KEM Konstruktion 11.2018

AUTOMATISIERUNG
PRODUKTTEST
PRODUKTTEST
Typische Anordnung zur
Durchflussmessung
nach dem Differenzdruckverfahren
Materialermüdung und Hysterese nahezu ausgeschlossen
Differenzdrucksensoren für die Industrie
Differenzdrucksensoren mit kleinen Druckbereichen von wenigen Millibar werden häufig in Rohrleitungen und
Strömungskanälen eingesetzt. Durch eine künstliche Verengung in der Strömungsleitung, z. B. mittels einer Blende
oder eines laminaren Strömungselements, kommt es zu einem Druckabfall, der ein Maß für den Volumendurchfluss
ist und mit einem Differenzdrucksensor gemessen werden kann. First Sensor entwickelt und produziert Standard -
produkte sowie kunden spezifische Lösungen für Anwendungen in der Industrie, Medizin technik und dem Mobility-
Bereich. Jetzt stellt sich der Sensorikspezialist mit seinen Differenzdrucksensoren dem Test der Leser.
Hauke Dierksheide, Product Manager Differenzdrucksensoren bei First Sensor in Puchheim
Typische Anwendungsfälle für Differenzdrucksensoren finden
sich in der Messtechnik, industriellen Steuerungs- und Regelungstechnik
sowie HVAC-Systemen, die die Energiekosten minimieren
und bestimmte gesetzliche Auflagen erfüllen müssen. Hier
sind Differenzdrucksensoren für die Messung von Luftströmungen,
der Filterüberwachung oder der Brennersteuerung im Einsatz. Man
unterscheidet zwischen piezoresistiven (membranbasierten) und
thermischen (durchflussbasierten) Differenzdrucksensoren.
Membranbasierte Differenzdrucksensoren
Piezoresistive Drucksensoren auf Siliziumbasis bestehen aus einer
dünnen Membran, in die Widerstände in Form einer Wheatstone-
Brücke eingebettet sind. Bei einer Druckbelastung verändern sich
die elektrischen Widerstände unter dem Einfluss der mechanischen
Spannungen (piezoresistiver Effekt). Wird die Wheatstone-Brücke
mit einer elektrischen Spannung versorgt, erhält man ein druckproportionales
Sensorausgangssignal.
Silizium bietet besondere Vorteile zur Herstellung piezoresistiver
Drucksensorchips. Aufgrund der Einkristallstruktur zeigt es keine
plastische Verformung, die Membran kehrt nach einer Druckbelastung
ohne Deformation in den Ursprungszustand zurück. Materialermüdung
und Hystereseeffekte sind damit nahezu ausgeschlossen.
Die Halbleiterwiderstände der Siliziummembran reagieren sehr
empfindlich schon auf geringste Druckbelastungen bzw. Druckänderungen
und erlauben Messbereiche von wenigen Millibar.
Durchflussbasierte Differenzdrucksensoren
Diese Differenzdrucksensoren arbeiten nach dem Prinzip der thermischen
Massendurchflussmessung von Luft durch einen kleinen,
im Sensorchip integrierten Strömungskanal. Bei diesem Messprinzip
ist ein Heizelement zwischen zwei temperaturempfindlichen Widerständen
angeordnet, die sich stromaufwärts und stromabwärts
befinden. Durch einen Gasstrom verschiebt sich das Temperaturprofil
in Richtung des stromabwärts gelegenen Widerstands. Zwischen
den beiden Widerständen ergibt sich eine Temperaturdifferenz, die
ein zum Massendurchfluss proportionales Spannungssignal erzeugt.
Da die Strömung durch den Sensor aufgrund des Druckunterschiedes
zwischen den beiden Anschlüssen des Sensors verursacht
wird, ist das Ausgangssignal auch ein Maß für den anliegenden Differenzdruck.
Herkömmliche durchflussbasierte Differenzdrucksensoren versagen
im Langzeiteinsatz oft aufgrund von Verstopfungen. Mit der Verwendung
von Mikroströmungskanälen lässt sich dieses Risiko fast vollständig
beseitigen. First Sensor bietet beide Technologien. Für den
Produkttest in Kooperation mit KEM Konstruktion und elektro AUTO-
MATION stellt First Sensor zwei seiner Produktserien aus dem Bereich
Drucksensoren zur Verfügung.
Bild: First Sensor
72 K|E|M Konstruktion 11 2018