Wie Drucktransmitter auch bei Kälte zuverlässig arbeiten

 

 

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Umgebungstemperaturen haben einen grossen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit und Genauigkeit von Drucktransmittern. Besonders arktische Temperaturen stellen hierbei eine Herausforderung dar.

 

Bei der Druckmessung auf piezoresistiver Basis dienen auf eine Siliziummembrane eindiffundierte Halbleiter als Dehnmessstreifen. Wirkt ein Druck auf die Membran, verformen sich diese Dehnmessstreifen und es kommt zu einer Widerstandsänderung. Diese Änderung ergibt letztlich den ermittelten Druck. Allerdings sind die Widerstände auch temperaturabhängig. So nimmt die Empfindlichkeit der Drucksensoren mit sinkender Temperatur ab. Der Druckmessumformer ist also nicht mehr so präzise wie bei Raumtemperatur.

 

Aufgrund dieser Eigenschaft geben Hersteller von Druckmessumformern auch immer das Verhalten ihrer Produkte unter bestimmten Temperaturbedingungen an. Um ein möglichst lineares Verhalten zu erzielen, sind Drucktransmitter heute über einen relativ weiten Temperaturbereich elektrisch kompensiert (Temperaturkompensation). Das bedeutet, dass Temperaturfehler automatisch herausgerechnet werden. Dadurch können piezoresistive Drucktransmitter über einen relativ weiten Temperaturbereich präzise Messergebnisse liefern. Gänzlich eliminieren lassen sich Temperatureffekte allerdings nicht. Aus diesem Grund sind in den Datenblättern der Hersteller in der Regel Genauigkeitsangaben für verschiedene Temperaturbereiche angegeben.

 

Extreme Kälte: Drucktransmitter ohne O-Ringe

 

Kälte beeinflusst nicht nur die Widerstände in den eingesetzten Halbleitern. Es gibt vier weitere Faktoren, die Beachtung finden sollten, wenn nach einem passenden Messinstrument für Aussenanwendungen in kalten Regionen gesucht wird. Dazu zählt die Verwendung von Dichtungsringen. Temperaturen von unter -20 Grad Celsius führen dazu, dass die Dichtungsmaterialien zwischen dem Druckanschluss und der Membrane spröde werden. Durch Leckagen wird der Sensor schliesslich unbrauchbar. Darum sollten in Regionen mit extremer Kälte keine Drucktransmitter mit O-Ringen verwendet werden. Ein kompakter Drucktransmitter, bei dem Druckanschluss und Messzelle direkt miteinander verschweisst sind, ist hier die richtige Wahl.

 

Vereisung: Auf Überlastdruck achten

 

Auch Einfrieren kann die Funktionalität eines Sensors beeinflussen. Nehmen wir hier Erdgasbohrungen in arktischen Regionen als Beispiel: In den gasführenden Rohren kann sich auch Wasser befinden. Wenn dieses Wasser gefriert, erhöht sich der auf den Drucktransmitter einwirkende Druck eventuell auf ein Mass, für das dieser nicht gebaut wurde. Die Konsequenz kann ein Reissen der Membran sein. Besteht also die Gefahr, dass der Sensor vereist, ist auf einen entsprechenden Überlastdruck zu achten.

 

Bei der piezoresistiven Druckmessung wird der Druck indirekt auf die Siliziummembran über ein Übertragungsmedium gegeben. Das ist in der Regel ein Öl. Mit fallenden Temperaturen nimmt die Viskosität von Öl zu. Je nach Öl und Temperatur kann es gelieren oder hart werden. Diese Veränderung beeinflusst die Funktionsweise des Druckmessumformers ebenfalls negativ.

 

Ebenfalls in Betracht zu ziehen ist die Betauungsfestigkeit: Wenn sich im Gehäuse des Drucktransmitters wasserdampfhaltige Luft befindet, bildet sich bei kalten Umgebungstemperaturen Kondenswasser, das die Elektronik beschädigen und den Sensor zerstören kann.

 

Fazit

 

Anwender, die Drucktransmitter unter kalten Temperaturen einsetzen, sollten darauf achten, dass die einzelnen Komponenten ohne O-Ringe direkt verschweisst sind und betauungsfest sind. Darüber hinaus ist zu evaluieren, ob der Drucktransmitter vereisen kann, beispielsweise wenn er in Kontakt mit Wasser kommt. In diesem Fall ist ein Drucktransmitter mit einem entsprechenden Überlastdruck zu wählen. Wie bei jeder Anwendung sollte der Druckmessumformer natürlich für den zu erwartenden Temperaturbereich kompensiert sein.

 

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