Drucksensoren | Druckmesstechnik goes digital

In der Industrie sorgt ein breites Spektrum an Drucksensoren für die Regulierung der mechanischen Messgröße Druck und manchmal auch der Temperatur. Analog und zunehmend digital eignen sie sich für Pneumatik, Hydraulik oder sind elektrisch ausgeführt. Mit IO Link qualifiziert sich ein Drucksensor für Industrie 4.0-Anwendungen, im Dual Channel Prinzip ist er noch flexibler. Wir präsentieren hier solche und andere Neuentwicklungen.

Inhalt

• Drucksensoren 2024 – Das Wichtigste in Kürze
  • Druckmessgerät zur Filter-Überwachung in der Halbleiterindustrie
  • Kompakter Druckmessumformer – bedienerfreundlich über App
  • Druckmessumformer für die Wasserstoff-Herstellung
  • Ultraschneller Druckmessumformer mit IO-Link-Schnittstelle
  • Weltweit kleinster Differenzdrucksensor mit hoher Präzision
  • Dual Channel Prinzip für Drucksensor und Leitfähigkeitssensor
• Archiv für Drucksensoren News
• Häufige Fragen
  
  

Drucksensoren 2024 – Das Wichtigste in Kürze

Drucksensoren werden zunehmend kleiner und folgen dem Trend zur Miniaturisierung bei verbesserte Leistungsfähigkeit. Der Fortschritt in der Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)-Technologie ermöglicht es, kleinere, kostengünstigere und dennoch präzisere Drucksensoren zu produzieren. Diese Miniaturisierung hat neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, etwa in tragbaren medizinischen Geräten, die den Blutdruck überwachen, oder in kleinen Sensoren für die Raumfahrt.

Ein signifikanter Einsatzbereich von Drucksensoren ist die Automobilindustrie. Hier tragen sie wesentlich zur Entwicklung von Sicherheit, Komfort und Unterhaltung bei. Mit der fortschreitenden Entwicklung autonomer und selbstfahrender Autos wird erwartet, dass die Verbreitung von Fahrzeugsensoren weiter wächst.

Im Maschinenbau spielen Drucksensoren eine entscheidende Rolle bei der Predictive Maintenance, indem sie kontinuierlich und in Echtzeit den Druck in Maschinen und Anlagen überwachen. So können Druckänderungen und Anomalien frühzeitig erkannt werden, wie blockierte Filter, Lecks oder andere Effizienzverluste in Drucksystemen. Durch die Analyse der gesammelten Druckdaten können Wartungsteams potenzielle Probleme identifizieren, bevor sie zu schwerwiegenden Ausfällen führen.

Druckmessgerät zur Filter-Überwachung in der Halbleiterindustrie

16.12.2024 | Gemü hat mit dem C33 Hydraline ein neues Druckmessgerät vorgestellt, das speziell für die Anforderungen der Halbleiterfertigung entwickelt wurde. Es bietet präzise Drucküberwachung, zuverlässige Rückdruckregelung und Flüssigkeitsstandsmessung.

Das Gerät verfügt über eine keramische Messzelle und ein innovatives Dichtkonzept, bei dem auf Druckmittlerflüssigkeit verzichtet wird. Dadurch wird eine Verunreinigung des Prozessmediums im Falle einer Leckage ausgeschlossen. Die chemikalienresistente keramische Messzelle gewährleistet zudem zuverlässige Messergebnisse unter den extremen Bedingungen der Prozesstechnik.

Ein zentraler Vorteil ist die PTFE-Sensorhülle, die die Messzelle vollständig umhüllt und ohne medienberührende O-Ringe auskommt. Diese Konstruktion minimiert Trennstellen und verringert die Diffusion, was die Prozesssicherheit erhöht.

Das kompakte und modulare Design des Gemü C33 Hydraline erleichtert die Integration in bestehende Anlagen. Zwei Einbauvarianten – In-Line und Dead-End – bieten Flexibilität, um sowohl platzsparende Installationen als auch den Austausch während des Betriebs zu ermöglichen.

Kompakter Druckmessumformer – bedienerfreundlich über App

01.11.2024 | Mit dem Druckmessumformer Delos S02 von Jumo erhalten Anwender ein kompaktes und zuverlässiges Kraftpaket, das durch einfache Konfiguration sowie hohe Prozesssicherheit und Präzision überzeugt. Zur Schnittstellenausstattung gehören neben dem klassischen Analogausgang auch moderne digitale Technologien wie IO-Link und SPE.

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Druckmessumformer für die Wasserstoff-Herstellung

05.03.2024 | Der Druckmessumformer Jumo Siras P21 misst zuverlässig und präzise in Wasserstoff und anderen Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen. Digitale, explosionsgeschützte Druck- und Temperatursensoren von Jumo gewährleisten die Überwachung und Sicherung der thermodynamischen Prozesse. Zahlreiche Dax-notierte Unternehmen der deutschen Industrie verbauen diese Lösungen in ihren Anlagen.

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Ultraschneller Druckmessumformer mit IO-Link-Schnittstelle

22.07.2022 | Die neue Drucksensor Baureihe KS-I von Gefran bietet einen digitalen IO Link 1.1 Ausgang und fortschrittliche Diagnosefunktionen. Den Druck und die Temperatur erfassen die Drucksensoren mit einer hohen Abtastfrequenz von 1000 S/s. So kann der Drucksensor mit dem IO Link Master in der für diese Kommunikation max. verfügbare Geschwindigkeit von 230,4 kBaud bzw. COM3 kommunizieren.

„Unsere IO Link Lösungen digitalisieren die auf der Feldebene gesammelten Daten. Das erleichtert unseren Kunden den Übergang zu einem datengesteuerten Unternehmen“, erklärt Torsten Fuchs, Geschäftsführer von Gefran Deutschland. Die Druckmessumformer erlauben mit ihrer erweiterten Konnektivität die Aufzeichnung zahlreicher azyklischer Informationen, welche für Predictive Maintenance im Industrie 4.0 Umfeld unerlässlich sind. Neben Druck und Temperatur Höchstwerten zählen dazu auch erzielte Spitzenwerte und die Anzahl der Arbeitsstunden.

Drehmomentmesswelle ermittelt simultan vier Messgrößen

Hinsichtlich zyklischer Daten sind die detailliert parametrierbaren Schaltlogik Signal Kanäle SSC und zwei physikalische SIO Ausgänge von zentraler Bedeutung. Die Drucksensor Baureihe deckt Messbereiche von 4 bar bis 1000 bar mit einer Genauigkeit von unter ±0,5 % FS ab, einschließlich Hysterese, Nichtlinearität, Wiederholbarkeit sowie Endwert- und Nullpunktverschiebung. Der erweiterte Prozesstemperaturbereich von -40° bis +125 °C stabilisiert den kompensierten Bereich.

Das Messelement der Drucktransmitter wird durch eine Stahlmembran geschützt. Dadurch sind die Sensoren besonders widerstandsfähig gegen Vibrationen und mechanische Stöße. Auch ist ein Drucksensor der KS-I Reihe immun gegen elektromagnetische Störungen. Auf Basis von Schutzart IP67 eignen sich die Drucksensoren für viele hydraulische und pneumatische Applikationen.

„Das Internet of Things (IoT) lebt von intelligenten Produktionsprozessen. Diese fordern zuverlässige Sensoren, die durch hochgenaue Messungen Fehler minimieren und die Prozessleistung optimieren. Unsere Druckmessumformer der neuen KS-I-Serie erfüllen diese Anforderungen hinsichtlich hoher Messgenauigkeit und Integration in alle Ebenen der Prozessautomatisierung“, kommentiert Torsten Fuchs.

Weltweit kleinster Differenzdrucksensor mit hoher Präzision

27.04.2021 | Der weltweit kleinste Differenzdrucksensor kommt von Sensirion heißt SDP3x. Der Sensor misst nur 5 x 8 x 5 mm. Damit eignet sich der Drucksensor für viele neue Anwendungen. Basierend auf der nächsten Generation der CMOSens Sensor Chips ist der Sensor das Herzstück der neuen Sensor Plattform des Herstellers zur Messung von Differenzdruck und Massenfluss.

Die Differenzdrucksensoren der SDP3x Serie eignen sich zur Messung von Massenfluss in einer Bypass Konfiguration. Die Drucksensoren sind reflow lötbar und bieten eine schnelle Ansprechzeit von 2 kHz bei 16 bit Auflösung. Zudem bieten sie ein paar erweiterte Funktionen wie mehrfache I2C Adressen oder zur Unterbrechung (Interrupt).

Wie alle Differenzdrucksensoren von Sensirion ist auch der digitale SDP3x sehr präzise, langzeitstabil und frei von Nullpunktdrift. All dies prädestiniert den Differenzdrucksensor SDP3x für hochvoluminöse und kostensensitive Anwendungen, bei denen die Größe entscheidend ist.

Die digitalen, vollständig kalibrierten und Prozesstemperatur kompensierten Differenz Druck Sensoren gibt es in einigen Versionen. So messen der digitale SDP31 und der analoge SDP36 bidirektionalen Differenzdruck bis zu 500 Pa, der digitale SDP32 und der analoge SDP37 misst im bidirektionalen Flussbereich bis zu 125 Pa.

Für eine einfache und kostengünstige Evaluation und Qualifikation des Sensors steht ein Evaluationskit zur Verfügung. Die SDP3x Sensoren gibt es in folgenden Versionen:

• SDP31 - digitale Version (I2C), Messbereich: ± 500 Pa
• SDP32 - digitale Version (I2C), Messbereich: ± 125 Pa
• SDP36 - analoge Version, Messbereich: ± 500 Pa
• SDP37 - analoge Version, Messbereich: ± 125 Pa

Einsatzgebiete des Sensors sind zum Beispiel Medizingeräte, Inhalatoren, Lifestyleprodukte und Konsumgüter, Haushaltsgeräte, Dronen oder Windmesser.

Drucksensor mit IO Link Schnittstelle und analogem Ausgang

28.04.2020 | Eine Jury aus Experten der Lebensmittelindustrie hat den Drucksensor Typ PP20H von Baumer auf der Process Expo in Chicago mit dem Innovations Showcase Award im Bereich Molkereierzeugnisse ausgezeichnet. Mit der kondensatfesten Silizium-Messzelle, der herausragenden Genauigkeit über den gesamten Temperatur Bereich und IO-Link setzte sich der Drucksensor unter den 17 Finalisten durch.

„Der Trend geht zu IO-Link und dem tragen wir mit dem Sensor PP20H Rechnung“, sagt Baschar Al Hammoud, Produktmanager für Drucksensoren. Getreu nach Baumers Motto „Beyond the standard“ bietet der Drucksensor noch ein weiteres Extra. Der PP20H hat zusätzlich einen analogen Ausgang neben der digitalen IO-Link-Schnittstelle. „Mit dieser Kombination bietet der PP20H dem Anwender mehr Flexibilität als alle anderen Drucksensoren“, sagt Baschar Al Hammoud.

Bei der Inbetriebnahme der Drucksensoren können die Vorteile von IO-Link genutzt werden, welche die Parametrierung wesentlich erleichtern. Und über den 4 … 20 mA Analog Prozessanschluss kann der Drucksensor den Prozess steuern. Über IO-Link lassen sich zudem weitere Prozessdaten wie Druck der Messzelle sowie Temperatur von Drucksensor und Mikrochip in der Recheneinheit auslesen.

Das lässt interessante Schlüsse zu, z. B. ob es in einem Behälter zu einem ungewöhnlichen Temperatur Anstieg kommt, der auf einen Defekt oder eine falsche Dosierung der Zutaten im Tank hindeutet. Es ist die Basis für eine vorausschauende Wartung für die Industrie 4.0 Umgebung, weil hohe Temperaturen die Lebensdauer der Sensoren oder anderen Komponenten in der Anlage mindern können. 

Weitere IO-Link Funktionen an Drucksensoren in Planung

Die Parametrierung erfolgt schnell, egal ob vor der Installation oder im Betrieb. Dazu lernt ein neuer Drucksensor via Master einfach die Parameter der alten Drucksensoren und ist nach dem Einbau sofort betriebsbereit. Baschar Al Hammoud sieht das nur als ersten Schritt: „Wir planen weitere Funktionen auf der Basis von IO-Link.“ 

Der PP20H hat eine absolut dichte Messzelle auch bei einer relativen Druckmessung. So wird das Eindringen feuchtwarmer Umgebungsluft verhindert, die bei tiefen Prozesstemperaturen zu kondensieren droht. Dies ist beispielsweise ein Problem in der Milch- oder Eiscremeverarbeitung. Dennoch muss sie gewissermaßen gegenüber der Umgebung „offen“ sein, weil der Sensor auch die Differenz zum Umgebungsdruck bestimmen kann.

Die Ingenieure platzierten dazu hinten im Gehäuse einen barometrischen Drucksensor, der über eine Öffnung den Referenzdruck in der Umgebung misst. Die vorn sitzende eigentliche Silizium-Messzelle kann dadurch hermetisch geschlossen sein. Damit eignet sich der Sensor PP20H für zur Druckmessung in Anwendungen wie die Reinigung mit SIP (Sterilisation in Place) und CIP (Clean in Place) sowie auch für Anwendungen, die schlagartig wechselnden Prozessmedien Temperaturen unterliegen.

Dual Channel Prinzip für Drucksensor und Leitfähigkeitssensor

26.02.2020 | Sensoren, die zuverlässige und präzise Messwerte liefern, können mit IO-Link einen echten Mehrwert erzeugen. Baumer stellt für eine größere Flexibilität seine Sensoren im Dual Channel Prinzip vor. Der Drucksensor PP20H und der Leitfähigkeitssensor Combilyz AFI von Baumer bieten mit IO-Link Schnittstelle nun noch interessante weitere Funktionen.

So lassen sie zum Beispiel einfach und schnell parametrieren – und zwar auch während des Betriebs. Dank Dual Channel lassen sich die Sensoren analog, digital oder über den jeweiligen Kanal gleichzeitig betreiben.

Zusätzliche Daten wie die gleichzeitige Ausgabe mehrerer Prozessdaten oder Diagnosemeldungen können nun an die Steuerung kommuniziert werden. Bei Bedarf lassen sich Diagnosemeldungen auch aus dem Speicher des Sensors auslesen. Neben den digitalen Schnittstellen verfügen die Sensoren zusätzlich noch über einen oder mehrere konventionelle analoge Ausgänge.

Der Leitfähigkeitssensor Combilyz AFI und der Drucksensor PP20H Dual-Channel Prinzip können also in klassischen Steuerungstopologien und in einem digitalen IO-Link Steuerungskonzept betrieben werden, je nachdem welcher Kanal benötigt wird. Die analoge Schnittstelle ist nach wie vor für die Prozessautomation sinnvoll, wenn Anwender den Sensor an eine bestehende Steuerung anschließen möchten.

Bei der Inbetriebnahme des Sensors kommen die Vorteile von IO-Link zum Tragen. Anwender können einfach und schnell parametrieren oder die zusätzlichen Daten nutzen. Zur Prozess Steuerung lassen sich parallel über einen 4 … 20 mA Analogausgang die Leitfähigkeits- oder Druckwerte auslesen.

IO-Link zum Daten übertragen

Durch IO-Link werden wertvolle Zusatzdaten für das Monitoring übertragen. Prozessdaten sind u. a. der Temperaturwert des Sensors oder beim PP20H die Prozesstemperatur. Daraus lassen sich so interessante Schlüsse ziehen, ob es in einem Rohr oder Behälter zu einem ungewöhnlichen Temperaturanstieg kommt. Damit ist zum Beispiel ein Monitoring für die vorausschauende Wartung möglich.

Parametriersoftware für IO-Link Sensoren für Plattform Moneo

Der Leitfähigkeitssensor gibt zusätzlich zur Leitfähigkeit der Medien Aufschluss über deren Konzentrationswerte. Somit lässt sich genau bestimmen, welches Medium sich im Prozess befindet und in welcher Konzentration. Mit dem Drucksensor kann neben dem Prozessdruck der Umgebungsdruck bestimmt werden. Damit lässt sich der Sensor zu Absolut- und Relativdruckmessung einsetzen.

Direkte Kombination der Sensordaten

Über IO-Link und die Steuerung kann die Sensorik bidirektional miteinander kommunizieren. Messwerte eines Sensors sind somit in einem anderen Sensor nutzbar. Damit lassen sich komplexe Messaufgaben lösen und Prozesse optimieren. Der Leitfähigkeitssensor kann auf die Messwerte eines Temperatursensors in der Maschine zurückgreifen, wodurch sich die Ansprechzeit der Temperaturmessung zur Temperaturkompensation von 15 s verkürzt oder auch vollständig umgehen lässt.

Messumformer | Transmitter für Druck, Temperatur und mehr

Bei der Füllstandsmessung in geschlossenen Tanks kann durch die Kombination der Messwerte zweier Drucksensoren der Füllstand Status direkt über das DFON-Display angezeigt werden. Dazu wird der über IO-Link übermittelte Status des Drucksensors zur Kopfdruckmessung an den Sensor am Tankboden übermittelt, um dessen Nullpunkt anzupassen. Dies ermöglicht die Druckermittlung im Tank.

Mit der Integration der digitalen Kommunikations Schnittstellen bei Combilyz AFI und PP20H baut Baumer sein Portfolio an Prozesssensoren mit IO-Link weiterhin aus. Darüber hinaus stehen Lösungen zur Durchfluss- und Füllstandsmessung mit dem digitalen Kommunikationsstandard bereit.

Häufige Fragen

Was macht ein Drucksensor?

Ein Drucksensor ist ein Gerät, das den Druck in einer Flüssigkeit oder einem Gas misst und diese Information in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Sensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wo sie den Druck überwachen und regeln.

Welcher Sensor reagiert auf Druck?

Das sind verschiedene Arten von Drucksensoren, darunter piezoresistiver, kapazitiver, piezoelektrischer und optischer Sensor. Die physikalische Größe Druck messenden Sensoren weisen jeweils spezifische Eigenschaften und Eignungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche auf.

Wo werden Drucksensoren verwendet?

Drucksensoren finden in vielen Bereichen Anwendung. Einige typische Einsatzgebiete sind:

• Automobilindustrie zur Überwachung von Reifendruck, Öldruck im Motor, Kraftstoffdruck und Luftdruck in den Bremsanlagen.
• Medizinische Geräte für die Überwachung von Blutdruck, Atemdrucks in Beatmungsgeräten und in anderen kritischen medizinischen Überwachungsgeräten.
• Industrielle Prozesskontrolle in der Überwachung und Steuerung von Prozessen wie in Anlagen zum Sortieren in der chemischen, petrochemischen, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in Wasseraufbereitungsanlagen.
• Luft- und Raumfahrt für die Überwachung des Kabinendrucks in Flugzeugen und Raumfahrzeugen sowie in Treibstoffsystemen.
• Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC-Systeme) zur Überwachung des Luftdrucks in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen.
• Wetterstationen für die Messung des atmosphärischen Drucks zur Wettervorhersage.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Baumer, Gefran, Gemü, Jumo, Sensirion.

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