Wasseraufbereitung

Whitepaper

Überlegungen zur Bauart für nasse und feuchte Umgebung

Verschiedene Ansätze zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckmessumformers in nasser und feuchter Umgebung

Autor:

Karmjit S. Sidhu, Director of Business Development, Sensoren für Öl und Gas

Sensortechnologien sind komplex. Die akkurate Messung von niedrigen Drücken mit Bezug zur Atmosphäre (oft auch Luft- oder Relativbezug genannt) erfordert es, dass Drucksensoren unter trockenen, feuchten und nassen Bedingungen atmen. In feuchter und nasser Umgebung besteht die Herausforderung darin, dass der Drucksensor arbeiten muss, ohne dass Wasser hinten in den Sensor gelangt, was seine Funktion stören würde. Im Unterwassereinsatz kann das Atmosphäre-zu-Tiefe-Temperaturgefälle zu einer Pumpwirkung führen, durch die über die Entlüftungsleitung feuchte Luft in den Sensor gesogen wird, die dort kondensiert und den empfindlichen elektronischen Bauteilen zusetzt.

Niederdruck kann mit 500 psi (35 bar) oder niedriger beziffert werden. Hier sollen genaue Messungen ohne Beeinflussung durch Höhenlage und Luftdruckänderungen erreicht werden. Je größer die Spanne des gemessenen Drucks ist, desto kleiner ist im Verhältnis der Effekt des Barometerdrucks. Bei der Druckmessung mit einem 5-psi-Druckmessumformer und einem 500-psi-Druckmessumformer entsteht jeweils derselbe Effekt an der Membran, nur verändert der Barometerdruck bei dem 5-psi-Messumformer das Ausgangssignal stärker als bei dem 500-psi-Messumformer. Mitunter kann in Außenanwendungen, in denen der Drucksensor an einer Wasserpumpe oder einem anderen der Umgebung ausgesetzten Ort montiert ist, ein abgedichteter Relativdrucksensor oder ein absolut referenzierter Sensor verwendet werden, wenn die Gesamtgenauigkeit nicht von wesentlicher Bedeutung ist. So kann etwa ein abgedichteter Relativdrucksensor an einer Wasserpumpe mit einem Förderdruck von 150 psi einen Unterschied von 4 bis 5 psi abhängig von atmosphärischen und Umgebungstemperatur-änderungen erfahren. Der 2,5- bis 3,5-%-Fehler mag für das Gesamtsystem kaum Bedeutung haben, er hat aber den Vorteil, dass der Sensor gegen die nasse Umgebung geschützt ist. Da der Sensor abgedichtet ist, ist er gegen Wassereintritt beim Entlüften geschützt.

  1. Entdecken Sie die Möglichkeiten von Sensoren.

Sensoren erweitern unsere Fähigkeit, die Welt um uns herum zu beobachten und zu erfassen. Die Funktion eines Sensors kann den Unterschied zwischen dem Vorstellbaren und dem Machbaren bedeuten.

Druckmessumformer können auf verschiedene Arten abgedichtet werden, unter anderem mit Epoxid- und Vergussmassen. Diese Materialien leiten nicht, sollten sie mit den Leitern oder der Schaltung des Sensors in Kontakt kommen. Gehäuse, die mit der elektrischen Verbindung und dem Sensor verschweißt sind, können mit Helium unter Druck gesetzt und auf Dichtheit geprüft werden. Auch die Röntgenprüfung eignet sich zur Kontrolle der vollständigen Abdichtung gegenüber der Außenumgebung. Übliche Anschlussmethoden für Druckmessumformer sind sowohl Kabel als auch Steckverbinder. Es können wasserdichte Kabelzugentlastungen sowie Steckverbinder mit geeigneten IP-Schutzarten vorgesehen werden. So erfordern beispielsweise einige Automobilanwendungen die Prüfung der Drucksensoren auf IPX6K mit einem Durchfluss von 75 Litern pro Minute während drei Minuten. Die Prüfung simuliert die Überlebensfähigkeit in der Fahrzeugwaschanlage, d. h. der Drucksensor darf keinen elektrischen Kurzschluss entwickeln, wenn er längere Zeit Hochdruckwasserstrahlen ausgesetzt ist.

Gore-Tex Belüftungselemente und Filter erleichtern ventilierten Relativdrucksensoren das Atmen in feuchter Umgebung. Allerdings funktionieren diese nicht unter Wasser. Die Pore im Gore-Tex Filter ist zwar viel kleiner als ein Wassertröpfchen, aber doch viel größer als das Wasserdampfmolekül. Diese Elemente leisten sehr gute Dienste, solange sie physisch gut behandelt werden. Allerdings kondensiert bei längerer Exposition gegenüber nassen Bedingungen Wasserdampf im Inneren des Sensors, falls durch Temperaturunterschiede zwischen atmosphärischen und Innentemperaturen eine Pumpwirkung eintritt. Die Bilder unten veranschaulichen dies.

Dies ist ein Gore-Tex Pflaster zur Verwendung an der Einhausung oder am Gehäuse des Sensors.
Dies ist ein Gore-Tex Pflaster zur Verwendung an der Einhausung oder am Gehäuse des Sensors.
Hier ist ein Gore-Tex Einsatz gezeigt, der in einen integrierten Sensorsteckverbinder gesetzt werden kann, um die Belüftung zu verhindern.
Hier ist ein Gore-Tex Einsatz gezeigt, der in einen integrierten Sensorsteckverbinder gesetzt werden kann, um die Belüftung zu verhindern.

Wie kann die Belüftung des Sensors tauchfest gemacht werden? In Tauchanwendungen ist die Lösung bisweilen nicht ganz einfach und erfordert eine Kombination aus einer Belüftung über das Kabel und einer speziellen Anschlusstechnik, die den Wassereintritt in tauchfeste Sensoren verhindert. Das Luftröhrchen ist ein integraler Bestandteil des tauchfesten Kabels. Dieses Röhrchen wird normalerweise in einem elektrischen Gehäuse oder einer Abzweigdose untergebracht, in dem es trockenes, nicht korrosives Gas oder Luft atmen kann. Wenn das Kabel in einer feuchten Umgebung mit einem gewissen Schutz vor direktem Regenwasser oder Sprühwasser endet, kann ein Gore-Tex Atemmantel auf dem Ende des Luftröhrchens angebracht werden.

Nass-Nass-Differenzdruck-sensor

In verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen, wie Militär, Luftfahrt, Offshore-Plattformen und Verdichterpumpstationen, sind Nass-Nass-Differenzdruck (dP)-Sensoren einsetzbar. Ein Nass-Nass-Differenzsensor hat zwei Anschlüsse: P1 (hoch) und P2 (niedrig). Diese Geräte messen erfolgreich sehr niedrige Manometerdrücke von 0 – 5 Zoll Wassersäule (0 – 13 mbar) bis zu Zehntel psi an P1, während P2 zur Atmosphäre hin offen ist. Da beide Seiten des Nass-Nass-dP-Sensors eine Art metallische Membran und eine Abdichtung gegen das Medium haben, werden keine Gore-Tex Elemente oder Luftröhrchen gebraucht. Die metallische Membran an P2 schützt die empfindliche Elektronik gegen den Eintritt von Wasser und Flüssigkeiten. dP-Sensoren erfreuen sich zunehmender Beliebtheit beim Einsatz in oberirdischen Tanks, Dampferzeugern und Marine- und Offshore-Anwendungen, da der Preis für diese Geräte rückläufig ist.