Medienkompatible Drucktransmitter für hydraulische Anwendungen
04.12.2015 -
Seit Jahren haben sich für die Druckmessung in hydraulischen Anlagen Transmitter aus Edelstahl bewährt, bei denen das Messmedium durch eine Ölvorlage von der Silizium-Druckmesszelle getrennt ist. Die ölgefüllte, druckempfindliche Kammer schützt dabei die Siliziumzelle und macht den Sensor medienkompatibel. Diese Sensoren sind für Absolut- und Relativdruckmessungen geeignet und werden unter anderem in mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt.
Der Begriff Transmitter bezeichnet einen Sensor, der auf feste Ausgangswerte kalibriert, temperatur- kompensiert und einbaufertig gehäust ist. Basis der meisten modernen Drucktransmitter bildet eine Siliziummesszelle, die auf ein Keramiksubstrat aufmontiert ist.
Messzelle mit Gelabdeckung - Fehler durch Feuchtigkeit
Die Membranoberseite der Siliziummesszelle hat zur Kontaktierung mit dem Träger kleine Metallflächen (Bondpads) aus hochreinem Aluminium, die jedoch nicht korrosionsbeständig sind. Zum Schutz werden diese Kontaktflächen nach dem Anbringen der Golddrähte (Drahtbonden) mit einem Überzug aus weichem Silikongel überzogen. Es gibt Gele, die zum Beispiel gut gegen Wasser, Öle oder Alkohole, etc. schützen, aber es gibt kein Gel, das einen universellen Schutz gegen beliebige Medien gewährleisten kann. Dies ist insbesondere bei Materialien von großem Nachteil, deren Zusammensetzung man nicht kennt.
Ein weiterer Nachteil der Gelmaterialien ist überdies ihr hygroskopisches Verhalten. In den Gelen kann durch direkten Kontakt mit Flüssigkeiten oder durch Kondensation Feuchtigkeit eingelagert werden, die im Laufe der Zeit bis auf die Siliziumschicht diffundiert. Hier verursacht die Feuchtigkeit neben der erwähnten Korrosion eine hochohmige Verbindung zwischen den auf verschiedenen Potentialen liegenden Leiterbahnen, wodurch die Messwerte verfälscht werden können.
Das bedeutet: Die übliche Messzellenkonstruktion mit Gelüberzug kann nicht oder nur unter erheblichen Einschränkungen zur Messung von Flüssigkeiten oder aggressiven Gasen benutzt werden.
Drucksensoren mit Ölvorlage
Dieser Nachteil der Siliziummesszelle kann für die geforderte Medienkompatibilität umgangen werden, indem man die Messzelle in eine ölgefüllte, druckempfindliche Kammer einbaut.
Die Relativtransmitter unterscheiden sich dabei von den Absolutdrucktransmittern durch den Rückseitenzugang der relativen Messzelle. Die Kammer aus Edelstahl wird mit einer dünnen Trennmembrane ebenfalls aus Edelstahl druckdicht abgeschlossen. Diese wird in Abhängigkeit vom anliegenden Druck deformiert. Da der Zwischenraum zwischen Messelement und Trennmembran mit Öl als Druckmittler gefüllt ist, wird der induzierte Druck auf die Siliziummesszelle weitergegeben und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Öl in der Ölvorlage ist so gewählt, dass es sich gegenüber der Siliziummesszelle innert verhält; es kommt zu keinerlei chemischen Reaktionen.
Universell einsetzbar
Da der größte Teil der Medien, von Wasser, Ölen, Lösungsmitteln, Alkohole, Kraftstoffen, Laugen bis hin zu mittelaggressiven Flüssigkeiten die Stahlkammer mit der Trennmembran nicht schädigen, können die Sensoren mit Ölvorlage in allen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Medien gemessen werden soll, die mit Edelstahl verträglich sind.
Bei den meisten medienkompatiblen Drucktransmittern, ist die Messzellenoberseite durch die Ölvorlage gegen die zu messenden Medien geschützt, die Messzellenrückseite jedoch nicht. Da die Rückseitenmaterialien jedoch gegen Luft und oft auch gegen Feuchte unempfindlich sind, kann mit solchen Sensoren eine Relativdruckmessung, zum Beispiel auch gegen die gesättigte Umgebungsluft durchgeführt werden.
Absolutdruckmessungen sind für die Sensoren mit Ölfüllung ganz und gar unkritisch, da die Rückseite der Messzelle unter Vakuum abgeschlossen und keinem Medium ausgesetzt ist. Mit Absolutdrucksensoren wird immer gegen Vakuum gemessen.
Für Kunden, die den Drucktransmitter für ein eigenes Gehäuse ohne Stecker und ohne Gewinde benötigen, werden die Drucksensoren in vielfältigen Variationen angeboten.
Modularer Drucktransmitter
Bei der U5200-Serie von AMSYS handelt es sich um Drucktransmitter, die in kompakter Form aufgebaut sind und als medienkompatibel in kritischen Druckmessungen eingesetzt werden können. Das Anwendungsspektrum reicht von der Filterkontrolle über Durchflussmessung bis zu Füllstandsmessungen in flüssigen und kritischen gasförmigen Medien.
Der U5200 zeichnet sich durch seine modulare Konstruktion aus, die eine große Anzahl von Varianten gestattet. Er ist gegen 10 V/m EMV-Einstrahlung abgesichert und hat am Eingang einen Schutz gegen Unterdruck und am Ausgang einen Kurzschluss-Schutz. Durch seine kompakte Bauweise, durch seinen Wetterschutz und seinen Temperaturbereich von -40 bis 125°C eignet er sich auch für mobile Arbeitsmaschinen.
Die abgeglichenen Sensoren der U5200-Baureihe übertreffen die CE-Richtlinien für die Schwerindustrie und sind entsprechend zertifiziert (IEC61000). Sie werden als Absolutdruck- Sealed- und Relativdrucktransmitter in verschiedenen Varianten für die Druckbereiche zwischen 0 - 2 PSI bis 0 - 10kPSI angeboten. Wahlweise auch in Bar (0 - 140 mbar bis 0 - 700 Bar). Die Transmitter zeichnen sich im mittleren Druckbereich durch einen Gesamtfehler (Total Error Band) von ±0,75 Prozent FS aus.
Die U5200 werden mit vielfältigen Druckanschlüssen und verschiedenen Stecker angeboten. Sie sind mit verschiedenen industriellen Analogausgängen lieferbar (unverstärkt, verstärkt: 0,5-4,5 V (ratiometrisch),0 - 5 V, 1-5 V, 1 - 6 V, 0 -10 V und 4 -20 mA (für den Zweidraht-Betrieb)).
Die robusten Drucktransmitter vertragen eine Schockbelastung bis 50g (MIL-STD 202G) und Vibrationskräfte bis ±20g (MIL-STD-810C).
Kontakt
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