Drucksensor
Medienbeständig und totraumfrei
In der Dosiertechnik lassen sich durch Druckänderungen diverse Schlüsse auf den Prozess ziehen, beispielsweise das allmähliche Verstopfen einer Dosiernadel, falscher Abstand zum Substrat oder das Erkennen von Mikroblasen im Fluid. Meist kommen Einbausensoren zum Einsatz, die Adapterstücke oder ähnliches für die Montage benötigen. Dadurch ergeben sich meist Toträume oder Hinterschneidungen. Solche Toträume sind meist schwer zu reinigen und können das Messergebnis verfälschen.
Um Anwendungen in der Dosiertechnik zu optimieren und zu automatisieren, fordert der Markt immer sicherere und stabilere Prozesse. Daher ist es nötig, die Drücke zu überwachen und auszuwerten. Bei den üblicherweise eingesetzten Einbausensoren ergeben sich allerdings meist Toträume oder Hinterschneidungen, die sich meist nur sehr schwer reinigen lassen und das Messergebnis sogar verfälschen können. Doch das ist nicht das einzige Problem.
Bei nahezu allen Drucksensoren auf dem Markt ist die Membran aus Edelstahl (z.B. frontbündiger Drucksensor) oder aus anderen Metallen, seltener jedoch aus nichtmetallischen Materialien wie Keramik. Viele Fluide, beispielsweise anaerobe Klebstoffe, organische Verbindungen, Körperflüssigkeiten wie Blut, kommen beim Kontakt mit Metall entweder zu Schaden oder beginnen zu reagieren. Daher spielt vor allem in der Dosiertechnik die Kombination von verschiedenen Materialien eine große Rolle.
Bei Berührung mit Metall, oder genauer gesagt mit Metallionen, härten beispielsweise anaerobe Klebstoffe aus. In solchen Fällen müssen die metallischen Oberflächen beziehungsweise alle metallischen Teile, die mit dem anaeroben Klebstoff in Verbindung kommen, speziell behandelt werden, um der Oberfläche die Metallionen zu entziehen. Dieser Kontakt mit Metall durch den verwendeten Drucksensor muss also oft aufwendig vermieden werden und stellt die Anwender immer wieder vor große Herausforderungen.
Mit »flowplus« hat ViscoTec einen sowohl medienbeständigen als auch totraumfreien Drucksensor in kleiner Bauform für bewegte Fluide entwickelt. Des Weiteren sollte der Drucksensor ein standardisiertes, kompatibles, linearisiertes und temperaturkompensiertes Ausgangssignal erzeugen.
Elastomer als Drucktransmitter
Eine wesentliche Herausforderung für die Entwickler bestand darin, die Elastomergeometrie in das Gehäuse zu implementieren und die Mess-zelle mit dem Elastomer zu verbinden. Eine weitere Problemstellung war das Vulkanisieren der sehr dünnen Elastomermembran in einem sehr kleinen Toleranzfeld. Der funktionsbeschichtete Strömungskanal ist komplett mit FFKM (Perfluorkautschuk) ausgespritzt. Dabei handelt es sich um ein Elastomer mit optimaler chemischer Beständigkeit und einer hohen Temperaturbeständigkeit. Zusätzlich hat der hier verwendete FFKM eine FDA-Zulassung und ist somit ebenso für die Lebensmittelindustrie zugelassen.
Die FFKM-Beschichtung dient weiterhin als Druckmittler, und somit überträgt der Kautschuk die Kraft (Druck) auf die Messzelle. Im Grunde dient das Elastomer als »Trägerflüssigkeit«, welche die Kraft beziehungsweise den Druck auf die Messzelle überträgt. Bei vielen Drucksensoren wird die Kraft per Öl oder durch ein anderes Medium übertragen.
Mit dem flowplus soll der Kunde seine bestehenden Dosiersysteme einfach erweitern und absichern können. Bei Medienwechsel oder Veränderungen der Systeme lassen sich die Drucksensoren aufgrund der einfachen Reinigung und der Wartungsfreiheit schnell wieder inte-grieren. Auch die kleine Bauform des Sensors soll die Montage oder das Integrieren in bestehenden Anlagen vereinfachen. So kommen beidseitig marktübliche »Luer Locks« (male/female) zum Einsatz, die für alle gängigen Dosiersysteme geeignet sind, die mit dieser Art Gewinde arbeitet.
Zudem beinhaltet der Drucksensor einen integrierten Messverstärker, der das Signal aus der Wheatstone-Messbrücke im Millivoltbereich in ein standardisiertes Signal im Bereich von 0 V bis 10 V umwandelt; ein digitales Signal wäre auch denkbar. Dieser Messverstärker ist bereits in der elektronischen Messeinheit integriert, daher ist für diese Signalverstärkung kein externer Wandler oder Verstärker nötig. Ein solches Signal kann jede handelsübliche SPS oder »intelligente« Auswertung verarbeiten und auswerten. Dieses analoge Signal ist auch als Digitalsignal denkbar.
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