Druckmessumformer - Wie sie funktionieren

Ein Druckwandler wandelt Druck in ein elektrisches Ausgangssignal um. Das elektrische Signal kann digital oder analog sein und wird von anderen Geräten wie Steuerungen, Alarmen und anderen Systemen mit geschlossenem Regelkreis verwendet. Druckmessumformer werden in einer Reihe von privaten und gewerblichen Anwendungen wie HLK, Pumpen, Fahrzeugen, Flugzeugen usw. eingesetzt, wo Druckmessungen erforderlich sind. Sie werden auch als Drucksensoren oder Druckmessumformer bezeichnet.

Inhaltsübersicht

• Funktionsprinzip eines Druckmessumformers
• Arten von Druckaufnehmern
• Auswahlkriterium
• Gemeinsame Anwendungen
• FAQ

Funktionsprinzip eines Druckmessumformers

Ein Druckmessumformer besteht aus einem druckempfindlichen Element, z. B. einer Membran, mit einer konstanten Fläche. Der Flüssigkeitsdruck bewirkt eine Auslenkung der Membrane. Der Druckmessumformer besteht ebenfalls aus einem Wandlerelement. Dieses Wandlerelement wandelt die von der Membran erfasste Auslenkung in ein elektrisches Ausgangssignal um. Dieses Signal wird proportional zur Druckänderung ansteigen oder abfallen. Daher ist die Kalibrierung des Geräts von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass der Druck innerhalb des spezifizierten Bereichs liegt.

Druckmesswandler benötigen eine Stromversorgung, um elektrische Signale zu erzeugen. Das Signal ist in der Regel 4-20 mA oder 0-10 V DC. Einige Systeme können auch eine Kombination aus Wechsel- und Gleichstrom verwenden. Das 4-20-mA-Signal ist ein weit verbreiteter Standard in der Industrie. Er verwendet eine 2-Draht-Konfiguration, während der Gleichspannungsausgang eine 3-Draht-Konfiguration verwendet. Das 4-20-mA-Signal kann über große Entfernungen verwendet werden und ist weniger störanfällig als ein Gleichstromsignal.

Ein Druckmessumformer ist nicht mit einem Druckschalter zu verwechseln. Ein Druckschalter ist ein Gerät, das einen elektrischen Kontakt betätigt, wenn ein voreingestellter Flüssigkeitsdruck erreicht wird. Lesen Sie unseren technischen Artikel über Druckschalter, um mehr über sie zu erfahren.

Arten von Druckaufnehmern

Es gibt verschiedene Arten von Druckmessumformern, die auf ihrer Messtechnik basieren. Die wichtigsten Arten werden im Folgenden beschrieben:

Dehnungsmessstreifen-Druckmessumformer

Diese Messumformer eignen sich für die Messung außergewöhnlich hoher und niedriger Drücke sowie von Differenzdruck. Der Differenzdruck ist der Druckunterschied zwischen zwei beliebigen Punkten. Der Messwertaufnehmer enthält ein Sensorelement, eine Membrane. Jede Verformung der Membrane führt zu einer Veränderung des Widerstands der Dehnungsmessstreifen. Normalerweise werden 4 Messgeräte in einer Wheatstone-Brücke verwendet, um die Empfindlichkeit des Messwandlers zu maximieren. Diese Widerstandsänderung wird in ein verwertbares Ausgangssignal umgewandelt.

Kapazitätsdruckwandler

Kapazitive Druckmessumformer messen den Druck, indem sie die Änderungen der elektrischen Kapazität aufgrund der Bewegung der Membran erfassen. Er besteht aus zwei Kondensatorplatten, einem Diaphragma und einer Elektrode, die an einer drucklosen Oberfläche befestigt ist. Diese Platten befinden sich in einem bestimmten Abstand zueinander, und die Druckänderung vergrößert oder verkleinert den Abstand zwischen diesen Platten. Diese Kapazitätsänderung wird in ein verwertbares Signal umgewandelt. Je nach Anwendung kann dieser Messumformer entweder Absolut-, Überdruck- oder Differenzdruck messen.

Potentiometrischer Druckmessumformer

Dieser Wandlertyp besteht aus einem Präzisionspotentiometer. Das Potentiometer besteht aus einem Schleifer, der mit einem druckempfindlichen Element, z. B. einer Membran, verbunden ist. Die Auslenkung dieses Elements verändert die Position des Wischers. Der Widerstandswert ändert sich zwischen dem Schleifer und einem Ende des Potentiometers. Dieser Wert ist das Maß für den ausgeübten Druck.

Druckwandler mit Resonanzdraht

Resonanzdraht-Druckaufnehmer haben einen schwingenden Draht, der sich in einer Membran befindet. Der elektronische Oszillator hält den Draht in Schwingung. Wenn sich der Druck in der Membran ändert, wirkt sich dies auf die Spannung des Drahtes aus und verändert die Resonanzfrequenz. Diese Frequenz kann von digitalen Zählerschaltungen erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Induktiver Druckmessumformer

Induktive Druckmessumformer arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Der Schallwandler hat eine Membran, die mit einem ferromagnetischen Kern verbunden ist. Die leichte Auslenkung der Membran bewirkt eine lineare Bewegung im ferromagnetischen Kern, die einen Strom induziert. Die Bewegung des Kerns aufgrund der Druckveränderung verändert den induzierten Strom. Diese Stromänderung wird in ein verwertbares Signal umgewandelt.

Piezoelektrischer Druckmessumformer

Die piezoelektrischen Druckwandler verwenden Quarzkristalle oder keramisches Material, um eine elektrische Ladung zu erzeugen, wenn ein Druck ausgeübt wird. Diese elektrische Ladung, gemessen als Spannung, ist proportional zur Druckänderung. Dieser Messwertgeber ist sehr empfindlich und reagiert extrem schnell.

Auswahlkriterium

Bei der Auswahl eines Druckaufnehmers sind die folgenden Parameter zu berücksichtigen:

1. Art der Medien: Die Art des Mediums sollte mit dem Material des Messwertaufnehmers kompatibel sein. Einige häufig verwendete Medientypen sind:
   1. Hydraulisches Öl
   2. Heizöl
   3. Benzin/Benzin
   4. Klebstoffe
   5. Pressluft
   6. Gase
   7. Wasser
2. Gehäuse- und Dichtungsmaterial: Das Gehäuse- und Dichtungsmaterial des Messwertaufnehmers sollte chemisch mit dem Anwendungsmedium kompatibel sein. Edelstahl ist das am häufigsten verwendete Gehäusematerial. Es bietet eine hohe Materialfestigkeit und eine bessere Verträglichkeit mit neutralen und korrosiven Flüssigkeiten. Gängige Dichtungsmaterialien sind Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Viton (FKM) und Elastomere.
3. Temperatur: Extreme Temperaturen können die Funktionsfähigkeit des Messwertaufnehmers einschränken. Stellen Sie daher sicher, dass der Druckmessumformer innerhalb des Temperaturbereichs der Anwendung liegt.
4. Druck: Der Messwertaufnehmer muss sowohl dem Betriebsdruckbereich als auch dem Überdruck für die Anwendung standhalten können. Für Anwendungen mit extremem Druck sind speziell entwickelte Hochdruckaufnehmer erhältlich.
5. Typ des Messwertaufnehmers: Kapazitäts- und Resonanzdraht-Druckmessumformer sind für Absolut- und Überdruck geeignet. Ein Dehnungsmessstreifenaufnehmer eignet sich als Differenzdruckaufnehmer.
6. Hysterese: Hysterese ist die Fähigkeit des Druckaufnehmers, das gleiche Ergebnis zu liefern, wenn nacheinander der gleiche Druck ansteigend und abfallend angelegt wird. Für eine geringe Hysterese wird ein kapazitiver Druckaufnehmer gewünscht.
7. Wiederholbarkeit: Die Reproduzierbarkeit ist die Fähigkeit des Druckaufnehmers, bei gleichem Druck das gleiche Ergebnis zu liefern. Er liegt im Allgemeinen zwischen 0,5 % und 0,05 %. Die Auswahl eines Messwertaufnehmers hängt von der für die Anwendung gewünschten Genauigkeit ab.
8. Zulassungen: Für den Betrieb von Druckmessumformern unter bestimmten Umgebungsbedingungen können Zulassungen oder Zertifizierungen erforderlich sein.

Gemeinsame Anwendungen

Druckmessumformer werden in einer Vielzahl von privaten und gewerblichen Anwendungen eingesetzt, die eine Druckmessung erfordern. Daher gibt es je nach Medium Luftdruckaufnehmer, Flüssigkeitsdruckaufnehmer und Gasdruckaufnehmer. Einige typische Anwendungen für elektronische Druckmessumformer sind:

• Überwachung des Brems- und Kraftstoffdrucks in Fahrzeugen.
• Überwachung von Flüssigkeitsständen in einem HVAC-System.
• Erfassen des Flüssigkeitsstandes für Brunnen und Pumpstationen.
• Höhenmessung für Flugzeuge und Satelliten.
• Überwachung von Flüssigkeits- und Gasständen in verschiedenen medizinischen Geräten.

FAQ

Was ist ein Druckmessumformer und wie funktioniert er?

Ein Druck-Strom-Wandler wandelt den Druck in ein elektrisches Signal um, das von einem Instrument gelesen werden kann. Er misst den Druck und erzeugt ein Signal, das proportional zu dem auf ihn ausgeübten Druck ist.

Wie prüft man einen Druckmessumformer?

Beaufschlagen Sie einen Druckwandler mit einem bekannten Druck und messen Sie das Ausgangssignal, um ihn zu testen. Um die Genauigkeit zu überprüfen, vergleichen Sie das Ausgangssignal mit dem erwarteten Wert und kalibrieren Sie es, falls erforderlich.

Was ist der Unterschied zwischen einem Drucksensor und einem Druckmessumformer?

Ein Druckwandler wandelt den Druck in ein elektrisches Signal um, das von einem Instrument oder Kontrollsystem gelesen werden kann, im Gegensatz zu einem Drucksensor, der den Druck erfasst und ein Signal erzeugt.

Was ist der Unterschied zwischen einem Druckmessumformer und einem Drucktransmitter?

Diese beiden Begriffe werden häufig synonym verwendet. Ein Druckmessumformer wandelt jedoch den Druck in ein elektrisches Signal um, und ein Druckmessumformer kann dieses Signal auch verstärken, verändern und weiterleiten.

Was misst ein Druckmessumformer?

Ein Druckaufnehmer misst die Kraft, die pro Flächeneinheit auf ihn ausgeübt wird, und wandelt sie in ein elektrisches Ausgangssignal um, das von einem Instrument oder einem Steuersystem gelesen werden kann.

Wie verwendet man einen Druckmessumformer?

Um einen Druckmessumformer zu verwenden, müssen Sie die Art der Flüssigkeit oder des Gases bestimmen, den geeigneten Messumformer auswählen, ihn installieren und kalibrieren, um genaue Messwerte zu erhalten.

Wie funktioniert ein Differenzdruckmessumformer?

Diese Art von Messwertgebern misst den Druckunterschied zwischen zwei Punkten und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um, das bei der Durchflussmessung und der Erkennung von Flüssigkeitsständen verwendet wird.