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Druckaufnehmer

Einführung zu Druckaufnehmern und Drucktransmittern

Ein Druckaufnehmer oder Drucktransmitter ist ein Messwertaufnehmer, der einen Druck in ein analoges elektrisches Signal umformt. Es gibt verschiedene Messprinzipien für Druckmessumformer. Das gängigste Messprinzip basiert auf einem Druckaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen (DMS).

Bei Aufnehmern dieses Typs wird der Druck durch die mechanische Verformung eines Dehnungsmessstreifens, der starr mit der Membran des Drucktransmitters verbunden ist, in ein elektrisches Signal umgeformt. Schaltungstechnisch sind diese Drucksensoren meist als Wheatstone'sche Brücke ausgeführt. Der auf die Membran des Druckaufnehmers wirkende Druck verformt die Membran, was wiederum zu einer Dehnung des DMS führt. Diese Dehnung erzeugt eine Widerstandsänderung, die proportional zum wirkenden Druck ist.

Wenn Sie ein Kalibrierzertifikat für Ihre Druckaufnehmer benötigen, wenden Sie sich bitte an den OMEGA Kalibrierungsdienst.



Druckaufnehmeranschlüsse

Weitere Informationen über Druckaufnehmer

Verdrahtung eines Drucktransmitters mit mA-Ausgang

Elektrischer Ausgang des Druckaufnehmers

Druckaufnehmer werden mit folgenden elektrischen Ausgangssignalen angeboten: Millivolt, Volt und 4-20 mA. Die folgende Übersicht beschreibt diese Ausgangsarten und ihre typischen Anwendungen.

Verdrahtung eines Drucktransmitters mit mV-Ausgang

Drucktransmitter mit mV-Ausgang

Druckaufnehmer mit Millivolt-Ausgang sind meist kostengünstig. Sie haben einen typischen Nennausgang von 30 mV. Das Ausgangssignal ist direkt proportional zur Eingangs- oder Speisespannung des Drucktransmitters. Schwankungen der Versorgungsspannung wirken sich damit direkt auf das Ausgangssignal aus. Wegen dieser Abhängigkeit von der Speisespannung sollte für diese Art von Drucktransmittern eine stabilisierte Spannungsversorgung eingesetzt werden. Außerdem eignen sich diese Messumformer aufgrund des niedrigen Ausgangssignalpegels weniger gut für Umgebungen mit starken elektrischen Störsignalen. Die Entfernung zwischen Druckaufnehmer und Anzeigegerät sollte relativ gering gehalten werden.

Verdrahtung eines Drucktransmitters mit V-Ausgang

Drucktransmitter mit V-Ausgang

Druckaufnehmer mit Spannungsausgang im V-Bereich besitzen einen integrierten Signalverstärker, der die mV-Spannung des Aufnehmers auf ein standardisiertes Spannungssignal anhebt. Üblich sind Ausgangsspannungen von 0-5 V DC oder 0-10 V DC. Bei diesen Messumformern ist das Ausgangssignal in der Regel nicht von der Versorgungsspannung abhängig. Daher kann eine ungeregelte Spannungsversorgung eingesetzt werden, solange die Spannung innerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Die höhere Ausgangsspannung dieser Messumformer macht sie weniger anfällig für elektrische Störeinflüsse als dies beim mV-Ausgang der Fall ist, so dass diese Messumformer bevorzugt in industriellen Umgebungen eingesetzt werden.

Drucktransmitter mit 4-20 mA-Ausgang

Diese Druckaufnehmer werden auch als Drucktransmitter bezeichnet. Da das 4-20-mA-Signal am wenigsten durch elektrische Störungen und den Leitungswiderstand beeinträchtigt wird, eignen sich diese Druckaufnehmer besonders für größere Übertragungsentfernungen. In typischen Anwendungen kann der Abstand zwischen Aufnehmer und Anzeigegerät mehrere hundert Meter betragen.

Auswählen eines Drucktransmitters

Die Entscheidung für einen Druckaufnehmer- oder Drucktransmitter-Typ kann für Druckaufnehmer von OMEGA mit dem Produktfinder eingegrenzt werden. Es werden folgende Kriterien berücksichtigt:
  • Druckbereich: bar, psi
  • Max. Betriebsdruck: 0,05 bis >10.000
  • Druck-Art: Relativ, Absolut, Differentiell, Vakuum, Bidirektional
  • Ausgang: Millivolt, V, Milliampere, USB
  • Mindestgenauigkeit (% Endwert): 0,15% bis 1% des Endwerts
  • Transmitterausführung: für allgemeine Anwendungen, bündige Membran, hohe Genauigkeit, für hohe Beanspruchung/Industrieausführung, für Leiterplatten, für Luft- und Raumfahrt, für Sonderaufgaben, explosionsgeschützt, hygienegerecht, eintauchbar
  • Zulassungen: CE, FM, RoHS, CSA, MSHA, ATEX, A3
Druckaufnehmer PXM309 mit Kabelanschluss Druckaufnehmer PXM319 mit Mini-DIN-Steckverbinder Druckaufnehmer PXM359 mit M12-Steckverbinder Druckaufnehmer PXM409-USBH mit schneller USB-Schnittstelle
     
Druckaufnehmer PXM309 mit Kabelanschluss Druckaufnehmer PXM319 mit Mini-DIN-Steckverbinder Druckaufnehmer PXM359 mit M12-Steckverbinder Druckaufnehmer mit schneller USB-Schnittstelle

 
Hier geht es zum Produktfinder.

Weitere Informationen über die bei der Auswahl zu berücksichtigenden Kriterien finden Sie in dem Artikel Praxisbezogene Auswahlkriterien für Drucktransmitter (engl.), der umfassend die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten erläutert.

Wählen Sie den idealen Druckaufnehmer für Ihre Anwendung

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Druckaufnehmer zur Leiterplattenmontage Druckaufnehmer zur Leiterplattenmontage
Druckaufnehmer zur Leiterplattenmontage sind kompakte, kostengünstige Druckaufnehmer, die für die Montage auf Leiterplatten ausgelegt sind und in andere Produkte integriert sind.
Drucktransmitter für allgemeine Anwendungen Druckmessumformer für allgemeine Anwendungen
Drucktransmitter für allgemeine Anwendungen stellen wegen ihrer großen Bandbreite von Einsatzgebieten den größten Teil der Drucktransmitter.
Drucktransmitter für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen Druckmessumformer für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen
Drucktransmitter für hohe Beanspruchung/industrielle Anwendungen haben ein robusteres Gehäuse als Universalausführungen. Sie sind für die starke Beanspruchung in rauen industriellen Umgebungen ausgelegt. Wegen der elektrischen Störsignale, die für industrielle Umgebungen typisch sind, besitzen diese Messumformer in der Regel einen 4-20-mA-Ausgang.
Eintauchfähige Pegelsonde für Füllstands- und Pegelmessungen Eintauchfähige Druckaufnehmer
Eintauchfähige Druckaufnehmer eignen sich für hochgenaue Messungen von Pegel, Füllstand oder Tiefe von Wasser oder anderen für den Kontakt mit Edelstahl geeigneten Flüssigkeiten. Sie bieten langjährige Betriebssicherheit in rauer Industrieumgebung. Außerdem werden sie auch häufig in der Überwachung von Umgebungsbedingungen an Arbeitsplätzen und im Messfeld eingesetzt.
Hochstabile Differenzdrucktransmitter Bauart nass/trocken Hochstabile Differenzdrucktransmitter Bauart nass/trocken Differenzdrucktransmitter
Drucktransmitter für Differenzdruck messen den Druckunterschied zwischen zwei Medien. Das Medium kann nass (Flüssigkeiten) oder trocken sein (Luft). Oft werden diese Drucktransmitter auch für die Durchflussmessung eingesetzt.
Druckaufnehmer mit hoher Genauigkeit Druckaufnehmer mit hoher Stabilität und hoher Genauigkeit
Die meisten Druckaufnehmer haben eine Genauigkeit von 0,25% des Endwerts oder besser. Druckaufnehmer mit hoher Stabilität und hoher Genauigkeit erreichen je nach Modell Genauigkeiten im Bereich von 0,05% des Endwerts. Wenn eine hohe Genauigkeit gefordert ist, sind sie trotz ihres höheren Preises als Allzweck-Ausführungen oft die einzige Option.
Druckaufnehmer mit bündiger Membran Druckaufnehmer mit bündiger Membran
Bei einem Druckaufnehmer mit bündiger Membran schließt die Membran bündig mit dem Prozess ab. Dadurch wird verhindert, dass sich im Übergangsbereich des Druckanschlusses an der Kavität Ablagerungen des Prozessmediums absetzen können. Bei bestimmten Anwendungsbereichen ist das möglicherweise nicht erwünscht. Zu diesen Anwendungsgebieten gehört die Drucküberwachung bei Lebensmitteln oder flüssigen Medien mit sehr hoher Viskosität.
Spezial-Messwertaufnehmer Spezial-Messwertaufnehmer
OMEGA bietet eine Reihe von Druckaufnehmern für spezielle Anwendungen an. Dazu gehören Drucktransmitter mit erweitertem Temperaturbereich (sehr hohe oder niedrige Temperaturen), eintauchfähige Drucktransmitter, Messumformer für barometrischen Druck und Drucktransmitter mit digitalem Ausgang oder drahtloser Signalübertragung.

Häufig gestellte Fragen

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Woran lässt sich oft erkennen, ob ein Transmitter einem zu hohen Druck ausgesetzt war?

In vielen Fällen ist eine Nullpunkverschiebung in positive Richtung ein deutliches Anzeichen für eine zu hohe Druckbelastung des Druckaufnehmers. Oft liegt diese Verschiebung in einem Bereich von 5-6 mA, sie kann sogar noch höher ausfallen. Das Maximum wird bei 24 mA erreicht.



Auswahlkriterien

Bei der Auswahl des Transmittergehäuses sind elektrische Aspekte (die Klassifizierung des Einsatzbereichs) sowie die die Korrosionsbeständigkeit in der gegebenen Anwendung zu berücksichtigen. Entsprechend dieser Anforderungen werden korrosionsbeständige Materialien, Beschichtungen und der Einsatz von Druckmittlern erforderlich, die später in diesem Kapitel besprochen werden.

Bei der Montage in Bereichen, in denen explosionsfähige Gase oder Dämpfe auftreten können, müssen Aufnehmer und Spannungsversorgung für diese Umgebung geeignet sein. Um diesen Ex-Schutz zu erreichen, werden sie in einem druckfest gekapselten oder luftgespülten Gehäuse eingesetzt, oder es wird eine eigensichere Ausführung verwendet.

Das wahrscheinlich wichtigste Einzelkriterium bei der Auswahl eines Druckaufnehmers ist der Messbereich. Dabei müssen zwei technische Aspekte gegeneinander abgewogen werden: die Genauigkeit des Druckaufnehmers und der Schutz gegen Überdruck. Unter dem Gesichtspunkt einer hohen Genauigkeit sollte der Bereich des Drucktransmitters möglichst niedrig sein (mit dem normalen Betriebsdruck ungefähr in der Mitte des Bereichs), um den als Prozent des Endwerts angegebenen Fehler klein zu halten. Andererseits kann der Druckaufnehmer durch Überdruck beschädigt werden, wenn er nicht dafür ausgelegt ist. Dieser Überdruck kann zum Beispiel durch Betriebsstörungen, Bedienfehler, Wasserhammer oder mangelnde Isolierung des Aufnehmers bei Druckprüfungen oder beim Hochfahren auftreten. Daher ist es wichtig, nicht nur den erforderlichen Bereich, sondern auch den erforderlichen Schutz gegen Überdruck zu spezifizieren.

Die meisten Druckaufnehmer verfügen über einen Überdruckschutz, der bei 50% bis 200% des Bereichs (Abbildung 3-12) einsetzt. Damit ist in der Mehrzahl aller Anwendungen ein ausreichender Schutz gegeben. Wenn mit höheren, kurzzeitigen Überdrücken zu rechnen ist (Druckspitzen mit einer kurzen Dauer von bis zu einer Sekunde), kann eine Druckspitzensicherung installiert werden. Damit werden Druckspitzen effektiv ausgefiltert, jedoch zu Lasten der Ansprechzeit. Wenn für einen längeren Zeitraum mit einem hohen Überdruck zu rechnen ist, kann der Sensor durch ein Überdruckventil geschützt werden. Wenn das Überdruckventil anspricht, ist jedoch kein Messwert verfügbar.

Kühlelement für Messungen bei hohen Temperaturen Wenn der Transmitter bei hohen Temperaturen betrieben werden muss, kann das Gehäuse elektrisch (mit Peltier-Elementen) oder Wasser gekühlt werden. Alternativ kann je nach Anwendung eine Verlegung in einen klimatisierten Bereich in Betracht gezogen werden. Umgekehrt kann bei der Installation in Bereichen, in denen mit Frost zu rechnen ist, eine elektrische Begleitheizung oder Dampfheizung mit einer Isolierung kombiniert werden.

In diesem Whitepaper befassen wir uns näher mit beiden Ansätzen zur Druckmessung in Medien mit hohen Temperaturen. Bei hohen Prozesstemperaturen gibt es verschiedene Lösungsansätze, um den Druckaufnehmer gegen das Prozessmedium zu isolieren. Dazu gehören zum Beispiel Siphons, Druckmittler mit einem Trennmedium zur abgesetzten Montage oder das Spülen.

Umwandeln von Strom- und Spannungssignalen auf technische Einheiten wie Bar


In vielen Anwendungen muss das Messsignal - eine Spannung oder ein Strom - in einen Wert in einer technischen Einheit wie Bar, Liter/Minute usw. umgesetzt werden, der für Bediener aussagefähig ist. Wenn zum Beispiel mit einer Lastzelle eine Kraft oder ein Gewicht gemessen wird, ist die Angabe in Kraft- oder Gewichtseinheiten für den Bediener direkt verständlich, im Gegensatz zu einer kleinen Spannung im Millivoltbereich, die eine Lastzelle üblicherweise ausgibt. Andere Beispiele sind Druckaufnehmer zur Messung des Drucks in Bar, Durchflussmesser zur Anzeige in L/min oder ein Senor für relative Feuchtigkeit, dessen Signal in Prozent r. F. umgerechnet wird.

Diese Skalierung lässt sich für jeden Sensor einfach ausführen, und die Formel ist auf alle Anzeige- und Datenerfassungsmethoden gleich anwendbar: Aber zunächst die Gleichung:

f(x) = mx + b, oder y = mx + b

Dabei gilt: <br>y ist der Ausgangswert in TECHNISCHEN EINHEITEN
m ist die Steigung oder der SKALIERUNGSFAKTOR
x ist der EINGANGSWERT (mV, Volt, usw.) und
b der OFFSET

BEISPIEL

In einer typischen Anwendung misst der Druckaufnehmer einen Druck von 0-5 bar und diesen mit einem Ausgangssignal von 1-5V DC aus.

Zuerst bestimmen wir die einzelnen Komponenten der Gleichung y=mx+b, um die Werte für y zu berechnen.

x = 4 (da 1-5 V eine Spanne von 4 Volt ergibt. Bei einem Ausgangsbereich von 0-10 V DC wäre X = 10)
m = 1,25 (teilen Sie die Spanne der Einheiten durch die Spanne des Spannungssignals: 0-5/1-5 = 1,25), was den Steigung von Bar/Volt ergibt
B = -1,25 (da das Ausgangsignal nicht bei 0 beginnt, sondern bei 1 Volt) Oben haben wir einen Wert von 1,25 bar/V erhalten, daher gilt: 1 V = -1,25). Bei einem Ausgangssignal des Sensors von 0-5 V DC wäre der Offset gleich 0.

Um zu prüfen, dass die Werte korrekt sind, setzen Sie die Werte in die Gleichung ein. Ein Ausgangssignal von 5 sollte einen Druck von 5 bar ergeben, und ein Signal von 1 Volt einen Druck von 0 bar.

y=1,25 *5 + (-1,25) = 5 bar
y=1,25 * 1 + (-1,25) = 0 bar

Geben Sie diese Werte einfach in die entsprechenden Felder Ihrer Datenerfassungs-Software ein, und Ihre Messwerte werden nun in Bar anstatt in Volt angegeben. Natürlich muss die Software dafür die lineare Skalierung unterstützen, oder zumindest die Berechnung von y = mx + b.