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Elektronische Druckmesstechnik

Elektronische Druckmesstechnik
74Seiten

Katalogauszüge

Grundwissen mit dem Know-how führender Unternehmen Ihr direkter Draht zum Verlag: www.sv-onpact.de Elektronische Druckmesstechnik Grundlagen, Anwendungen und Geräteauswahl VERLAG MODERNE INDUSTRIE

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Die Bibliothek der Technik Band 323 Elektronische Druckmesstechnik Grundlagen, Anwendungen und Geräteauswahl Eugen Gaßmann, Anna Gries verlag moderne industrie

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Dieses Buch wurde mit fachlicher Unterstützung der WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG erarbeitet. Der besondere Dank der Autoren für die sorgfältige Prüfung des Buchinhalts gilt Herrn Dr. Franz-Josef Lohmeier. © 2009 Alle Rechte bei Süddeutscher Verlag onpact GmbH, 81677 München www.sv-onpact.de Abbildungen: Nr. 19 Phoenix Testlab GmbH, Blomberg; Nr. 22 M+W Zander, Stuttgart; alle übrigen WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, Klingenberg Satz: abavo GmbH, 86807 Buchloe Druck und Bindung: Sellier Druck GmbH, 85354 Freising Printed in Germany 889095 ISBN 978-3-937889-95-5

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Inhalt Einleitung Typische Anwendungen und Anforderungen Der Partner dieses Buches

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Vielfalt der Anwendungen und Geräte Elektronische Druckmesstechnik trägt zur sicheren Führung und präzisen und energiesparenden Steuerung und Regelung von Prozessen bei. Neben der Temperaturmesstechnik ist sie die wichtigste und am häufigsten eingesetzte Technik zur Überwachung und Steuerung von Maschinen und Anlagen. Vor allem in der Pneumatik und Hydraulik (Abb. 1) ist die Messung und Regelung des Systemdrucks die wichtigste Voraussetzung für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb. In den vergangenen 20 Jahren hat die elektronische Druckmesstechnik in sehr vielen Anwendungen Einzug...

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Einleitung 5 Abb. 1: Typische Anwendung der Druckmesstechnik: Pneumatikund Hydraulikanwendung in der Fabrikautomation Um die Eignung eines elektronischen Druckmessgeräts einschätzen zu können, sollten Anwender oder Konstrukteure über die physikalischen Druckmessprinzipien, die Vor- und Nachteile verschiedener Sensorprinzipien für den geplanten Einsatzzweck und über die wichtigsten Grundlagen der Gerätetechnik informiert sein. Die Auswahl eines Druckmessgeräts beruht u. a. auf Kriterien wie dem Messbereich, dem Druck- oder auch Prozessanschluss, dem elektrischen Anschluss, den...

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In technischen Prozessen werden Systemzustände mit Hilfe von physikalischen Zustandsgrößen wie z. B. der Temperatur und dem Druck beschrieben, um nur zwei der wichtigsten zu nennen. Häufig gemessene Drücke sind der Schweredruck einer Flüssigkeitssäule und der atmosphärische Luftdruck. Allgemein ist der Druck folgendermaßen definiert: Greift senkrecht zu einer Fläche eine flächenhaft verteilte Kraft an, dann bezeichnet man den Quotienten aus dem Betrag der Kraft F zur Größe der Fläche A als Druck p: p= Zur Übertragung von Druck eignen sich inkompressible Medien wie Flüssigkeiten, zur...

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Absolut-, Relativ- und Differenzdruck 7 Absolutdruck Relativdruck

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Relativdrucks bildet hingegen der jeweils herrschende lokale Luftdruck. Dieser beträgt auf Höhe des Meeresspiegels ungefähr 1 bar und sinkt mit zunehmender Höhe kontinuierlich. Er hängt zudem von der Wetterlage ab. Bei einigen Anwendungen stellt die Differenz zweier variabler Systemdrücke die eigentliche Messgröße dar. Man spricht dann von der Messung des Differenzdrucks. Als praktisches Beispiel sei die Überwachung der Druckdifferenz vor und hinter einem Filterelement genannt (s. Grenzwertüberwachung, S. 39 f.). Prinzipien der elektronischen Druckmessung Für die elektronische Druckmessung...

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Prinzipien der elektronischen Druckmessung 9 Abb. 3: Änderung der Abmessungen eines zylindrischen Leiters durch Dehnung Dehnt eine Zugkraft den Leiter, nimmt seine Länge zu und seine Querschnittsfläche ab (Abb. 3). Weil der spezifische Widerstand eines metallischen Leiters eine (temperaturabhängige) Materialkonstante und damit geometrieunabhängig ist, steigt der elektrische Widerstand durch die Dehnung an. Bei einer Stauchung tritt der entgegengesetzte Effekt auf. Umgesetzt wird das Prinzip der resistiven Druckmessung mit einem Grundkörper, der sich unter Druck kontrolliert verformt. Häufig...

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10 Druck und Druckmessung Dehnungsmessstreifen Dehnung Abb. 4: Verformung der Sensormembran unter Druck Piezoresistive Druckmessung Das Prinzip der piezoresistiven Druckmessung entspricht dem der resistiven Druckmessung. Weil die für dieses Messprinzip verwendeten DMS allerdings aus einem Halbleitermaterial bestehen, wirkt sich ihre Verformung durch Dehnen oder Stauchen primär in einer Änderung des spezifischen Widerstands aus. Nach Gleichung 3 (s. S. 8) ist der elektrische Widerstand proportional zum spezifischen Widerstand. Während der piezoresistive Effekt bei Metallen vernachlässigbar...

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Prinzipien der elektronischen Druckmessung 11 Da die Mikrostrukturen gegen viele Druckmedien nicht beständig sind, muss für die meisten Anwendungen der Sensorchip gekapselt werden. Der Druck muss dann indirekt auf das Halbleitersensorelement übertragen werden, z. B. über eine metallische Membran und Öl als Übertragungsmedium. Aufgrund der Größe des piezoresistiven Effekts sind piezoresistive Sensoren auch in Bereichen niedrigster Drücke einsetzbar. Wegen der starken Temperaturabhängigkeit und der prozessbedingten Streuung ist allerdings eine individuelle Temperaturkompensation jedes...

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12 Druck und Druckmessung Abb. 5: Kapazitives Messprinzip Feste Platte Bewegliche Platte Auf diese Weise lassen sich Drücke mit hoher Empfindlichkeit messen. Die kapazitive Druckmessung eignet sich deshalb auch für sehr niedrige Drücke bis in den einstelligen Millibarbereich. Weil die bewegliche Membran höchstens bis zur unbeweglichen Platte des Kondensators ausgelenkt werden kann, ergibt sich eine hohe Überlastsicherheit kapazitiver Drucksensoren. Einschränkungen in der Realisierung der Sensoren ergeben sich durch das Membranmaterial und dessen Eigenschaften sowie die erforderlichen...

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