Aufbau eines Drucktransmitters

Ein Drucktransmitter, oft auch Druckmessumformer genannt, misst die physikalische Grösse Druck in Flüssigkeiten oder Gasen und gibt den Messwert als elektrisches Signal aus. Die interaktive Grafik auf dieser Seite führt Sie zu den wichtigsten Informationen über die Schlüsselelemente eines Drucktransmitters: Neben den funktionalen Hauptaufbauelementen sind dies die Schnittstellen zur Umgebung, die wichtigsten Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Drucktransmitters sowie die wichtigsten Leistungsmerkmale. Die Kernelemente für den Aufbau des Druckmessumformers sind: die Messzelle, also der Sensor im engeren Sinne, welcher auch als Druckaufnehmer bezeichnet wird; der Prozessanschluss; die Elektronik zur Signalaufbereitung; der elektrische Anschluss sowie das umgebende Gehäuse.

Die Trafag Drucksensoren basierend hauptsächlich entweder auf der Dünnfilm-auf-Stahl-Technologie mit einem verschweissten Sensor aus Edelstahl und ohne O-Ring oder auf der Dickschicht-auf-Keramik-Technologie.

Beide Sensortechnologien stammen aus Trafag-eigener Produktion und wurden gemeinsam mit dem ASIC (anwendungsspezifischer Mikrochip) inhouse entwickelt. Dadurch sind Drucksensor und Elektronik perfekt aufeinander abgestimmt und erreichen ihre einzigartige Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit auch unter widrigsten Umgebungsbedingungen in anspruchsvollen Anwendungen.

Schnittstellen eines Drucktransmitters

Die wichtigsten Schnittstellen nach aussen sind der Prozessanschluss, also die Druckanschlussseite, sowie der elektrische Anschluss, auch Signalanschluss genannt. Im industriellen Anwendungsbereich sind diese Schnittstellen genormt. Je nach Branche und Anwendung kommen verschiedene Schnittstellen zum Einsatz. Heutige Drucktransmitter sind mit einer Vielzahl von Prozessanschlüssen, Ausgangssignalen und elektrischen Anschlüssen erhältlich. Industrielle Sensoren mit unterschiedlichen Technologien ermöglichen die Messung von wenigen mbar bis zu mehreren Tausend bar, mit einer Genauigkeit von bis zu 0.1%. Vom elektrischen Anschluss, welcher meistens aus einem Stecker oder einem Anschlusskabel besteht, wird der Messwert entweder als Analogsignal oder als Digitalsignal ausgegeben. Die häufigsten Analogausgangssignale sind 4...20mA und 0...10VDC.

Der Vorteil von digitalen Signalen ist die bidirektionale Kommunikation, welche sowohl eine Diagnose als auch die einfache Konfigurierbarkeit der Druckmessung ermöglicht (z.B. Umstellung der Druckmesseinheit von bar auf psi). Andererseits können neben Druck auch weitere physikalische Messgrössen ausgegeben werden, wie beispielsweise die Temperatur.

Neben den elektronischen Drucktransmittern mit analogen und digitalen Ausgangssignalen gibt es auch elektronische Druckschalter. Sie geben keinen Messwert aus, sondern verfügen über einen oder mehrere Transistorausgänge oder Relaisausgänge.

Welche Spezifikationen sind bei der Auswahl eines Drucktransmitters am wichtigsten?

Die wichtigsten Spezifikationen sind der Messbereich, die Druckart, die erforderliche Genauigkeit, das Ausgangssignal, der elektrische Anschluss und der Prozessanschluss, die Verträglichkeit der mit dem Medium in Berührung kommenden Werkstoffe, die Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Vibrationen usw.) sowie etwaige anwendungsspezifische Zertifizierungen oder Zulassungen.

Messbereich

Der Messbereich muss mit dem Druckbereich der Anwendung übereinstimmen. Industrielle Sensoren mit unterschiedlichen Technologien ermöglichen Messungen von wenigen mbar bis zu mehreren tausend bar.

Druckart / Messart

Die Art der erforderlichen Messung ist entscheidend für die Auswahl eines geeigneten Druckmessumformers. Je nach Anwendungsfall muss der Messumformer den Absolutdruck, den Relativdruck oder den Differenzdruck messen.

Genauigkeit

Die gewünschte Genauigkeit bestimmt, wie präzise der Druckmessumformer den gemessenen Druckwert liefern muss. Je nach Sensortechnologie und Anwendungsbereich können industrielle Druckmessumformer eine Genauigkeit von bis zu 0,1% erreichen.

Ausgangssignal und elektrischer Anschluss

Das Ausgangssignal und der elektrische Anschluss müssen auf das Leitsystem abgestimmt sein. Druckmessumformer sind mit analogen und digitalen Ausgangssignalen erhältlich. Zu den gängigen analogen Ausgangssignalen gehören 4…20mA und 0…10VDC. Weitere Einzelheiten finden Sie im obigen Abschnitt.

Prozessanschluss

Der Prozessanschluss muss dem Druckniveau und dem Medium der Anwendung entsprechen, wie unter Schnittstellen beschrieben.

Medienverträglichkeit und Werkstoff

Bei der Werkstoffauswahl müssen die mit dem Medium in Berührung kommenden Teile so gewählt werden, dass der Werkstoff durch das Medium nicht korrodiert werden kann. Korrosion an Messzellen und Prozessanschlüssen, gelegentlich auch an Gehäusen und Elektronik, ist eine häufige Ursache für den Ausfall von Druckmessumformern.

Umgebungsbedingungen und Zertifizierungen

Je nach Anwendungsbereich muss die Einhaltung bestimmter Normen und Richtlinien berücksichtigt werden, wie beispielsweise Eisenbahnnormen, Explosionsschutznormen oder Schiffszulassungen. Zudem müssen Umwelteinflüsse berücksichtigt werden, darunter Vibrationen, Stösse, Wasser und Staub, elektromagnetische Störungen, Umgebungstemperatur sowie die Temperatur des Messmediums.

Überdrucksicherheit und Druckspitzen

Sehr hohe Druckspitzen sind eine weitere häufige Ursache für Defekte an Druckmessumformern, insbesondere bei Flüssigkeiten. Diese Druckspitzen dauern oft nur Millisekunden, können jedoch ein Vielfaches des normalen Messbereichs betragen und die empfindliche Membran des Druckmessumformers zerstören. Abgesehen von speziellen Dämpfungselementen besteht die Lösung in solchen Fällen häufig in der Wahl eines Druckmessumformertyps mit besonders hoher Überdrucksicherheit.

Häufig gestellte Fragen zu den technischen Daten von Druckmessumformern

Welche Spezifikationen sind bei der Auswahl eines Drucktransmitters am wichtigsten?

Was ist der Unterschied zwischen der Messung von Absolut-, Relativ- und Differenzdruck?

Depending on the application, a pressure transmitter must measure absolute, relative, or differential pressure. The required pressure type is one of the key specifications when selecting a suitable pressure transmitter.

Welche Ausgangssignale sind bei Druckmessumformern üblich?

Druckmessumformer sind mit analogen und digitalen Ausgangssignalen erhältlich. Zu den gängigen analogen Ausgangssignalen gehören 4…20mA und 0…10VDC. Digitale Signale ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation zur Diagnose und Konfiguration der Druckmessung.

Was kann zu einem Ausfall eines Druckmessumformers führen?

Häufige Ursachen für den Ausfall von Druckmessumformern sind Korrosion an Messzellen, Prozessanschlüssen, Gehäusen oder der Elektronik sowie sehr hohe Druckspitzen. Druckspitzen dauern oft nur Millisekunden, können jedoch ein Vielfaches des normalen Messbereichs betragen und die Membran des Druckmessumformers zerstören.