Wie kann die Stabilität eines Druckaufnehmers Messungen im Laufe der Zeit beeinflussen?

Die Langzeitstabilität eines Sensors hängt in der Regel mit der Veränderung des Nullpunktoffsets aufgrund der Alterung der Komponente und der Relaxation der metallischen Membran über einen bestimmten Zeitraum zusammen. Dies führt typischerweise dazu, dass sich der Nullwert im Laufe der Zeit nach oben oder unten verschiebt. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass dieser Wert unter dem Einfluss von Temperatur- und Druckzyklen über 1500 Stunden bei < 0,25 % liegt.

&lt;b&gt;F: Was ist der Unterschied zwischen Relativ-, Absolut- und Differenzdruck?

• Der Relativdruck (Gauge Pressure) bezieht sich auf den atmosphärischen Luftdruck. Änderungen des barometrischen Drucks beeinflussen das Ausgangssignal des Sensors nicht.
• Absolutdrucksensoren und -messumformer beziehen sich auf ein vollständiges Vakuum als Referenz. Das Ausgangssignal des Sensors ändert sich sowohl bei Höhenänderungen als auch bei Änderungen des barometrischen Drucks.
• Der Differenzdruck ist die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten. Diese Messart wird häufig in Filtrationsanwendungen eingesetzt.

Was ist ein Relativdruckmessumformer?

Ein Compound-Druckmessumformer ist ein Relativdruck- oder geschlossener Relativdrucksensor (Sealed Gauge), der so kalibriert ist, dass er einen Absolutdruck-Messbereich nachbildet. Ein Druckaufnehmer mit einem Druckbereich von -14,7 bis 30 PSIG kann als kombinierter Druckaufnehmer, als 30V30-Druckaufnehmer (bezogen auf -30" Hg) oder als Sensor für Vakuum bis 30 PSIG bezeichnet werden. Weitere Informationen zur Relativdruckmessung finden Sie im Beispiel zur Berechnung eines kombinierten Druckaufnehmers.

Was ist der Unterschied zwischen analogen und digitalen Temperatursensoren?
In der analogen Version des Druckaufnehmers wird das digitale Signal des internen A/D-Wandlers auf verschiedene Weise angepasst. Kalibrierungsfaktoren werden angewendet, um sicherzustellen, dass der Sensor die Genauigkeitsspezifikationen erfüllt. Anschließend werden Temperaturkorrekturfaktoren verwendet, um das Signal anzupassen und die Umgebungstemperatur zu kompensieren. Abschließend werden Nullpunkt- und Spannenkalibrierungen hinzugefügt, die das Ausgangssignal gemäß der Artikelnummer des Druckaufnehmers auf den gewünschten Bereich einstellen. Das Ergebnis wird anschließend von einem internen D/A-Wandler wieder in ein analoges Signal umgewandelt, durch einen Unity-Gain-Puffer geführt und an den Ausgangspin ausgegeben. Das Ausgangssignal ist kontinuierlich variabel, genau wie der auf den Sensor wirkende Druck.

In der digitalen Version des Druckaufnehmers verarbeitet ein digitaler Signalverarbeitungskern die Daten, wobei verschiedene Kompensationen und Korrekturen angewendet werden. Diese verarbeiteten digitalen Daten werden anschließend in Registern gespeichert, um später an das System übertragen zu werden. Das am häufigsten von Sensoren und Druckaufnehmern verwendete digitale Kommunikationsprotokoll ist Inter-Integrated Circuit (IIC oder I2C). Diese Kommunikationstechnik ist so ausgelegt, dass ein Druckaufnehmer erst dann einen Druckmesswert erfasst oder übermittelt, wenn der Master-Controller des Systems eine Datenanforderung sendet. Da der Bedarf an Druckdaten nur sporadisch besteht, kann der Sensor zwischen den Datenanforderungen in den „Ruhezustand“ (einen sehr stromsparenden Modus) wechseln. Dies trägt zur Energieeinsparung im System bei und ist sowohl für batteriebetriebene als auch für drahtlose Anwendungen von großer Bedeutung.

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Was ist der am häufigsten verwendete Werkstoff für Druckaufnehmer?

Druckmessumformer werden am häufigsten aus 316L-Edelstahl oder 17-4 PH gefertigt.  Beide Materialien sind im Vergleich zu hochfesten Nickellegierungen relativ kostengünstig, gut bearbeitbar und bieten eine hohe Festigkeit sowie eine gute Elastizität, die die Bewegung einer Membran ermöglicht. Ihre unterschiedlichen Materialeigenschaften geben den Ausschlag, welchem Material in einer konkreten industriellen, oder auch explosionsgefährdeten, Anwendung der Vorzug zu geben ist. Obschon es Varianten der hier diskutierten Werkstoffe gibt, sollen für den folgenden Vergleich die für Sensoren heute gebräuchlichsten Formulierungen herangezogen werden. Der Eisengehalt spielt für den Magnetismus und den Korrosionswiderstand eine Rolle. Edelstahl 17-4 PH ist magnetisch und weniger korrosionsbeständig als Edelstahl 316L. Standard-316L ist leicht magnetisch, wobei es auch nichtmagnetische Varianten gibt.

Im Vergleich von 17-4 PH und 316L-Edelstahl: Welcher Werkstoff weist die höhere Festigkeit auf?

17-4 PH weist eine höhere Materialfestigkeit als 316L-Edelstahl auf. In vielen Hydrauliksystemen, in denen üblicherweise hohe Drücke und Druckstöße auftreten, wird häufiger 17-4 eingesetzt, da er ein gutes Federmaterial ist. Bezüglich der für Drucksensoren und Druckmessumformer spezifizierbaren Prüfdrücke (i. d. R. 2-facher Nenndruck) und Berstdrücke (i. d. R. 5-facher Nenndruck) unterscheiden sich die Materialien nicht – allerdings ist bei 17-4 PH die Wahrscheinlichkeit der genauen Messung auf lange Sicht größer, wenn höhere Drücke und Druckschwankungen über den Nenndruck hinaus anzutreffen sind.

Wie ist die chemische Verträglichkeit von 17-4 PH und 316L-Edelstahl?

17-4 PH kommt in verschiedenen nicht oder schwach korrosiven Flüssigkeiten und Gasen zum Einsatz. Hydraulikflüssigkeit, Bremsflüssigkeit, Kraftstoffe und andere in der Industrie übliche Prozessflüssigkeiten vertragen sich mit 17-4 PH-Edelstahl gut. 316L-Edelstahl kommt mit diesen Medien ebenfalls zurecht, dank des höheren Nickelgehalts aber auch mit zahlreichen Flüssigkeiten und Gasen, die korrosivere Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise erfordert Erdgas mit niedrigem H₂S-Gehalt 316L, um Korrosion zu vermeiden.

Wasser (außer Salzwasser) wird zwar in vielen Fällen als nichtkorrosive Flüssigkeit eingestuft, für die Druckmessung ist trotzdem 326L die bevorzugte Wahl. Bestimmte pH-Werte können nämlich dazu führen, dass 17-4 PH mineralische Ausscheidungen absetzt und Prozessverbindungen zusetzt.

Auch Gase wie Wasserstoff erfordern als Werkstoff 316L: Wasserstoffionen sind klein genug, das Korngefüge von 17-4 PH-Edelstahl zu durchdringen und bewirken mit der Zeit eine Versprödung und Zersetzung der Membran.

Für hochreine Anwendungen, wie etwa die Halbleiterproduktion, wurde der Werkstoff 316L VAR (VAR = Vacuum Arc Melting) eingeführt, um die Einschleusung nichtmetallischer Unreinheiten zu vermindern. Eine weitere Maßnahme ist das Endbearbeiten der Materialoberfläche in einem als Elektropolieren bekannten Verfahren. Hierbei werden neben einem kleinen Teil der metallischen Oberfläche insbesondere nichtmetallische Unreinheiten abgetragen, sodass deren Kontakt mit der Flüssigkeit oder dem Gas zusätzlich reduziert wird. 

Welche Unterschiede gibt es bei Drucksensortechnologien?

Die Auswahl der Technologie ist ein wichtiger Faktor. Nicht jede Technologie ist auf jedes Material anwendbar.

• So müssen etwa die thermischen Eigenschaften von Dehnungsmessstreifen, die an die Membran gelegt werden, mit denjenigen des Trägermaterials kompatibel sein.
• Edelstahl 17-4 PH weist bei der Wärmebehandlung nach H900 einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten von 6,0 × 10⁻⁶ in/in/°F auf, während 316L im Bereich von etwa 9 bis 11 × 10⁻⁶ in/in/°F liegt. 
• Dünnschichttechnologie ist auf 17-4 PH beschränkt, da die Temperatur des Sputterprozesses an der Membran zu hoch ist. 

Die Unterschiede bei Sensormaterial und -technologie können bei der Auswahl von Druckaufnehmern eine entscheidende Rolle spielen. Welches Material das geeignetere ist, ergibt sich aus Ihren Informationen zum gemessenen Medium und der Anwendung. Wenn weder 17-4 noch 316L ausreichen, können Speziallegierungen angeboten werden.