Was ist ein Druckmessumformer?

Was sind Drucktransmitter?

Drucktransmitter sind elektronische Druckmessgeräte, die zur Messung und Überwachung von Druck eingesetzt werden. Der Begriff Drucktransmitter wird häufig auch für Druckwandler oder Drucksensoren verwendet. Dies ist jedoch kein Synonym, da der Begriff Drucksensor in diesem Sinne nur einen Teil des Drucktransmitters beschreibt.

Sie sind in zahlreichen Ausführungen erhältlich, die den Druck- und elektrischen Anschlüssen, den Messverfahren, den elektrischen Ausgangssignalen und den Zertifizierungen (CE, EX, Bahn und Marine) entsprechen. Überlegene Technologie und präzise Fertigung sorgen dafür, dass diese Druckmessumformer perfekt funktionieren. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an Langzeitstabilität, Vibrationsfestigkeit, elektromagnetische Verträglichkeit, Schockfestigkeit oder Temperaturunempfindlichkeit.

Woraus besteht ein Druckmessumformer?

Ein Druckmessumformer besteht aus einem Sensor, der den Druck oder eine Druckänderung über ein physikalisches Prinzip in ein elektrisches Signal umwandelt. Darüber hinaus enthält ein Druckmessumformer eine Messumformerelektronik, die das Sensorsignal verarbeitet und in ein genormtes elektrisches Ausgangssignal umwandelt. Das Ausgangssignal wird am elektrischen Anschluss ausgegeben. Über den Druckanschluss (auch Prozessanschluss genannt) wird der Sensor mit Druck beaufschlagt. Sensor und Elektronik sind in einem Gehäuse untergebracht, das diese beiden empfindlichen Komponenten einerseits vor Umwelteinflüssen schützt und andererseits mit dem elektrischen Anschluss und dem Druckanschluss verbindet.

Was sind die Auswahlkriterien für einen Druckmessumformer?

Die Auswahlkriterien für einen Druckmessumformer sind der richtige Messbereich, die erforderliche Genauigkeit und das gewünschte Ausgangssignal. Ein weiteres sehr wichtiges Kriterium ist aber auch die Eignung des Druckmessumformers für die gewünschte Anwendung. Messbereich, Genauigkeit und Ausgangssignal sind Parameter, die relativ einfach zu bestimmen sind. Welcher Typ von Druckmessumformer für eine bestimmte Anwendung geeignet ist, erfordert dagegen einige Erfahrung und eine sorgfältige Abwägung verschiedener Aspekte.

Auswahlkriterien für den idealen Druckmessumformer in Ihrer Anwendung

Drucktyp: In der Druckmesstechnik wird zwischen Absolutdruck, Relativdruck und Differenzdruck unterschieden. Der Absolutdruck bezieht sich immer auf das absolute Vakuum als Nullpunkt. Die Relativdruckmessung ist die Messung der Druckdifferenz zwischen einem Medium und dem Umgebungs- oder Atmosphärendruck (ca. 1 bar). Im folgenden Artikel werden die Unterschiede im Detail erklärt.

Messbereich: Dies ist der Druckbereich zwischen dem Mindestdruck (bei dem das Ausgangssignal 0% beträgt) und dem Höchstdruck (bei dem das Ausgangssignal 100% beträgt). Die Differenz zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert wird als Bereich bezeichnet und dient als Referenz für fast alle Genauigkeitsangaben in der Druckmesstechnik. Der Messbereich von Druckmessumformern ist in der Regel auf eine bestimmte Druckmesseinheit genormt, z.B. bar, mbar oder psi. Neben dem reinen Signalbereich müssen auch Überdruck- und Spitzendruckgrenzen beachtet werden. Diese sind wichtig bei Anwendungen, bei denen - auch sehr kurze - Druckspitzen weit oberhalb des Messbereichs auftreten können.

Genauigkeitsklasse: In der Praxis hat sich die Festlegung der erforderlichen Genauigkeitsklasse oder der zulässigen Messunsicherheit des Manometers als große Herausforderung erwiesen. Einerseits umfasst die Genauigkeitsklasse verschiedene Aspekte oder Parameter der Messunsicherheit, die in den meisten Anwendungen nicht dieselbe Bedeutung haben. Andererseits ist es auch auf der Anwendungsseite oft schwierig zu bestimmen, wie genau die Messung tatsächlich sein soll. Eine höhere Genauigkeit ist fast immer mit einem enormen Einfluss auf die Produktkosten verbunden. Daher ist es wichtig, bei der Wahl der Genauigkeitsklasse sorgfältig abzuwägen, was zwingend erforderlich ist.

Ausgangssignal: Bei den Ausgangssignalen werden drei Hauptkategorien unterschieden: Unverstärktes Sensorsignal, analoge (Standard-)Signale und digitale Signale. Die Ausgabe des unverstärkten Sensorsignals ist bei Manometern nur sehr selten erwünscht; dies im Gegensatz zu Temperaturmessgeräten, die das Signal des PT100/PT1000-Widerstands oft direkt und ohne zusätzliche Elektronik liefern. Wenn nun das unverstärkte Sensorsignal geliefert wird, ist das Druckmessgerät kein Messumformer oder Messwandler im engeren Sinne. Es wird dann als Messzelle mit Gehäuse bezeichnet. Diese werden oft auch als Messumformer bezeichnet. In der Druckmesstechnik werden in der Industrie immer noch am häufigsten analoge Signale verwendet, insbesondere das Stromsignal 4 ... 20 mA. Der Vorteil von Analogsignalen liegt nach wie vor in den deutlich geringeren Kosten für Drucktransmitter und oft auch für die nachgeschaltete Auswerteelektronik. Die Kosten für digitale Messumformer und Auswerteeinheiten sind jedoch in den letzten Jahren deutlich gesunken. Zudem nimmt die Verbreitung von Sensorbussystemen wie IO-Link oder CANopen in der Druckmessung rasant zu. Die Hauptvorteile digitaler Signale sind eine höhere Fehlersicherheit, Diagnose- und Parametriermöglichkeiten sowie die Kombination mehrerer Messgrößen in einem Gerät, z.B. Druck und Temperatur. Zu den Druckmessumformern mit digitalen Signalen gehören auch elektronische Druckschalter.

Sensor: Der Drucksensor ist das Kernelement des Manometers. In Druckmessumformern ist dieser Drucksensor in der Regel ein Element, bei dem eine Druckänderung zu einer Verformung der Membrane führt. Dies wiederum führt zu einer Änderung des elektrischen Widerstands an speziell angebrachten Widerstandselementen. Die am häufigsten verwendeten Sensortechnologien sind Dünnfilm-auf-Stahl, Dickfilm-auf-Keramik und piezoresistive Sensoren. Bei Dünnfilm-auf-Stahl-Sensoren werden Widerstände auf eine Edelstahlmembran aufgesputtert. Der Hauptvorteil dieser Drucksensoren ist ihre ausgezeichnete Langzeitstabilität und hohe Robustheit gegenüber Druckspitzen und Temperatureinflüssen sowie die Druckmessung über einen weiten Druckbereich von etwa 200 mbar bis über 3.000 bar. Dickschicht-Keramik-Sensoren basieren auf einem keramischen Grundkörper, auf den die Widerstandsbrücken aufgebracht und anschließend eingebrannt werden. Die Keramikmembran gilt als äußerst robust gegenüber fast allen korrosiven Flüssigkeiten und Gasen und wird bevorzugt eingesetzt, wenn aggressive Chemikalien gemessen werden sollen. Die Messbereiche beginnen bei ca. 100 mbar und gehen bis zu ca. 400 bar. Bei piezoresistiven Druckaufnehmern ändert sich der Widerstand von Halbleiterelementen aus Silizium mit dem Druck. Diese Halbleiterelemente sind durch eine Ölfüllung und eine dünne Trennmembran vom Messmedium isoliert. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und geringen Hysterese des Siliziumelements eignen sich piezoresistive Sensoren besonders für niedrige Drücke im mbar-Bereich und wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist.

Druckanschluss / Prozessanschluss: Der Druckanschluss verbindet das Druckmessgerät mit dem Prozess, in dem der Druck gemessen werden soll. Der Druckaufnehmer im Messumformer muss fest mit dem Druckanschluss verbunden sein (verschweißt oder mit Elastomerdichtungen). Auf dem Markt gibt es zahlreiche unterschiedliche Druckanschlüsse, deren Geometrie und Abmessungen in Normen festgelegt sind (z.B. der Manometeranschluss in DIN EN 837-1). Entscheidend für die Auswahl der Anschlüsse ist neben branchenspezifischen Präferenzen vor allem die Art der Abdichtung: metallisch dichtend oder mit Elastomerdichtungen. Bei den metallischen Dichtungen handelt es sich um konische Gewinde oder Dichtkegel. Sie werden jeweils durch ihr Gegenstück mechanisch verformt, so dass eine Dichtwirkung entsteht. Für Drücke über 1.000 bar werden in der Regel metallische Dichtungslösungen gewählt.

Elastomerische Dichtungen - auch O-Ringe oder Profildichtungen genannt - verwenden zylindrische Montagegewinde. In einer Nut wird die Elastomerdichtung bei der Montage zusammengedrückt, wodurch eine Dichtwirkung entsteht. Der Elastomerwerkstoff sollte so gewählt werden, dass er mit dem zu messenden Medium verträglich ist und über den gesamten Temperaturbereich abdichtet.

Elektrischer Anschluss: Bei den elektrischen Anschlüssen gibt es weniger Variationen, da in jedem Industriesegment nur wenige Steckertypen verwendet werden. Generell lässt sich sagen, dass Kabelausführungen direkt am Druckmessumformer seltener verwendet werden, weil die Verdrahtung komplexer ist als bei Ausführungen mit Steckern.

Wichtige Kriterien für die Auswahl des geeigneten Anschlusses sind Dichtheit gegen Flüssigkeiten und Staub, Vibrationsfestigkeit und der Aufwand für Messgeräte und Verkabelung einschließlich Inbetriebnahme. Eine besondere Anforderung an Druckmessumformer kann der korrekte Druckausgleich zwischen dem Inneren des Messumformers und der Umgebung sein: In der Praxis können viele elektrische Anschlüsse unerwartete Probleme bei der Druckmessung verursachen.

Marktechnical bietet eine große Auswahl an verschiedenen Modellen, Ausführungen und Varianten sowie passendes Zubehör, um den Anforderungen in jedem Anwendungsbereich optimal gerecht zu werden.

Unsere Experten für Druckmessung erläutern Ihnen gerne die Unterschiede zwischen unseren Produkten und beraten Sie, welches Gerät am besten geeignet ist, um Ihre anspruchsvolle Messaufgabe zuverlässig zu erfüllen.