemperatur, Installation und Druckpulsation können mehr Fehler als die nominale Sensorgenauigkeit beitragen.

7. Warum ist die Temperatur wichtig?

Die Auswahl des Drucksensors sollte unterscheiden:

• Prozessmediumtemperatur;

• Umgebungstemperatur;

• Temperaturgrenze des Sensors;

• Grenzwert für die Dichtstofftemperatur;

• Elektronische Temperaturgrenze.

Für Dampf, Thermalöl oder andere heiße Medien kann die Lösung Folgendes erfordern:

• Siphonen oder Kondensatschleifen;

• Kühlstrecken;

• ferngesteuerte Kapillarsysteme;

• Membrandichtungen;

• Hochtemperaturdichtungsmaterialien.

8. Wie beeinflussen mittlere Eigenschaften die Drucksensorauswahl?

9. Warum werden Flush-Meldungen für viskose oder kristallisierende Medien verwendet?

Herkömmliche Druckanschlüsse können kleine Druckanschlüsse enthalten. Diese können durch Sirup, Schlamm, Gel, Fett, Aufschlämmung oder Kristallisationsprodukte blockiert werden.

Eine bündige oder bündig montierte Membran platziert die Sensoroberfläche direkt an der Prozessschnittstelle und reduziert enge Durchgänge und Totvolumen.

Typische Anwendungen sind:

• hochviskose Flüssigkeiten;

• Lebensmittel und Hygieneprodukte;

• Schlämme;

• Kristallisationsflüssigkeiten;

• Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffen.

10. Wie sollte das Ausgabesignal ausgewählt werden?

11. Wie sollte die Prozessverbindung ausgewählt werden?

Gemeinsame Prozessverbindungen umfassen:

• Rohrfäden G1/4 und G1/2;

• NPT-Garne;

• M20x1. 5 und andere metrische Fäden;

• Flansche;

• Sanitärklemmen;

• Flush-Membranverbindungen.

Bestätigung:

• bestehender Geräteanschlussstandard;

• Nenndruck;

• Siegeltyp;

• Korrosionsverträglichkeit;

• Hygieneanforderungen;

• Zugang zur Instandhaltung.

12. Beeinflusst die Montageposition die Druckmessung?

Ja.

Vermeiden:

• Direkte Exposition gegenüber starkem Wasserhammer;

• starke mechanische Vibration;

• Unerwünschtes eingeschlossenes Gas oder Flüssigkeit in Impulsanordnungen;

• Direktheizung der Elektronik durch Hochtemperaturprozessfluid;

• Kabeleingänge, die eine Wasseransammlung ermöglichen.

Gas-, Flüssigkeits- und Dampfdruckinstallationen können unterschiedliche Zapf- und Senderpositionen erfordern, daher sollte die Installation dem Prozessrohrdesign folgen.

13. Warum sind Überlastung und Berstdruck wichtig?

Bemessungsbereich ist nicht der gleiche wie der maximale Druck, den der Sensor überleben kann.

Messbereich

Druckbereich, in dem das Gerät seine angegebene Messleistung erreichen soll.

Überlastdruck

Kurzzeitdruck oberhalb des Messbereichs, dem der Sensor vorbehaltlich der Modellspezifikation ohne bleibende Beschädigung standhalten kann.

Berstdruck

Eine mechanische Sicherheitsgrenze und kein normaler Betriebszustand.

Pumpstationen, hydraulische Geräte und schnelle Ventilanwendungen erfordern besondere Aufmerksamkeit für transiente Druckspitzen.

14. Was sollte im Freien oder in harten Umgebungen in Betracht gezogen werden?

• IP65, IP67, IP68 oder andere erforderliche Eindringschutz-Ratings;

• Feuchtigkeit;

• Salzspray und Korrosion;

• Mechanische Vibrationen und Erschütterungen;

• Blitz- und Überspannungsbelichtung;

• elektromagnetische Verträglichkeit;

• Bescheinigung der Gefahrzone.

Ingressschutz-Bewertung und Explosionsschutz sind unterschiedliche Konzepte. Eine hohe IP-Bewertung bedeutet nicht, dass ein Instrument für den Einsatz in einem gefährlichen Bereich zertifiziert ist.

15. Schnelldrucksensor-Auswahlreferenz

FAQ: Drucksensorauswahl

Q1: Sollte der Sensorbereich immer etwa 1 betragen. Zweimal der normale Druck?

A: Nein. Maximaler Dauerdruck, transiente Spitzen, Wasserhammer, Überlastung und erforderliche Messleistung sollten alle berücksichtigt werden.

Q2: Wie soll ich zwischen 0-10 bar und 0-16 bar wählen?

A: Wenn sich der Betriebsdruck 10 bar nähert und signifikante Spitzen möglich sind, können 0-16 bar mehr Überlastspanne bieten. Wenn der tatsächliche Druck nur 2-3 bar beträgt, kann ein unnötig großer Bereich die effektive Auflösung reduzieren.

Q3: Was ist der Unterschied zwischen Messgerät und Absolutdruck?

A: Der Messwertdruck verwendet den lokalen atmosphärischen Druck als Referenz, während der absolute Druck das absolute Vakuum verwendet.

F4: Kann ein gewöhnlicher Drucksensor direkt an einem Hochtemperaturprozess installiert werden?

A: Nicht immer. Sensormembran, Dichtungen und Elektronik müssen innerhalb ihrer Temperaturgrenzen bleiben. Es können Kühl- oder Ferndichtungen erforderlich sein.

Q5: Warum wird ein Flush Diaphragma für viskose Produkte empfohlen?

A: Es reduziert das Risiko von Verstopfungen, die mit engen Druckkanälen verbunden sind.

F6: Kann ein Drucksensor den Flüssigkeitsstand messen?

A: Ja. Die Messung des hydrostatischen Füllstands wandelt den Druck der Flüssigkeitssäule in den Füllstand um, die Dichte muss jedoch berücksichtigt werden.

Q7: Warum sind 4-20 mA bei der industriellen Druckmessung üblich?

A: Es ist für die Fernübertragung geeignet und bietet eine gute Immunität gegen Spannungsabfall und industrielle Störungen.

F8: Ist ein piezoelektrischer Drucksensor für den statischen Wassertankdruck geeignet?

A: Es ist im Allgemeinen nicht die erste Wahl. Die piezoelektrische Technologie eignet sich besser für dynamischen Druck und schnelle Transienten.

F9: Ist ein IP68-Drucksensor automatisch explosionssicher?

A: Nein. Die IP-Einstufung deckt den Eindringungsschutz ab, während die Verwendung von gefährlichen Bereichen eine separate Ex-Zertifizierung erfordert.

Q10: Welche Informationen benötigt METRAVON für die Drucksensorauswahl?

A: Geben Sie bitte die mittlere, die absolute/absolute/differenzielle Anforderung, den minimalen/normalen/maximalen Druck, den Spitzendruck, die Prozess- und Umgebungstemperatur, die Korrosion, die Viskosität, den Prozessanschluss, den Montageort, die Versorgung, den Ausgang, die Kabellänge und die Anforderungen an den gefährlichen Bereich an.

Schlussfolgerung

Bei der Auswahl des Drucksensors geht es nicht nur darum, die höchste Genauigkeit oder den größten Bereich zu wählen. Das richtige Instrument sollte mit dem tatsächlichenDruckreferenz, Messbereich, Überlastfähigkeit, Temperatur, benetzte Materialien, Prozessanschluss und Ausgabeschnittstelle.

Der Messgerätdruck ist für Rohrleitungen üblich, der absolute Druck für viele Vakuum- und Atmosphärenanwendungen sowie der Differenzdruck für die Filterüberwachung und ausgewählte Messungen in geschlossenen Tanks. Hochtemperaturmedien können Temperaturisolierung erfordern, während viskose oder kristallisierende Produkte oft von Spül- oder Fernmembrandesigns profitieren.

METRAVON empfiehlt, vor der Auswahl der Sensortechnologie und der endgültigen Gerätekonfiguration das vollständige Druckprofil, die mittleren Eigenschaften, die Temperatur, den Anschluss und das Steuerungssystem bereitzustellen.