Differenzdrucksensoren von First Sensor für Industrie und Medizintechnik

Materialermüdung und Hysterese nahezu ausgeschlossen

Differenzdrucksensoren für die Industrie

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Differenzdrucksensoren mit kleinen Druckbereichen von wenigen Millibar werden häufig in Rohrleitungen und Strömungskanälen eingesetzt. Durch eine künstliche Verengung in der Strömungsleitung, z. B. mittels einer Blende oder eines laminaren Strömungselements, kommt es zu einem Druckabfall, der ein Maß für den Volumendurchfluss ist und mit einem Differenzdrucksensor gemessen werden kann. First Sensor entwickelt und produziert Standardprodukte sowie kundenspezifische Lösungen für Anwendungen in der Industrie, Medizintechnik und dem Mobility-Bereich. Jetzt stellt sich der Sensorikspezialist mit seinen Differenzdrucksensoren dem Test unserer Leser.

Hauke Dierksheide, Product Manager Differenzdrucksensoren bei First Sensor in Puchheim

Inhaltsverzeichnis

1. Membranbasierte Differenzdrucksensoren

2. Durchflussbasierte Differenzdrucksensoren

3. HTD-Differenzdrucksensoren

4. LMI-Differenzdrucksensoren

5. Werden Sie Produkttester

 

Typische Anwendungsfälle für Differenzdrucksensoren finden sich in der Messtechnik, industriellen Steuerungs- und Regelungstechnik sowie HVAC-Systemen, die die Energiekosten minimieren und bestimmte gesetzliche Auflagen erfüllen müssen. Hier sind Differenzdrucksensoren für die Messung von Luftströmungen, der Filterüberwachung oder der Brennersteuerung im Einsatz. Man unterscheidet zwischen piezoresistiven (membranbasierten) und thermischen (durchflussbasierten) Differenzdrucksensoren.

Membranbasierte Differenzdrucksensoren

Piezoresistive Drucksensoren auf Siliziumbasis bestehen aus einer dünnen Membran, in die Widerstände in Form einer Wheatstone-Brücke eingebettet sind. Bei einer Druckbelastung verändern sich die elektrischen Widerstände unter dem Einfluss der mechanischen Spannungen (piezoresistiver Effekt). Wird die Wheatstone-Brücke mit einer elektrischen Spannung versorgt, erhält man ein druckproportionales Sensorausgangssignal.

Silizium bietet besondere Vorteile zur Herstellung piezoresistiver Drucksensorchips. Aufgrund der Einkristallstruktur zeigt es keine plastische Verformung, die Membran kehrt nach einer Druckbelastung ohne Deformation in den Ursprungszustand zurück. Materialermüdung und Hystereseeffekte sind damit nahezu ausgeschlossen. Die Halbleiterwiderstände der Siliziummembran reagieren sehr empfindlich schon auf geringste Druckbelastungen bzw. Druckänderungen und erlauben Messbereiche von wenigen Millibar.

Durchflussbasierte Differenzdrucksensoren

Diese Differenzdrucksensoren arbeiten nach dem Prinzip der thermischen Massendurchflussmessung von Luft durch einen kleinen, im Sensorchip integrierten Strömungskanal. Bei diesem Messprinzip ist ein Heizelement zwischen zwei temperaturempfindlichen Widerständen angeordnet, die sich stromaufwärts und stromabwärts befinden. Durch einen Gasstrom verschiebt sich das Temperaturprofil in Richtung des stromabwärts gelegenen Widerstands. Zwischen den beiden Widerständen ergibt sich eine Temperaturdifferenz, die ein zum Massendurchfluss proportionales Spannungssignal erzeugt. Da die Strömung durch den Sensor aufgrund des Druckunterschiedes zwischen den beiden Anschlüssen des Sensors verursacht wird, ist das Ausgangssignal auch ein Maß für den anliegenden Differenzdruck.

Herkömmliche durchflussbasierte Differenzdrucksensoren versagen im Langzeiteinsatz oft aufgrund von Verstopfungen. Mit der Verwendung von Mikroströmungskanälen lässt sich dieses Risiko fast vollständig beseitigen. First Sensor bietet beide Technologien. Für den Produkttest in Kooperation mit KEM Konstruktion und elektro AUTOMATION stellt First Sensor zwei seiner Produktserien aus dem Bereich Drucksensoren zur Verfügung.

HTD-Differenzdrucksensoren

Die piezoresistiven HTD-Differenzdrucksensoren eignen sich speziell für niedrige Druckbereiche ab 1 mbar. Die kleinen und flachen Sensoren mit einer Grundfläche von nur 8 × 13 mm und einer Bauhöhe von 7 mm eignen sich für den platzsparenden Einbau in OEM-Geräte. Die digitale Signalaufbereitung mit 15 Bit Auflösung, eine SPI-Schnittstelle sowie ein analoges Ausgangssignal ermöglichen OEMs maximale Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungen. Die hochgenauen und langzeitstabilen Sensoren mit 3-V- oder 5-V-Spannungsversorgung zielen auf batteriebetriebene Anwendungen in mobilen und tragbaren Geräten. In Manifold-Modulen erlauben die SMD-Miniatursensoren eine kompakte Anordnung ohne die aufwendige und fehleranfällige Verschlauchung einzelner Komponenten.

Für eine Großserienfertigung der Anwendung liefert First Sensor die HTD-Sensoren optional auch in Blistergurten auf Rollen (Tape and Reel). Auf Anfrage stehen Varianten mit weiteren Ausgangssignalen wie I²C-Bus, 1-Wire, Alarmausgänge oder Pulsweitenmodulation zur Verfügung. Die Sensoren sind temperaturkompensiert von 0 bis 70 °C und liefern zusätzlich zum Druckwert einen Temperaturmesswert.

Die wichtigsten Merkmale der HTD-Differenzdrucksensoren:

  • Druckbereiche ab 1 mbar bis 7 bar
  • Grundfläche 8 × 13 mm, Bauhöhe 7 mm
  • Geeignet für die Manifold-Montage
  • SPI-Schnittstelle mit 15 Bit Auflösung

LMI-Differenzdrucksensoren

Die digitalen LMI-Differenzdrucksensoren mit linearem I²C-Bus und 3-V-Spannungsversorgung basieren auf der thermischen Messung einer Mikroströmung im Siliziumsensorchip und bieten Messbereiche ab 25 Pa (0,25 mbar) Messbereichsendwert. Durch ihre hohe Messempfindlichkeit, Genauigkeit, Offsetstabilität und Langlebigkeit eignen sich die sehr flachen Manifold-Sensoren hervorragend zur Durchflussmessung von Luft und Gasen nach dem Differenzdruckverfahren in einer Bypass-Anordnung. Für batteriebetriebene Anwendungen steht ein Energiesparmodus mit minimalem Ruhestromverbrauch zur Verfügung. LMI-Sensoren sind in ihrer platzsparenden Bauweise ungeschlagen. Die Höhe beträgt inklusive der Ein- und Ausgänge ganze 9 mm. Die Bauweise sichert eine Kompatibilität zu Halterungen und Anwendungen aller Art.

Die innovative Mikroströmungstechnologie von First Sensor reduziert den Gasfluss durch den Sensor um mehrere Größenordnungen im Vergleich zu herkömmlichen durchflussbasierten Drucksensoren. Durch die extreme Miniaturisierung des Strömungskanals erreichen die LMI-Differenzdrucksensoren eine herausragende Beständigkeit gegenüber staubbeladener und feuchter Luft. Sie erlauben den Einsatz von langen Verbindungsschläuchen und Filtern, da die LMI-Sensoren einen Widerstand von bis zu 200 000 Pa/(ml/s) haben. Dies bedeutet, dass die Bypass-Strömung praktisch ausschließlich vom sehr hohen Strömungswiderstand der Sensoren bestimmt wird und Länge und Durchmesser der Verbindungsschläuche bzw. eingesetzte Filter vernachlässigbar sind. Sie haben keine negative Auswirkung auf die Messgenauigkeit. Zusätzlich ermöglicht die Halbleitertechnologie extrem kleine Fertigungstoleranzen und die kostengünstige Serienfertigung.

Die wichtigsten Merkmale der LMI-Differenzdrucksensoren:

  • 3-V-Spannungsversorgung und lineares I²C-Bus-Ausgangssignal
  • Mikroströmungskanal im Siliziumsensorchip integriert
  • Herausragende Beständigkeit gegenüber staubbeladener und feuchter Luft
  • Sehr flache Bauhöhe, geeignet für die Manifold-Montage

Weitere Informationen zu den Sensoren

http://hier.pro/TaqBq

http://hier.pro/ZlVMx


PLUS

Werden Sie Produkttester

First Sensor hat mit den HTD und LMI zwei Differenzdrucksensoren vorgestellt, die sich für eine Vielzahl von Applikationen in der Industrie eignen. Um die Eigenschaften dieser Sensoren in der Praxis zu evaluieren und die dabei gesammelten Erfahrungen auszutauschen, bitten wir Sie um Ihre Mitarbeit. Als Produkttester können Sie die Sensoren unter den realen Bedingungen Ihrer Applikation einsetzen und ausgiebig testen. Am Ende würden wir gerne über Ihre Erfahrungen berichten. Weitere Informationen und die Möglichkeit zum Erfahrungsaustausch bieten wir auf einer eigens erstellten Webseite.

Produkttest Differenzdrucksensoren

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