Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer

by STS Sensors on December 1, 2016
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 Medienkompatibilität Druckumformer STS


Bei der Wahl des richtigen Drucktransmitters für individuelle Anwendungen gibt es neben dem zu messenden Druckbereich oder den Temperaturbedingungen eine Vielzahl Kriterien, die beachtet werden müssen. Dazu gehört auch das Thema Medienkompatibilität: Das Gehäuse und der Prozessanschluß muss den Umgebungsbedingungen standhalten, damit der Sensor langfristig seinen Dienst ausführen kann.

Die Materialwahl folgt dabei zwei wichtigen Überlegungen: Einerseits geht es um die chemische Verträglichkeit mit den Kontaktmedien. Anderseits spielen auch präventive Überlegungen eine wichtige Rolle. Denn es muss nicht nur geklärt werden, ob der Druckmessumformer über lange Zeit funktional bleibt. Es gilt auch zu klären, ob es aufgrund der verwendeten Materialen im Druckmessumformer selbst zu Gefahren kommen kann, wenn diese in Kontakt mit bestimmten Stoffen kommen – die Pharmaindustrie wäre hier ein auf der Hand liegendes Beispiel. Im Folgenden zeigen wir auf, welche Medienunverträglichkeiten mit welchen Materialien bestehen und welche Lösungen es dafür gibt.

Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Dichtungsmaterial & Kabel

Nicht nur das Gehäusematerial selbst muss in die Betrachtungen zur Medienkompatibilität einbezogen werden. Auch weitere Elemente des Druckmessumformers kommen in Kontakt mit den Umgebungs- bzw. den Prozessmedien. Diese Materialien sind gesondert zu betrachten.

Die meisten Druckmessumformer sind mit einer Dichtung aus Elastomer versehen. Hier besteht das Problem, dass sich das Elastomer auflösen kann, wenn es in Kontakt mit aggressiven Medien wie beispielsweise Biodiesel kommt. In diesem Fall sollte ein frontbündig verschweisster, elastomerfreier Sensor verwendet werden.

Ein weiterer Gesichtspunkt sind die Kabel, die zur Übertragung der Messdaten dienen. Nehmen wir den Einsatz einer Tauchsonde in einem Schwimmbad als Beispiel. Aus hygienischen Gründen verwenden Schwimmbäder gechlortes Wasser. Standardmässig werden bei Tauchsonden PE oder PUR-Kabel verwendet. Zwar macht diesen Kabeln Chlorwasser als solches nichts aus, die vom Wasser aufsteigenden Chlordämpfe allerdings schon, da diese vielfach aggressiver sind, als das Wasser selbst. Die Kabel werden also mit der Zeit oberhalb des Wasserspiegels porös (erkennbar an weisslicher Verfärbung) und Wasser dringt ein. In der Folge geht auch der Sensor kaputt. Darum werden hier Teflonkabel verwendet. 

Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Gehäuse

Dickflüssige Medien

Bei dickflüssigen Medien, beispielsweise Lacken, kann es zu Ablagerungen im Dichtungskanal kommen. Um Verunreinigungen vorzubeugen, braucht es für diese Anwendungen glatte, totraumfreie Membrane ohne offenen Druckkanal, damit sich der Sensor rückstandslos reinigen lässt.

Abrasive Medien

Wenn Druckumformer mit abrassiven Medien wie Beton in Berührung kommen, bietet eine einfache Edelstahlmembran keinen ausreichenden Schutz. Daher braucht es eine mit Vulkollanfolie überzogene Membrane.

Galvanische & säurehaltige Flüssigkeiten

Ein verchromter piezoresistiver Drucktransmitter mag vielleicht aus ästhetischer Sicht besser anzusehen sein, praktisch ist er aber nicht. Kommt ein Druckmesser mit Metallgehäuse in einem Galvanikbecken zum Einsatz, wird man mit der Zeit nur noch einen nicht mehr funktionstüchtigen Klumpen Chrom haben. Auch säurehaltige Flüssigkeiten wie Schwefelsäure reagieren mit Metall. Darum werden für galvanische und säurehaltige Flüssigkeiten Kunststoff-Gehäuse verwendet. Die gängigste Lösung ist hier PVDF. Drucktransmitter mit Korrosion

Abbildung 1: Aufgrund falscher Materialwahl zerstörter Drucktransmitter

Meerwasser

Salzwasser (je nach Salzgehalt) verursacht langfristig Lochkorrosion bei Edelstahlgehäusen. Dafür sind die meisten Tauch- und Pegelsonden auch in einer Titanausführung verfügbar.

Offene Gewässer / Blitzschutz

Blitzeinschlag kann man vielleicht nicht unbedingt als Medium bezeichnen, dennoch wollen wir kurz darauf eingehen. Sollte ein Blitz direkt in einem Sensor einschlagen, hilft auch kein Blitzschutz mehr. Ein Überspannungsschutz kann aber ratsam bei Tauchsonden sein, die in offenen Gewässern verwendet werden. So kann einer Überspannung und Beschädigung des Messinstruments durch einen Blitzeinschlag in der näheren Umgebung vorgebeugt werden. Das ist besonders ratsam, wenn Langzeitmessungen in abgelegenen Stellen durchgeführt werden. Der Austausch eines defekten Gerätes ist dann weitaus kostspieliger als ein Überspannungsschutz.

Präventive Medienkompatibilität

Der Siliziumchip eines piezoresisitven Druckumformers ist von einer Übertragungsflüssigkeit umgeben. Dabei handelt es sich in der Regel um Silikonöl. Zwar kommt die Flüssigkeit normalerweise nicht in Kontakt mit den Umgebungsmedien, dennoch muss hier einiges beachtet werden – schliesslich ist ein Defekt des Sensorgehäuses nie vollends auszuschliessen. Je nach Anwendung kann das schwerwiegende Folgen haben.

Stark oxidierende Gase & Flüssigkeiten

Wenn stark oxidierende Gase oder Flüssigkeiten in Kontakt mit Ölen oder Fetten kommen, besteht Explosionsgefahr. Hier müssen alle medienberührenden Teile öl- und fettfrei sein, präventiv auch die Übertragungsflüssigkeit im Sensor.  

Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Hier muss das Silikonöl durch ein lebensmittelverträgliches Öl ersetzt werden, um gesundheitsschädliche oder anderweitig wirkende Kontaminationen auszuschliessen. So würde Bier, das in Kontakt mit Silikonöl gekommen ist, nicht mehr schäumen und das will schliesslich niemand.

Lacke

Nur ein Tropfen Öl kann eine ganze Charge unbrauchbar machen. Auch hier muss eine Alternative gefunden werden.

 

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Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer

 

Medienkompatibilität piezoresistiver Druckaufnehmer: Fazit

Der optimale Druckmessumformer für eine individuelle Anwendung hängt von vielen Faktoren ab. Darum braucht es auf Anbieterseite ein tiefes Verständnis für die jeweilige Kundenapplikation. STS bietet seinen Kunden stets eine bedarfsorientierte, auf alle Aspekte eingehende Beratung, um zuverlässige Lösungen innerhalb kürzester Zeit zur Verfügung zu stellen – auch in geringen Stückzahlen.

 

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