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Druckmesstechnik

Bidirektionale Differenzdrücke im Lego-Format messen

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Die Membranstruktur muss ein symmetrisches Verhalten bezüglich der Auslenkung nach beiden Seiten aufweisen: Bei der Membran eines piezoresitiven Sensors handelt es sich um eine dünne Schicht (einige Mikrometer), die aus verschiedenen Halbleiterebenen besteht. In der Regel sind das neben der eigentlichen Siliziumschicht eine Oxid- und eine Passivierungsschicht, die sich beide nur auf der Membran- oberseite befinden. Der Schichtaufbau ist also nicht symmetrisch. Auf Grund dieses asymmetrischen Schichtaufbaus kann das Verhalten der Membran bei Druckauslenkung richtungsabhängig sein. Im schlimmsten Fall kann es bei Richtungsumkehr sogar zu einem Knackfroscheffekt kommen. Das heißt, dass die Membran bei Richtungsumkehr ihrer Auslenkung eine Unstetigkeit aufweist, die sich für den Benutzer besonders in dem Druckbereich um den Nullpunkt in einer starken Nichtlinearität bemerkbar macht.

Die Nachweiselektronik muss in ihrem Übertragungsverhalten bezüglich des Nullpunktes an den Verstärkungsbereich angepasst sein: Die Übertragung der Kennlinie bedingt eine Verstärkerelektronik, in der die Referenz des Instrumentenverstärkers nicht auf Nullpotential bezogen ist, sondern auf den halben Full-Scale-Wert gelegt werden muss. Z.B. wird bei dem AMS 4711, der 0…5 V als Ausgangssignal hat, bei der bidirektionalen Version der Nullpunkt auf 2,5 V gelegt, so dass sich das Signal bei P1 ≤ P2 von 0 bis 2,5 V und das Signal bei P1≥ P2 von 2,5 bis 5 V erstreckt.

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Mini-Drucksensor ist hochgenau und einbaufertig

Die Hersteller der Siliziummesszellen, die zur bidirektionalen Differenzdruckmessung benutzt werden sollen, müssen also ein möglichst symmetrisches Verhalten der Membran bei positiver und negativer Auslenkung gewährleisten. Eine Sonderform der bidirektionalen Differenzdrucksensoren sind die asymmetrischen Differenzdrucksensoren. Bei ihnen sind die Beträge des Unter- und des Oberdruckes nicht gleich und es gilt: Betrag (P1) ≠ Betrag (P2). Wenn z.B. der Unterdruck nicht gleich dem Überdruck ist, wird mit dieser Version der Übertragungsbereich besser genutzt als bei einem symmetrischen Sensor.
Die miniaturisierten Drucktransmitter der Serie AMS 4711 sind einbaufertige, hochgenaue Drucksensoren mit einer 0…5 V oder - 2,5...2,5 V Ausgangsspannung. Die Sensoren sind individuell kalibriert, linearisiert und im Temperaturbereich von -25…85 °C kompensiert. Der Versorgungsspannungsbereich erstreckt sich von 7 bis 36 V. Die AMS 4711 haben bei der differentiellen Version zwei seitliche Schlauchanschlussstutzen (Ø=4,8 mm). Der elektrische Anschluss erfolgt über eine Sensor-Steckverbindung M5.

Die Transmitter entsprechen zudem den Schutzartanforderungen IP67 und sind für die Außenmontage geeignet. Die Montage erfolgt mit zwei Schrauben (M3), die durch die beiden gegenüberliegenden Ecklöchern im Gehäuse verschraubt werden können. Die Sensoren sind in den Druckbereichen von 0-5 mbar bis 0-350 mbar für differentielle / relative sowie in den Bereichen 0-1 bar und 0-2 bar für absolute oder differentielle / relative Messungen erhältlich. Außerdem wird eine bidirektional differentielle Version in den Bereichen ±5, ±10, ±20, ±50 und ±100 mbar angeboten. Letztlich kann mit der Variante im Bereich von 700–1.200 mbar der barometrische Druck gemessen werden.

Der Drucktransmitter im Lego-Format AMS 4711 hat für die Relativ- und Differenzdruck-Varianten standardmäßige Rückseitenbeaufschlagung und eignet sich damit für die Druckmessung bei einseitiger Medienbeaufschlagung in Flüssigkeiten und reaktiven Gasen. Der Drucktransmitter hat ein Auflösevermögen von 11 bit. Unter Berücksichtigung des LSB ergibt sich für den AMS 4711-0005-D (5 mbar-Version) eine Auflösung von 0,001 mbar.

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