Drucksensoren auswählen und anwendungsspezifische Messelektronik entwickeln

Unterschiede zwischen Absolut-, Relativ- und Differenzdrucksensoren

Absolutdruck bezieht sich auf das ideale Vakuum, Relativdruck auf den atmosphärischen Druck der Umgebung. Differenzdruck ist der Unterschied zwischen zwei Anschlusspunkten. Deshalb zeigt ein zur Atmosphäre offener Relativdrucksensor ungefähr null an, während ein Absolutdrucksensor den Atmosphärendruck anzeigt. Auch bei gleicher Einheit sind Werte mit unterschiedlichen Referenzen nicht direkt vergleichbar.

Für Vakuumverpackungen kann Absolutdruck, zur Überwachung pneumatischer Leitungen Relativdruck und für Lüftungsfilter Differenzdruck geeignet sein. Die endgültige Auswahl hängt von der Prozessregelung ab. Neben „kPa“ auch die Referenzart zu speichern, verringert Interpretationsfehler zwischen Geräten. Bei Sensorbauarten mit Belüftungsöffnung gehört deren Schutz vor Feuchtigkeit und Verstopfung ebenfalls zur mechanischen Entwicklung.

Messbereich, Überdruck und Berstdruck sind nicht dasselbe

Der Messbereich bezeichnet den Bereich, in dem der Sensor innerhalb der angegebenen Fehlergrenzen arbeitet. Die Überdruckfestigkeit beschreibt die darüberliegende Grenze ohne dauerhafte Beschädigung, der Berstdruck eine separate Grenze für die Gehäuseintegrität. Einen Druck auszuhalten bedeutet nicht, ihn korrekt messen zu können. Dauer und Anzahl der Druckstöße müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Eine kurze Druckspitze beim Anhalten einer Pumpe kann beispielsweise auf einer langsamen Aufzeichnungsanzeige unsichtbar bleiben. Zunächst werden deshalb die tatsächlichen transienten Ereignisse in der Leitung gemessen; daraus ergeben sich erforderliche Bandbreite und Schutzanordnung. Ein Dämpfer oder eine enge Passage kann mechanischen Schutz bieten, unterdrückt aber auch schnelle Ereignisse. Der Abnahmeplan beschreibt ausdrücklich das Verhältnis zwischen Schutz und dem zu messenden dynamischen Verhalten.

Wie werden medienberührte Materialien und Montage gewählt?

Selbst wenn die Elektronik des Sensors geeignet ist, lässt sich die Messung nicht dauerhaft betreiben, wenn Membran, Dichtung oder Anschlussmaterial nicht zum Medium passen. Öl, Wasser, Kältemittel und chemische Lösungen erfordern unterschiedliche Bewertungen. Materialien benetzter Flächen, Reinigungsmittel, Partikel und Frostgefahr werden anhand der Herstellerunterlagen geprüft. Die Bezeichnung „rostfrei“ allein verspricht keine Beständigkeit gegen sämtliche Chemikalien.

Für den Anschluss werden Gewindenorm, Dichtfläche und Anzugsmoment festgelegt. Ablagerungen in einem engen Druckkanal oder Montagekräfte auf das Gehäuse können im Feld zu Messwertverschiebungen führen. Werden Anschlüsse benötigt, die heißes Medium von der Platine fernhalten, wird auch die Ansprechverzögerung untersucht. Dass die Konstruktion nach Demontage und Wiedermontage im Service dasselbe Ergebnis liefert, ist ebenso wichtig wie die Erstmontage.

mV-Brückenausgang, 0–10 V, 4–20 mA und digitale Anbindung

Ein nacktes Sensorelement mit Widerstandsbrücke erzeugt ein kleines Differenzsignal. Erregungsquelle, driftarmer Verstärker, Filter und Analog-Digital-Wandler werden gemeinsam ausgelegt. Bei einer geeigneten ratiometrischen Architektur kann die Kopplung von Brückenspeisung und Wandlerreferenz den Einfluss von Versorgungsschwankungen reduzieren. Gleichtaktspannungsgrenzen am Eingang, Nullpunktoffset und Temperaturverhalten werden in jedem Fall geprüft.

Bei fertigen Transmittern kommt 4–20 mA für lange Feldkabel infrage; dabei müssen jedoch Schleifenversorgung, Lastwiderstand und Spannungsabfall im Kabel berechnet werden. Spannungsausgänge und digitale Schnittstellen werden ebenfalls nach Entfernung und Störumgebung gewählt. In VOMRO-Projekten kann neben dem Messwert ein eigenes Softwareverhalten für Kabelbruch, Bereichsüberschreitung, Kommunikationsverlust und ungültige Daten definiert werden.

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Wie werden Auflösung, Gesamtfehler und Kalibrierung bewertet?

Viele Stellen auf dem Display belegen keine hohe Genauigkeit. Nullpunktverschiebung, Spannenfehler, Nichtlinearität, Hysterese, Temperatureinfluss und Langzeitdrift sind unterschiedliche Beiträge. Es wird geprüft, ob sich eine prozentuale Fehlerangabe im Datenblatt auf den Endwert oder auf den Messwert bezieht. Einen Sensor mit großem Messbereich ständig am unteren Ende zu betreiben, kann insbesondere bei endwertbezogenen Fehlerangaben ungeeignet sein.

Bei der Projektabnahme werden Referenzgerät, Messpunkte, steigende und fallende Druckschritte, Wartezeit und Umgebungstemperatur dokumentiert. Justierung und Kalibrierprotokoll werden getrennt betrachtet: Die Korrektur eines Wertes beseitigt nicht die Unsicherheit. Bei Geräten mit wechselnder Umgebungstemperatur gilt eine reine Nullpunktjustierung bei Raumtemperatur nicht als ausreichend. Die erforderlichen Temperaturpunkte werden nach dem tatsächlichen Einsatz festgelegt.

Wie wird eine maschinenspezifische Drucküberwachung geplant?

In einem beispielhaften Filterüberwachungsprojekt kann neben der Differenz zwischen Ein- und Ausgang auch der Betriebszustand des Lüfters aufgezeichnet werden. Eine geringe Differenz bei abgeschalteter Anlage wird dadurch anders bewertet als bei einem sauberen Filter. In einem Pumpenprüfgerät lassen sich Druck, Temperatur und Zeit gemeinsam erfassen. Dies sind Entwicklungsszenarien, keine fertigen Produkte oder vorweggenommenen Leistungszusagen.

Auf dem Bedienbildschirm bleiben Maßeinheit, Referenzart, Zeitpunkt der letzten Aktualisierung und Sensorstatus sichtbar. Nach Wiederkehr der Stromversorgung darf das Aufzeichnungssystem einen alten Wert nicht als neue Messung ausgeben. Neben der Alarmschwelle werden Verzögerung, Hysterese, Benutzerberechtigung und Störmeldung festgelegt. So werden korrekte Messung der Platine und fundierte Entscheidungen des Bedieners gemeinsam berücksichtigt.

Temperatur gemeinsam mit Druck messen →

Welche Angaben werden für ein Drucksensorprojekt benötigt?

Zu Beginn können Prozesszeichnung, Angaben zum Medium, Normal- und Höchstdruck, gewünschte Fehlergrenze, schnellstes Ereignis und Einbauraum bereitgestellt werden. Bei einem vorhandenen Sensor verkürzen genaue Typenbezeichnung und Datenblatt die Auswahl. Es ist auch anzugeben, ob die Messung nur der Überwachung oder der Maschinensteuerung dient: Die Folgen eines Fehlers führen zu unterschiedlichen Konstruktionsentscheidungen.

VOMRO legt anhand der Machbarkeit den Umfang von Sensorintegration, Schaltplan und PCB, Firmware, Benutzeroberfläche und Gehäuseentwicklung fest. Prototypenzahl, Prüfaufbau, Abnahmegrenzen und Übergabe der Quelldateien werden im Angebot konkretisiert. Ist eine externe Konformitätsbewertung erforderlich, wird deren Prüfumfang zusammen mit dem Einsatzzweck geplant. Die Bescheinigung einer Komponente verleiht dem fertigen Gerät nicht automatisch dieselbe Konformität.