Arten von Drucktransmittern

Einfache Selbsteinführung des Drucktransmitters

Als Drucksensor, dessen Ausgabe ein Standardsignal ist, ist ein Drucktransmitter ein Instrument, das eine Druckvariable akzeptiert und proportional in ein Standardausgangssignal umwandelt. Es kann die vom Wägezellensensor erfassten physikalischen Druckparameter von Gas, Flüssigkeit usw. in standardmäßige elektrische Signale (z. B. 4-20 mA DC usw.) umwandeln, um sekundäre Instrumente wie Anzeigealarme, Rekorder, Regler usw. zur Messung und Anzeige sowie Prozessregelung bereitzustellen.

Die Klassifizierung von Drucktransmittern

Normalerweise werden die Drucktransmitter, über die wir sprechen, nach dem Prinzip unterteilt:
Kapazitive Drucktransmitter, resistive Drucktransmitter, induktive Drucktransmitter, Halbleiter-Drucktransmitter und piezoelektrische Drucktransmitter für Hochfrequenzmessungen. Unter diesen werden resistive Drucktransmitter am häufigsten verwendet. Der kapazitive Drucktransmitter 3051S von Rosemount ist ein Vertreter der High-End-Produkte.

Drucktransmitter können je nach druckempfindlichen Komponenten in Metall, Keramik, diffuses Silizium, monokristallines Silizium, Saphir, gesputterte Folie usw. unterteilt werden.

• Metalldrucktransmitter weisen eine geringe Genauigkeit auf, haben jedoch einen geringen Temperatureinfluss und eignen sich für Bereiche mit einem großen Temperaturbereich und geringen Genauigkeitsanforderungen.
• Keramische Drucksensoren weisen eine höhere Genauigkeit auf, sind jedoch stärker temperaturabhängig. Keramik bietet zudem den Vorteil der Schlagfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die im Reaktionsbereich genutzt werden kann.
• Die Druckübertragungsgenauigkeit von diffundiertem Silizium ist sehr hoch, die Temperaturdrift ist jedoch ebenfalls groß, sodass vor der Verwendung in der Regel eine Temperaturkompensation erforderlich ist. Darüber hinaus ist auch nach der Temperaturkompensation ein Druck über 125 °C nicht messbar. Bei Raumtemperatur ist der Empfindlichkeitskoeffizient von diffundiertem Silizium jedoch fünfmal so hoch wie der von Keramik, weshalb es in der Regel im Bereich der hochpräzisen Messung eingesetzt wird.
• Der Drucktransmitter aus monokristallinem Silizium ist der genaueste Sensor in der industriellen Praxis. Er ist eine verbesserte Version des diffusen Siliziums. Natürlich ist auch der Preis höher. Derzeit ist Yokogawa aus Japan der führende Anbieter im Bereich monokristalliner Siliziumdrucktransmitter.
• Der Saphir-Drucktransmitter ist unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und weist auch bei hohen Temperaturen gute Arbeitseigenschaften auf. Saphir weist eine extrem hohe Strahlungsbeständigkeit auf, weist keine pn-Drift auf und kann auch unter den schlechtesten Arbeitsbedingungen normal funktionieren. Er ist zuverlässig und bietet hohe Leistung, gute Genauigkeit, minimale Temperaturfehler und ein gutes Gesamtkosten-Leistungs-Verhältnis.
• Der Dünnschicht-Sputter-Drucktransmitter enthält keinen Klebstoff und weist eine höhere Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit auf als der klebrige Dehnungsmessstreifensensor. Er ist weniger temperaturabhängig: Bei einer Temperaturänderung von 100 °C beträgt die Nullpunktdrift nur 0,5 %. Seine Temperaturbeständigkeit ist der des Diffusions-Silizium-Drucksensors deutlich überlegen. Darüber hinaus kann er direkt mit allgemein korrosiven Medien in Kontakt kommen.

Prinzipien verschiedener Arten von Drucktransmittern

• Das Prinzip des kapazitiven Drucktransmitters.

Wenn der Druck direkt auf die Oberfläche der Messmembran wirkt, erzeugt die Membran eine kleine Verformung. Die hochpräzise Schaltung auf der Messmembran wandelt diese kleine Verformung in ein hochlineares Spannungssignal um, das proportional zum Druck und proportional zur Erregerspannung ist. Anschließend wird dieses Spannungssignal mithilfe eines speziellen Chips in ein branchenübliches 4–20-mA-Stromsignal oder ein 1–5-V-Spannungssignal umgewandelt.

• Das Prinzip des diffusen Silizium-Drucktransmitters

Der Druck des Messmediums wirkt direkt auf die Membran des Sensors (normalerweise eine 316L-Membran), wodurch die Membran eine Mikroverschiebung erzeugt, die proportional zum Druck des Mediums ist, wodurch sich der Widerstandswert des Sensors ändert und dieser mit einer Wheatstone-Schaltung erfasst wird. Diese Änderung wird umgewandelt und in ein Standardmesssignal ausgegeben, das diesem Druck entspricht.

• Prinzip des monokristallinen Silizium-Drucktransmitters

Piezoresistive Drucksensoren basieren auf dem piezoresistiven Effekt von Silizium-Einkristallen. Als elastisches Element dient ein Silizium-Einkristallwafer. Bei Druckänderungen erzeugt das Silizium-Einkristall eine Dehnung, sodass der direkt darauf diffundierende Dehnungswiderstand eine zum gemessenen Druck proportionale Änderung bewirkt. Anschließend wird über die Brückenschaltung das entsprechende Spannungsausgangssignal erzeugt.

• Prinzip des keramischen Drucktransmitters

Der Druck wirkt direkt auf die Vorderseite der Keramikmembran und verursacht eine leichte Verformung der Membran. Der Dickschichtwiderstand ist auf der Rückseite der Keramikmembran aufgedruckt und aufgrund des piezoresistiven Effekts des Varistors mit einer Wheatstone-Brücke (geschlossene Brücke) verbunden. Die Brücke erzeugt ein hochlineares Spannungssignal, das proportional zum Druck und proportional zur Erregerspannung ist. In der Regel wird zur Druckmessung von Luftkompressoren mehr Keramik verwendet.

• Prinzip des Dehnungsmessstreifen-Drucktransmitters

Die am häufigsten verwendeten Dehnungsmessstreifen-Drucktransmitter sind Metall-Dehnungsmessstreifen und Halbleiter-Dehnungsmessstreifen. Metall-Dehnungsmessstreifen sind empfindliche Geräte, die Dehnungsänderungen am Prüfling in ein elektrisches Signal umwandeln. Es gibt zwei Arten: Draht-Dehnungsmessstreifen und Metallfolien-Dehnungsmessstreifen. Üblicherweise ist der Dehnungsmessstreifen durch einen Spezialkleber fest mit der mechanischen Dehnungsmatrix verbunden. Bei Spannungsänderungen in der Matrix verformt sich auch der Dehnungsmessstreifen, wodurch sich sein Widerstandswert und damit die am Widerstand anliegende Spannung ändert. Dehnungsmessstreifen-Drucktransmitter sind auf dem Markt relativ selten.

• Saphir-Drucktransmitter

Der Saphir-Drucktransmitter nutzt das Dehnungswiderstandsprinzip, verwendet hochpräzise empfindliche Silizium-Saphir-Komponenten und wandelt das Drucksignal über eine spezielle Verstärkerschaltung in ein standardmäßiges elektrisches Signal um.

• Sputterfilm-Drucktransmitter

Das druckempfindliche Sputterelement wird mittels Mikroelektroniktechnologie hergestellt und bildet eine feste und stabile Wheatstone-Brücke auf der Oberfläche der elastischen Edelstahlmembran. Wirkt der Druck des Messmediums auf die elastische Edelstahlmembran, erzeugt die Wheatstone-Brücke auf der anderen Seite ein druckproportionales elektrisches Ausgangssignal. Aufgrund ihrer guten Schlagfestigkeit werden Sputterfolien häufig bei häufigen Druckbelastungen eingesetzt, beispielsweise in Hydraulikanlagen.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Auswahl des Druckmessumformers

• Auswahl des Druckbereichswerts des Transmitters:

Bestimmen Sie zunächst den Maximalwert des gemessenen Drucks im System. Im Allgemeinen müssen Sie einen Transmitter mit einem Druckbereich wählen, der etwa 1,5-mal größer ist als der Maximalwert, oder den normalen Druckbereich auf den Drucktransmitter fallen lassen. 1/3 bis 2/3 des normalen Bereichs ist ebenfalls eine gängige Methode.

• Welche Art von Druckmedium:

Viskose Flüssigkeiten und Schlamm verstopfen die Druckanschlüsse. Lösungsmittel oder ätzende Substanzen zerstören die Materialien im Messumformer, die in direktem Kontakt mit diesen Medien stehen.
Das Material des allgemeinen Drucktransmitters, der mit dem Medium in Kontakt kommt, ist Edelstahl 316. Wenn das Medium gegenüber Edelstahl 316 nicht korrosiv ist, sind grundsätzlich alle Drucktransmitter zur Messung des Drucks des Mediums geeignet;
Wenn das Medium korrosiv gegenüber Edelstahl 316 ist, sollte eine Druckmittler verwendet und eine indirekte Messung durchgeführt werden. Die Verwendung eines mit Silikonöl gefüllten Kapillarrohrs zur Druckführung kann Korrosion des Druckmessumformers verhindern und dessen Lebensdauer verlängern.

• Wie viel Genauigkeit der Sender benötigt:

Die Genauigkeit wird durch Nichtlinearität, Hysterese, Nichtwiederholbarkeit, Temperatur, Nullpunktverschiebung und Temperatur bestimmt. Je höher die Genauigkeit, desto höher der Preis. Im Allgemeinen beträgt die Genauigkeit des Drucktransmitters aus diffusem Silizium 0,5 oder 0,25, während die Genauigkeit des Drucktransmitters aus kapazitivem oder monokristallinem Silizium 0,1 oder sogar 0,075 beträgt.

• Prozessanschluss des Messumformers:

Drucktransmitter werden in der Regel an Rohren oder Tanks installiert. Ein kleiner Teil davon wird natürlich auch mit Durchflussmessern installiert und verwendet. Drucktransmitter werden üblicherweise in drei verschiedenen Einbauformen angeboten: Gewinde, Flansch und Klemme. Daher muss vor der Auswahl des Drucktransmitters auch der Prozessanschluss berücksichtigt werden. Bei Gewinden ist die Gewindespezifikation zu bestimmen. Bei Flanschen sind die Flanschspezifikationen des Nenndurchmessers zu berücksichtigen.

Einführung in die Druckmessumformerindustrie

Weltweit sind rund 40 Länder in der Forschung und Produktion von Sensoren tätig. Die USA, Japan und Deutschland sind dabei die Regionen mit der größten Sensorproduktion. Zusammen decken diese drei Länder mehr als 50 % des weltweiten Sensormarktes ab.

Heutzutage ist der Markt für Drucktransmitter in meinem Land ein gesättigter Markt mit hoher Marktkonzentration. Die dominierende Stellung nehmen jedoch die ausländischen Unternehmen ein, die durch Emerson, Yokogawa, Siemens usw. vertreten werden. Markenprodukte machen etwa 70 % des Marktanteils aus und haben bei großen und mittelgroßen Ingenieurprojekten einen absoluten Vorteil.

Dies ist auf die Folgen der frühen Einführung der „Markt für Technologie“-Strategie in China zurückzuführen, die die staatlichen Unternehmen des Landes stark traf und sie einst in eine Krise stürzte. Gleichzeitig tauchen jedoch einige Hersteller, vertreten durch chinesische Privatunternehmen, still und leise auf und werden stärker. Der zukünftige Markt für Drucktransmitter in China steckt voller Unbekannter.