Arten von Drucksensoren: Welcher passt zu Ihrer Anwendung?

Ein Drucksensor eignet sich für Ihre Anwendung, wenn seine internen Komponenten den tatsächlichen Kräften Ihres Systems standhalten können. Robuste Metallsensoren sind die beste Wahl für Hochdruckhydraulik, während hochempfindliche Platten besser für Niederdruck-Luftleitungen geeignet sind. Flache Keramikoberflächen sind ideal für aggressive Industriemedien, einschließlich korrosiver Chemikalien und abrasiver Schlämme.

Wie messen verschiedene Sensoren den Systemdruck?

Die Wahl der besten Option beginnt mit dem Verständnis dafür, wie die Haupt Drucksensortypen Die Funktionsweise der Drucksensoren kann im Handel variieren. Obwohl der elektrische Block im Inneren dieser Geräte markenübergreifend relativ einheitlich ist, unterscheidet sich das Funktionsprinzip der Drucksensoren häufig.

Piezoresistiv (Dehnungsmessstreifen)

Das charakteristische Merkmal dieser Bauteile sind die winzigen elektrischen Widerstände, die auf eine flexible Siliziumscheibe geklebt sind. Sobald Druck auf die Scheibe ausgeübt wird, dehnen sich die Widerstände und verändern ihren elektrischen Widerstand. Man sieht, dass diese Halbleiterbauteile selbst starken hydraulischen Stößen standhalten; kein Wunder, dass sie zum Standard für alltägliche Industriemaschinen geworden sind.

Kapazitive Arrays

Zur Erfassung des Abstands zwischen einer beweglichen Platte und einer feststehenden parallelen Trägerscheibe empfiehlt sich die Verwendung von … kapazitiv Arrays. Der Kapazitätsanteil verschiebt sich proportional, wenn der Systemdruck die Frontplatte näher an die Scheibe drückt. Es handelt sich um eine hochempfindliche Anordnung, die sich besonders gut für die Erfassung von Mikrobewegungen eignet.

Piezoelektrische Kristalle 

Diese Konstruktion verwendet spezielle Kristallmaterialien, die beim Zusammendrücken eine winzige elektrische Ladung erzeugen. Aufgrund ihrer Reaktion auf blitzschnelle Kraftänderungen eignen sich diese Einheiten hervorragend zum Auffangen von schnellen Explosionen und Vibrationen.

Optische Ausrichtung

Diese Geräte überwachen den Druck mithilfe von Glasfaserkabeln, die die Reflexion von Lichtstrahlen im Sensorkopf erfassen. Da zu keinem Zeitpunkt Strom bis zum eigentlichen Rohrverbindungsstück fließt, besteht keine Gefahr von elektrischen Funken. Dadurch sind Ihre Daten unempfindlich gegenüber statischer Aufladung des Motors und die Geräte sind sicher für den Einsatz in explosionsgefährdeten Leitungen.

Resonanzelemente

Diese Geräte nutzen mikroskopisch kleine interne Balken, die mit einer hohen, festgelegten Frequenz schwingen. Der interne Balken spannt sich und verändert seine Schwingungsfrequenz, wenn der einströmende Druck auf die Membran wirkt. Mit dieser Methode lässt sich höchste Präzision erzielen, weshalb sie sich optimal für Kalibriertische eignet.

Wo beginnt die Messung eigentlich?

Ein fester Nullpunkt ist für die präzise Messung eines Sensors unerlässlich. Bei falscher Basislinie können Trackingfehler und Sicherheitslücken auftreten. Im Folgenden werden vier Kerntechnologien erläutert, die Sie verstehen müssen, um Ihre Hardware korrekt zu referenzieren.

Manometerdruck

Diese Konstruktion nutzt die Umgebungsluft als Nullpunkt. Ein kleines internes Entlüftungsrohr sorgt dafür, dass die Rückseite der Membran den Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Dadurch eignet sie sich ideal für offene Tanks mit unterschiedlichen Wasserständen oder für Druckluftleitungen im Produktionsalltag.

Absoluter Druck 

Bei dieser Anordnung dient eine abgedichtete interne Vakuumkammer als Nullpunkt. Da sie von Wetter- und Höhenänderungen isoliert bleibt, ist sie die bevorzugte Wahl für Vakuumverpackungen und chemische Destillationskreisläufe.

Differenzdruck

Diese Geräte verfügen über zwei Rohrleitungsanschlüsse und helfen bei der Berechnung der genauen Druckdifferenz zwischen zwei Zonen. Daher werden sie so häufig eingesetzt, um verstopfte Inline-Filter zu erkennen oder die Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung zu messen.

abgedichteter Druck

Ähnlich wie Manometer verwenden auch diese Sensoren eine abgedichtete Referenzkammer. Die meisten sind jedoch auf Meereshöhendruck voreingestellt und nicht belüftet. Dies schützt die internen Komponenten vor dem Eindringen von Wasser oder Chemikalien, ohne dass eine externe Entlüftung erforderlich ist.

Wie diese Sensoren in Hydraulik, Pneumatik und Schwerindustrie funktionieren

Jeder Sensor kann in einem Reinraumlabor einen elektrischen Kontakt auslösen. Unter realen Fabrikbedingungen weicht die Leistung jedoch schnell ab, und die falsche Auswahl führt zu Hardwareproblemen, Kalibrierungsdrift oder Ausfall bereits im ersten Einsatz.

Hydraulikkreisläufe arbeiten unter enormen statischen Belastungen, und das schnelle Schalten von Hochleistungsventilen erzeugt Druckstöße, die empfindliche Bauteile beschädigen können. Piezoresistive Membranen eignen sich hierfür am besten, da ihre starre, feste Bauweise Stöße absorbiert, ohne die Kalibrierung zu verändern.

Der Druck in Druckluftleitungen ist deutlich geringer, daher liegt die Priorität naturgemäß auf einer schnellen und leckagefreien Reaktion. Dank ihrer dünneren, reaktionsschnelleren Membranen, die Druckänderungen im Mikrobarbereich schnell erfassen können, sind Dünnschicht-Piezoresistivsensoren hier die beste Wahl. Diese Sensoren ermöglichen es der SPS außerdem, Regelventile in Echtzeit anzupassen.

Andere Probleme ergeben sich bei Papierplänen und Zementmühlen. Herkömmliche Gummidichtungen werden durch die Hitze des Räucherwerks beschädigt, und dickflüssige Schlämme verstopfen Standardanschlüsse. In diesem Fall scheiden bündig montierte Metallmembranen (vollverschweißt mit Keramikisolierung) Ablagerungen auf natürliche Weise ab. Diese Einheiten sind zudem in der Lage, hohen Temperaturschwankungen standzuhalten und gleichzeitig zu verhindern, dass die Flüssigkeit in die Elektronik gelangt.

Ältere mechanische Konstruktionen sind heute noch im Einsatz.

Einige rein mechanische Konstruktionen sind älter als alle fünf oben genannten und tauchen noch heute in den Werkstätten auf.

Aneroidbarometer. Hierbei biegt sich eine versiegelte Metallkapsel unter dem Einfluss des Luftdrucks und betätigt direkt ein Zifferblatt. Das System ist robust und einfach, aber für dynamische Messwerte zu langsam.

Manometer. Man kann sich das wie ein U-förmiges, mit Flüssigkeit gefülltes Rohr vorstellen, bei dem die Höhendifferenz zwischen den beiden Seiten den Messwert darstellt. Für Kalibrierungsarbeiten ist es genau, aber in laufenden Produktionslinien ist es ungeeignet.

Bourdon-Röhre. Es handelt sich um ein spiralförmiges Rohr, das sich unter Druck begradigt und dabei einen Zeiger antreibt. Es ist sehr stoß- und vibrationsanfällig, aber kostengünstig und ermöglicht präzise Messungen bei hohem Druck.

Pirani-Sensor (Vakuumsensor). Es handelt sich um einen erhitzten Draht, der Wärme an das umgebende Gas abgibt, und zwar in einem Verhältnis, das vom Vakuumniveau abhängt. Er ist die Standardwahl für niedrige Vakuumbereiche in der Halbleiter- und Verbundwerkstoffverarbeitung.

Drucksensoren OsiSense XM von Telemecanique

HerstellungTelemecanique
Nennstrom: <7 mA
Betriebsspannung: 24 VDC (SELV), Spannungsgrenzen: 12 bis 33 V
Ansprechzeit: ≤2 ms für 10 bis 90% Vollausschlag

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