Drucksensoren in Anlagen oder Maschinen messen den Druck von Flüssigkeiten oder Gasen aller Art, die durch die Anlagen fließen. Eine Membran als druckempfindliches Element bildet die wichtigste Komponente im Inneren der Sensoren. Erfährt die Membran einen Druckaufschlag, dann dehnt sie sich aus. Diese Ausdehnung lässt sich präzise messen und somit der aktuell anliegende Druck berechnet werden.

Zur exakten Druckmessung gibt es drei Arten von Drucksensoren oder Druckmesstechniken:

• Piezoresistive Drucksensoren mit einer speziellen Schaltung aus Silizium: Diese ist unter der Membran montiert, umgeben von nicht kompressiblem Silikonöl. Eine Druckveränderung auf die Membran bewirkt eine messbare Veränderung des elektrischen Widerstands in der Schaltung.
• Piezoelektrische Drucksensoren basieren auf der Nutzung eines Kristalls, beispielsweise aus Quarz aufgebrachter Druck erzeugt in ihnen eine gut messbare, proportionale elektrische Ladung.
• Kapazitive Drucksensoren funktionieren dagegen wie ein Plattenkondensator. Sie bestehen aus einer Membran und einem Substrat, die hermetisch abgeschlossen wie Anode und Kathode wirken. Druck auf der Membran reduziert deren Abstand und lässt Elektronen übertreten. So entsteht eine messbare Kapazitätsveränderung, die der Druckveränderung entspricht.

Die verschiedenen Techniken haben jeweils eigene Anwendungsgebiete:

• Piezoresistive Drucksensoren kommen bei der Messung statischer Drücke zur Anwendung.
• Piezoelektrische Drucksensoren eignen sich optimal für die Messung von dynamischen Drücken und hohen statischen Drücken mit geringen Druckschwankungen. Auch bei quasi-statischen Drücken unter sehr hohen beziehungsweise sehr niedrigen Temperaturen werden sie verwendet.
• Kapazitive Drucksensoren – besonders solche aus Keramik – sind ebenfalls für extreme Umgebungsbedingungen oder aggressive Stoffe ausgelegt.

Keramik macht die Sensoren immer sehr robust. Für weniger harte Umgebungsverhältnisse können Drucksensoren aber genauso aus Metall oder, wie unsere PSC-Drucksensoren, aus Edelstahl gefertigt sein.

Wo kommen Drucksensoren zum Einsatz?

Der Anwendungsbereich dieser Sensoren ist enorm. Bei Ihnen zu Hause finden Sie sie zum Beispiel zur Wasserstandsmessung in diversen Geräten oder in der Kaffeemaschine. Die Sensoren stecken genauso in Medizintechnik wie Beatmungsgeräten oder in landwirtschaftlichen Maschinen. Zahlreiche industrielle Anwendungen finden sich in Automatisierungsprozessen, Hydrauliklösungen, in Kühlsystemen oder in der Robotik.

Die Sensoren sind dabei oft ein Teil weiterer Komponenten wie Druckschalter oder Druckmesswandler.

Druckschalter

Je nach Ausführung zeigen Druckschalter die vom Sensor gemessenen Druckwerte an oder lösen bei einem bestimmten Druck eine Reaktion aus. Dazu besitzt unser Druckschalter TSE3-D ein Display zur Einstellung der Schaltdrücke und zur Anzeige des aktuellen Druckwertes und weiterer Daten. Druckschalter wie der TS51 besitzen eine intuitiv bedienbare Schaltpunkteinstellung ohne Display. Sie lösen bei Erreichen der einfach zu wählenden Schaltdrücke zuverlässig und reaktionsschnell eine Ab- oder Einschaltung aus.

Druckmesswandler

Druckmesswandler (auch bekannt als Druckmessumformer oder Drucktransmitter) geben stetig mit hoher Genauigkeit eine direkte Rückmeldung über den gemessenen Systemdruck ab. Es können sowohl Absolut- als auch Differenzdrücke erfasst werden. Ihre Meldung erfolgt über einen analogen oder digitalen Ausgang.

Anwendungsbeispiele für Drucksensoren

Die folgenden Beispiele zeigen konkret, wo und wie Drucksensoren arbeiten.

Verbrennungsmotoren

In Fahrzeugen befinden sich zahlreiche Drucksensoren. Damit Autos oder Lkw überhaupt fahren können, benötigen sie diese Bauteile vor allem an oder in ihren Motoren. Die Sensoren überwachen die Kraftstoffverbrennung in den Zylindern der Antriebe.

Für einen optimalen Lauf und lange Haltbarkeit benötigen die Aggregate immer eine exakt dosierte Kraftstoffzufuhr. Zu wenig oder zu viel Kraftstoff schadet den Motoren bis hin zum Totalausfall. Damit dies nicht geschieht, besitzen die Motoren Drucksensoren. Sie messen den Druck im Motor bei der Kraftstoffzufuhr. Wenn er von den vorgegebenen Werten der Hersteller abweicht, geben sie ein Warnsignal aus.

Hydraulikfilter

Hydraulikaggregate wie unser Mini-Hydraulikaggregat SMA 05 erhalten Sie optional mit verschiedenen Rücklauffiltern. In diesen Filtern haben wir Drucksensoren (oder genauer: Differenzdrucksensoren) installiert. Über die Druckmessung erkennen die Sensoren den Verschmutzungsgrad der Filter. So sind Sie jederzeit im Bilde, wann ein zu stark verschmutzter Filter schnell ersetzt werden sollte und das Aggregat weiterhin tadellos läuft.

Wie finden Sie den richtigen Drucksensor?

• Zunächst müssen Sie die Art des zu messenden Drucks betrachten. Ist es ein absoluter, ein relativer Druck oder ein Differentialdruck? Die Druckart bestimmt die Auswahl, besonders bei der Sensortechnologie.
• Für die Messung eines Absolutdrucks herrscht auf einer Membranseite ein Vakuum. Die Membranverformung entspricht dann genau dem Messdruck.
• Zur Messung eines relativen Drucks genügt normaler Luftdruck auf der relevanten Membranseite. Ihre Verformung zeigt präzise den Unterschied zwischen Mess- und Umgebungsdruck.
• Differentialdrucksensoren besitzen gleich zwei Eingänge an jeder Membranseite. Hier entsteht die Verformung durch den Druckunterschied zwischen den zwei Eingängen.
• Der nächste Blick gilt dem Messbereich eines Drucksensors. Er muss natürlich dem des vorhandenen Druckbereichs entsprechen. Planen Sie dabei auch gelegentliche Druckabweichungen ein.
• Außerdem sollten Sie die Funktionstemperatur beachten. Unsere Drucksensoren arbeiten verlässlich in einem Fluidtemperaturbereich von -20 bis +80° C. Dabei kann die Umgebungstemperatur bis zu 50° C betragen.
• Danach muss das Ausgangssignal des Sensors oder der Komponente zu Ihren Messschleifen oder Regelkreisen passen.
• Zuletzt achten Sie dann noch auf die Konfigurierung des Sensors. Die Mehrzahl der Sensoren besitzt ein Gewinde in unterschiedlichen Weiten für eine einfache Installation auf Rohren oder Tanks. Bei Bedarf finden Sie aber ebenso Sensoren mit Flanschen, zum Verlöten auf Leiterplatten oder front bündige Membransensoren.

Die richtige Auswahl von Drucksensoren, anderen Teilen und Lösungen für die Fluidtechnik

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