Differenzdrucktransmitter von Amsys Auf den Systemdruck kommt es an

Silizium-Messzellen für die Absolutdruckmessung im Wafer-Verbund unter Umgebungsdruck
Silizium-Messzellen für die Absolutdruckmessung im Wafer-Verbund unter Umgebungsdruck

Als Spezifikation wird er oft übergangen, dabei ist er doch für viele Anwendungen das entscheidende Kriterium: Der Systemdruck. Wie sich System- von Absolut- und Differenzdruck unterscheidet, und warum er so wichtig ist, betrachten wir anhand der Miniatur-Drucktransmitter AMS 3011 von Amsys.

»Streng genommen gäbe es nur zwei Arten von Druckmessung, erklärt Dr. Norbert Rauch, Vertriebsleiter von Amsys, die Absolutdruck- und die Differenzdruckmessung. »Alle anderen Messarten sind auf diese beiden Methoden zurückzuführen.«

Bei der Absolutdruckmessung…

...erfolgt die Erfassung des Messdrucks P1 gegen einen Referenzdruck P2, der so niedrig sein sollte, dass er im Vergleich mit dem zu messenden Druck vernachlässigt werden kann. Im Idealfall wäre dies 0 bar (d.h. P2 = Vakuum). Das bedeutet für einen Siliziumsensor, dass die Messzelle unter Vakuum hergestellt und bei entsprechendem Unterdruck P2 hermetisch mit dem Pyrexsubstrat verschlossen werden muss. Dieser Unterdruck P2 sollte wegen der Messwertstabilität dauerhaft den gleichen Wert beibehalten. Daher ist die Dichtigkeit der Verbindung Silizium-Pyrex bei Absolutdrucksensoren von außerordentlicher Bedeutung.

In der Differenzmessung hingegen…

...vergleicht man zwei Drücke P1 und P2, die von außen über das entsprechende Gehäuse an der Unter- und Oberseite der druckempfindlichen Messzelle anliegen. Allgemein gilt: P1 ≤ P2 oder umgekehrt P1 ≥ P2. Bei den meisten Sensoren auf Siliziumbasis gilt die Forderung, dass nur ein Druckverhältnis, also P1/P2 ≥1 oder P1/P2 ≤ 1, erfasst und ausgewertet werden kann. Im Allgemeinen wird die Druckmessung mit dieser Einschränkung als Differenzdruckmessung bezeichnet.

Um den Begriff „Systemdruck“,…

...oder auch „Common Mode Pressure“, zu verstehen, führt Norbert Rauch ein praktisches Beispiel an: »Man möchte mit Hilfe eines Differenzdrucksensors die Durchlässigkeit eines Filters, der in einem Rohr eingebaut ist, überprüfen. Der Sensor ist mit einem Druckanschluss vor und mit dem anderen Anschluss hinter dem Filter installiert und befindet sich selbst in der Steuerelektronik der Anlage, also in der Umgebungsatmosphäre. Wenn der Filter neu und durchlässig ist, ist der Druckabfall vor und hinter dem Filter gering und das resultierende Messsignal minimal. Wenn der Filter im Laufe der Zeit verstopft, wird die Druckdifferenz größer und das Messsignal nimmt seinen maximalen Wert an.

Deutlich wird dies in der Praxisbeispiel-Grafik:…

...Hierbei ist P1 der Druck vor dem Filter und P2 der Druck hinter dem Filter. P1 = P2, wenn kein Filter vorhanden ist oder der Filter vollständig durchlässig ist. In der Regel wird aber P1> P2 sein. Solange sich P1 und P2 unwesentlich von Pambient unterscheiden ist die Frage des Systemdrucks nicht relevant. Wenn aber der statische Innendruck des Rohres (P1, P2) > Pambient ist, müssen alle druckführenden Teile des Drucksensors diesem Druckunterschied zum Außendruck standhalten. Wenn also zum Beispiel in einer pneumatischen Vorrichtung der statische Druck im Rohr P1 = 12 bar ist und der Druckunterschied ΔP über dem Filter zum Beispiel maximal 100 mbar betragen darf, muss ein Differenzdrucksensor ausgewählt werden, der einerseits 100 mbar – Niederdruck – messen kann, und andererseits für einen Systemdruck von 12 bar – Pambient = 11 bar spezifiziert ist. Das heißt, der Systemdruck ist also der maximale Druck, der gegen den Außendruck an beiden Druckeingängen eines Drucksensors gleichzeitig angelegt werden kann, ohne dass der Sensor beschädigt wird.«