Hochgenau messen

Sensorik

Drucktransmitter – Die piezoresistiven Druckaufnehmer der Serie M5 HB von Keller mit M5-Feingewinde eignen sich für sehr präzise ortsnahe, dynamische sowie statische Druckmessungen – und das bis 200 Grad Celsius und bis zu 50 Kilohertz.

17. September 2015

Die Messung von Drücken ist häufig eine wichtige Voraussetzung für den reibungslosen Betrieb von Maschinen und Anlagen. Die dafür benötigten Drucktransmitter sind das Metier von Keller Druck. Das Unternehmen aus Winterthur in der Schweiz hat durch seine lange Erfahrung und Tätigkeit im Markt ein umfangreiches Sortiment an Drucktransmittern aufgebaut. Dazu zählt vor allem auch die Serie M5, die Keller jetzt um eine ultraschnelle und präzise Variante für spezielle Anforderungen erweitert hat: Die Druckaufnehmer der Serie M5 HB von Keller sind laut Hersteller hochpräzise und für dynamische, ortsnahe Messungen ebenso ausgelegt wie für statischen Druck.

Darüber hinaus ist die Serie M5 HB thermisch äußerst robust: Denn während die Standardserie für einen Temperaturbereich von -40 bis 180 Grad Celsius ausgelegt sind, erlauben die neuen Varianten die Erfassung von Drücken bei Temperaturen bis 200 Grad Celsius und das ohne Kühladapter. Trotz dieser hohen Maximaltemperaturen sind die Geräte mit einem engen Gesamtfehlerband spezifiziert, der einschließlich möglicher Temperaturfehler bei einem Höchstwert von plusminus einem Prozent liegt.

Kennzeichnend für die Drucktransmitter ist auch der auf hohe Dynamik ausgerichtete Druckumfang von null bis 50 Kilohertz. Mit dem extremen Dynamikumfang gelingt die für die Serie M5 charakteristische Erfassung von sehr schnellen Pulsationen ebenso zuverlässig wie jene statischer Druckwerte. Um diesen weiten Dynamikbereich des piezoresistiven Drucksensors nicht auszubremsen, haben die Entwickler bei Keller auf die Digitalisierung des Messsignals zur Aufbereitung verzichtet.

Vielmehr wird der rein analoge Signalpfad durch hochgenaue, digitale und vollständig mikroprozessorgesteuerte Kompensationselektronik in Echtzeit justiert. Damit bleibt die volle Dynamik des Sensorsignals ebenso wie die Genauigkeit der null bis zehn Volt verstärkten Messsignale über die ganze Bandbreite erhalten. Der Abgleich der Messkette aus Drucksensor und Signalumformer erfolgt im Werk nach Ermittlung der individuellen Kalibrierparameter.

Abgesetzter Sensorkopf

Das Schaltungskonzept der Serie M5 HB wurde speziell für den hochdynamischen Sensorkopf M5 entwickelt. Der abgesetzte Drucksensor ohne Ölfüllung, Trennmembran und Dicht- oder Klebstoffe an den medienberührten Teilen ist mit seinem M5-Anschlussgewinde sehr gut geeignet für ortsnahe, hochdynamische Messungen von schnellen Druckpulsationen auch an schwer zugänglichen Stellen und sehr dünnen Rohrleitungen in Motorenprüfständen, im Windtunnel oder bei der Prüfung von Turbinenblättern. Maßgeschneidert für die außergewöhnlichen Anforderungen in solchen Anwendungen konnte Keller den Temperaturbereich zum Betrieb der abgesetzten Elektronik mit 40 bis 125 Grad Celsius sehr breit und flexibel gestalten.

Für den Fall, dass ein Anwender ohne den abgesetzten Messverstärker arbeiten möchte, steht der Sensorkopf wie alle M5-Modelle mit einer typischen Spanne des Ausgangssignals von 80 Millivolt bei einem Milliampere Versorgung und individuellem Kalibrierzertifikat zur Verfügung. Ein vibrationsfest verpresstes Teflon-FEP-Kabel in Schutzart IP67 führt dieses Ausgangssignal sicher aus dem heißen Umfeld zur Signalverarbeitung.

Frontbündig anschließen

Der Schlüssel zur Messung hochdynamischer Druckänderungen liegt bei der möglichst direkten Ankopplung des Sensorelements an das Medium. Dafür haben die Entwickler bei Keller für die Serie M5 genauso wie für die neuen Drucktransmitter der Serie M5 HB eine mikromechanische Lösung gefunden, ohne dämpfende Trennmembran oder Kapillarleitung und ohne Dicht- oder Klebstoffe.

Dabei wird ein langzeitstabiler Siliziumsensor mit seiner Rückseite direkt auf ein fließdynamisch optimiertes Trägerelement gelötet, ohne den Einsatz von Dicht- und Klebstoffen, einer Trennmembran oder Kapillarleitung. Dieses nahezu frontbündige Design vermeidet den Einfluss von Gasblasen bei Flüssigkeitsmessungen und ermöglicht die optimale Ankopplung an das Messmedium auch bei dem extremen Dynamikumfang von null bis 50 Kilohertz.

Entkoppelt und überdrucksicher

Die mikromechanische Aufbautechnik ergibt absolute Messbereiche von 3, 10 und 30 bar. Eine weitere Eigenschaft, die daraus resultiert, ist die Überdrucksicherheit bis zum Fünffachen des Messbereichs. Zudem werden Körperschall und Montagekräfte zwischen Sensor und dem M5-Druckanschluss deutlich entkoppelt. Außerdem weisen die Drucktransmitter ein sehr geringes Totvolumen auf. Durch die Trennung von Drucksensor und Signalumformer sind ortsnahe Messungen auch an schwer zugänglichen Stellen und in dicht aufgebauten Aggregaten mit hoher Temperaturbelastung möglich.

Durch den Einsatz der Materialien Siliziumoxid, rostfreier Stahl und Gold im Druckanschluss erreichen die Druckaufnehmer der M5-Serie eine sehr gute Medienkompatibilität. Durch die Aufbringung von Oxid-Schutzschichten ergibt sich zudem eine sehr hohe Lebensdauer. mk

Auf einen Blick

Leistungsmerkmale M5 HB

- Sensorkopf bis 200 Grad Celsius beständig.

- Breiter kompensierter Temperaturbereich.

- Große Messdynamik von statisch bis 50 Kilohertz.

- Unempfindlich gegenüber Körperschall.

- Kompakte Bauform, M5x0,5-Feingewinde.

- Teflon-FEP-Kabel mit IP67-Verpressung.

- Druckbereiche 3 bar, 10 bar und 30 bar absolut.

Erschienen in Ausgabe: 07/2015