Integration piezoresistiver Messzellen in bestehende Anwendungen

by STS Sensors on December 13, 2016
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 Piezoresistive Messzellen


Das Kernstück eines jeden Drucktransmitters ist die Druckmesszelle. Bei piezoresistiven Drucktransmittern ist das im Wesentlichen die Wheatstonesche Messbrücke. Hier geschieht die primäre Druckmessung durch Verformungen der Dehnungsmessstreifen. Diese Sensorzelle lässt sich auch in bestehende Anwendungen wie Druckschalter oder Druckregler integrieren, wenn es erforderlich ist. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Der häufigste Grund für die Notwendigkeit, eine Sensorzelle anstelle eines Druckmessumformers in eine bestehende Anwendung zu integrieren, ist Platzmangel. In Hydraulikventilen ist beispielsweise nur wenige Kubikzentimeter Platz. Die Integration eines kompletten Druckumformers ist somit in der Regel nicht möglich. Aufgrund Platzmangels gehen einige Anwender den Weg, einen externen Sensor zu nutzen, der an die bestehende Anwendung angeflanscht wird. Diese Herangehensweise ist allerdings umständlich und nicht so optimal wie die Integration der separaten Messzelle in die Anwendung. 

Bei der Wahl der passenden Messzelle für individuelle Anwendungen gelten im Grossen und Ganzen die gleichen Fragen wie bei der Auswahl eines vollständigen Drucktransmitters. Geklärt werden müssen also unter anderem der zu messende Druckbereich, die Temperaturbedingungen sowie die Medienkompatibilität. Bei der Verwendung piezoresistiver Messzellen in bestehenden Anwendungen kommen noch zwei weitere Auswahlkriterien hinzu: Dies sind mechanische und elektrische Überlegungen zur Integration der Sensorzelle.

Das mechanische Auswahlkriterium bezieht sich auf den Einbau der Messzelle in die jeweilige Anwendung. Hier gibt es je nach Anforderung diese Möglichkeiten:

  • einschrauben
  • verschweissen
  • einstecken
  • verklemmen

Auf elektrischer Seite muss geklärt werden, welche Elektronik in der Anwendung genutzt wird, um die elektrische Signalanbindung zu leisten. Unter Umständen kann es sein, dass die in der Anwendung vorhandene Elektronik nicht für die Integration einer Druckmesszelle ausgelegt ist. In diesem Fall muss eine elektrische Signalwandlung separat integriert werden.

Kommen wir zu einem Beispiel aus der Praxis: Ein STS-Kunde wollte ein vorhandenes Präzisions-Hochdruckregelventil für Prüfstandsanwendungen mit einer Möglichkeit zur Druckmessung nachrüsten. Da kein vollständiger Druckmessumformer in das Ventil integriert werden konnte, musste eine einzelne Druckmesszelle gewählt werden. Die Anforderungen hierfür waren, dass sie Drücke bis zu 600 bar abbildet und für einen Signalausgang von 0 bis 100 mV/V bei einer 10 V Speisung ausgelegt ist.

Als Lösung wurde eine Messzelle mit Edelstahl-Druckanschluss und kleiner Kompensationstechnik gewählt. Diese konnte platzsparend und von äusseren Einflüssen geschützt am Ventilkörper unter die bereits vorhandene Abdeckung eingeschraubt werden. Die Bauhöhe beträgt nach Einbau in den Ventilkörper weniger als 30 Millimeter (inklusive Biegeradius Kabel-Litzen). Abgesehen von der minimalen Abmessung, gibt es noch eine weitere Besonderheit: Nullpunkt und Spanne sind durch den Anwender über einen Potentiometer individuell anpassbar. 

Piezoresistive Messzelle mit Edelstahl Druckanschluss
Messzelle mit Edelstahl-Druckanschluss zur Implementierung in Hochdruckregelventil

Beratung ist der Schlüssel

Piezoresistive Messzellen sind die Kernkompetenz von STS. Sie werden komplett inhouse gefertigt, bilden Druckmessbereiche von 100 mbar bis 1000 bar ab und sind in den Materialien Edelstahl, Titan und Hastelloy® verfügbar. Damit kommen sie prinzipiell für fast jede denkbare Messaufgabe in Frage. In Zusammenarbeit mit unseren Ingenieuren erhalten Kunden eine umfassende Beratung zur Integration der geeigneten Messzelle in die bestehende Anwendung.

Topics: Drucktransmitter, Druckmesstechnik, Temperatur Kompensation, Druckmessumformer, Druckaufnehmer

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