SITRANS P mit Druckmittler: Höhendifferenz, Kapillaren und Nullpunktverschiebung richtig kompensieren

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Ein SITRANS-P-Drucktransmitter mit Druckmittler ermöglicht zuverlässige Druck- und Füllstandmessungen an heißen, aggressiven, viskosen, kristallisierenden oder hygienisch anspruchsvollen Medien. Die Prozessmembran trennt den Transmitter vom Messstoff. Der Druck wird über eine vollständig gefüllte Kapillarleitung beziehungsweise über die Füllflüssigkeit des Druckmittlers zur Messzelle übertragen.

Diese Trennung erweitert die Einsatzmöglichkeiten, bringt jedoch zusätzliche hydrostatische und thermische Einflüsse in die Messkette. Befinden sich Druckmittler und Transmitter auf unterschiedlichen Höhen, erzeugt die Flüssigkeitssäule in der Kapillare einen konstanten Druck. Bei Differenzdruck-Füllstandmessungen mit zwei Druckmittlern entsteht außerdem durch den Höhenabstand zwischen oberem und unterem Prozessanschluss eine feste Nullpunktverschiebung.

Dieser Offset ist kein Sensorfehler. Er gehört zur physikalischen Auslegung der Messstelle und muss bei der Festlegung von Messanfang und Messende berücksichtigt werden. Ein einfacher Nullabgleich ohne vorherige Berechnung kann zwar im aktuellen Zustand einen plausiblen Wert erzeugen, die spätere Füllstandanzeige aber falsch skalieren.

Geeignete Siemens-Produkte finden Sie in der ICS-Kategorie Siemens Druckmessung. Weitere Feldgeräte und Komponenten sind unter Siemens Prozessinstrumentierung zusammengefasst.

Wie überträgt ein Druckmittler den Prozessdruck?

Ein Druckmittler besteht im Wesentlichen aus einer flexiblen Prozessmembran, einem mit Füllflüssigkeit gefüllten Innenraum und der Verbindung zum Messgerät. Der Prozessdruck verformt die Membran geringfügig. Diese Volumenverschiebung wird über die nahezu inkompressible Füllflüssigkeit zur Messzelle des Transmitters übertragen.

Bei einem direkt angebauten Druckmittler befindet sich der Transmitter unmittelbar hinter dem Prozessanschluss. Bei einem Remote Seal liegt zwischen Druckmittler und Transmitter eine flexible Kapillarleitung. Druckmittler, Kapillare und Messzelle bilden ein werkseitig evakuiertes, gefülltes und abgestimmtes System.

Die Kapillarleitung ist deshalb keine gewöhnliche Impulsleitung. Sie darf nicht geöffnet, gekürzt, verlängert oder vor Ort neu befüllt werden. Bereits kleine Gasblasen oder Füllverluste können die Druckübertragung, den Nullpunkt und die Reaktionszeit erheblich verändern.

Das vollständige Messsystem wird unter anderem beeinflusst durch:

• Membrandurchmesser und Membransteifigkeit,
• Füllflüssigkeit und deren Dichte, Viskosität und Ausdehnung,
• Kapillarlänge und Kapillarinnendurchmesser,
• Prozess- und Umgebungstemperatur,
• vertikale Lage von Druckmittler und Transmitter,
• Messspanne und erforderliche Dynamik,
• Absolutdruck und mögliche Vakuumbedingungen.

Direktanbau, Remote Seal und kombinierte Ausführung

Ausführung	Vorteile	Zu beachten
Direkt angebauter Druckmittler	Kurze Druckübertragung, geringe Füllmenge und schnelle Reaktion	Transmitter befindet sich direkt an Prozesswärme, Vibration und schwer zugänglicher Messstelle
Druckmittler mit Kapillarleitung	Transmitter kann an einem kühleren, zugänglichen und vibrationsärmeren Ort montiert werden	Hydrostatischer Höhenoffset, Temperaturfehler und längere Reaktionszeit
Zwei Remote Seals am Differenzdrucktransmitter	Geschlossene Tanks ohne klassische Impulsleitungen messbar; Prozessgasdruck wird kompensiert	Feste Nullpunktverschiebung durch Höhenabstand der Druckmittler
Direkt angebauter unterer Druckmittler und oberer Remote Seal	Kompakter Aufbau am unteren Anschluss und nur eine lange Kapillare	Asymmetrisches Temperatur- und Höhenverhalten beider Messseiten

Der Direktanbau ist messtechnisch häufig günstiger, sofern Temperatur, Vibration und Zugänglichkeit dies zulassen. Eine Kapillarleitung sollte deshalb nicht länger als technisch erforderlich gewählt werden.

Bei einer Differenzdruckmessung mit einem direkt angebauten Druckmittler auf einer Seite und einem Remote Seal auf der anderen Seite wirkt die Kapillarfüllsäule nur auf eine Messseite. Dieser Aufbau muss besonders sorgfältig berechnet werden, da sich thermische Einflüsse nicht so gut gegenseitig kompensieren wie bei zwei symmetrischen Kapillaren.

Wie entsteht der hydrostatische Höhenoffset?

Die Füllflüssigkeit innerhalb der Kapillare besitzt eine eigene Dichte. Zwischen zwei unterschiedlichen Höhen entsteht deshalb ein hydrostatischer Druck:

p_H = ρ_F × g × Δh

Dabei bedeuten:

• p_H: hydrostatischer Druck der Kapillarfüllung,
• ρ_F: Dichte der Füllflüssigkeit,
• g: Erdbeschleunigung, näherungsweise 9,81 m/s²,
• Δh: vertikaler Höhenunterschied.

Bei einer angenommenen Füllflüssigkeitsdichte von 950 kg/m³ erzeugt bereits ein Höhenunterschied von zwei Metern einen Druck von:

p_H = 950 kg/m³ × 9,81 m/s² × 2 m ≈ 18.640 Pa ≈ 186 mbar

Ein Höhenunterschied von zwei Metern kann damit einen Offset erzeugen, der bei kleinen Messspannen deutlich größer als der eigentliche Prozessmessbereich ist.

Für die Berechnung zählt die vertikale Höhendifferenz. Die tatsächliche Schlauch- oder Kapillarlänge kann wesentlich größer sein, wenn die Leitung Schleifen enthält. Eine horizontale Kapillarstrecke erzeugt keinen zusätzlichen statischen Höhenkopf, vergrößert aber Füllvolumen, Temperatureinfluss und Reaktionszeit.

Ein Druckmittler mit Kapillare richtig berechnen

Bei einer Relativ- oder Absolutdruckmessung mit einem einzelnen Remote Seal hängt der Offset von der Lage des Transmitters gegenüber dem Druckmittler ab.

Transmitter unterhalb des Druckmittlers

Die Flüssigkeitssäule wirkt zusätzlich auf die Messzelle. Der Transmitter erkennt einen positiven Druck, auch wenn am Druckmittler selbst kein entsprechender Prozessdruck anliegt.

Transmitter oberhalb des Druckmittlers

Die Flüssigkeitssäule wirkt in entgegengesetzter Richtung. Am Transmitter entsteht ein negativer beziehungsweise reduzierender Druckanteil.

Die Vorzeichen müssen immer anhand der tatsächlichen Anschluss- und Höhenlage festgelegt werden. Ein vereinfachtes Übernehmen eines positiven oder negativen Korrekturwerts ohne Betrachtung der Geometrie kann den Fehler verdoppeln.

Wird der Transmitter später versetzt, verändert sich bei einem einzelnen Remote Seal auch der hydrostatische Offset. Nach jeder Änderung der Montagehöhe muss die Messstelle deshalb neu berechnet und geprüft werden.

Differenzdruck-Füllstandmessung mit zwei Druckmittlern

Bei einem geschlossenen Behälter wird der untere Druckmittler normalerweise mit der Hochdruckseite und der obere Druckmittler mit der Niederdruckseite des Differenzdrucktransmitters verbunden.

Der Gas- oder Dampfdruck im Behälter wirkt auf beide Prozessanschlüsse und hebt sich bei der Differenzdruckbildung weitgehend auf. Übrig bleiben:

• der hydrostatische Druck der Prozessflüssigkeit,
• der hydrostatische Druck der Füllflüssigkeit in beiden Kapillaren,
• mögliche Temperatur- und Systemabweichungen.

Auch bei leerem Behälter erzeugt die höhere Füllflüssigkeitssäule auf der Niederdruckseite einen Differenzdruck. Der Messanfang liegt deshalb häufig bei einem deutlich negativen Differenzdruck.

Für ein ideal symmetrisches System mit zwei gleich gefüllten Kapillaren gilt näherungsweise:

Δp_{0 %} = −ρ_F × g × H

Δp_{100 %} = ρ_P × g × H − ρ_F × g × H

Dabei ist H der vertikale Abstand zwischen dem unteren und oberen Druckmittler, ρ_P die Dichte des Prozessmediums und ρ_F die Dichte der Füllflüssigkeit.

Die eigentliche Messspanne entspricht:

Messspanne = ρ_P × g × H

Die Kapillarfüllung verschiebt damit hauptsächlich den Messbereich. Sie verändert bei ideal gleicher Ausführung nicht die hydrostatische Prozessspanne.

Zero Elevation und Zero Suppression unterscheiden

Bei der Parametrierung muss zwischen Messbereichsverschiebung und Nullpunktkorrektur unterschieden werden.

Zero Elevation

Bei einer Zero Elevation liegt der untere Messbereichswert unter null. Der Transmitter muss beispielsweise bei −280 mbar Differenzdruck 4 mA ausgeben. Diese Situation ist bei geschlossenen Tanks mit zwei Druckmittlern häufig.

Zero Suppression

Bei einer Zero Suppression liegt der untere Messbereichswert über null. Ein positiver Druck muss anliegen, bevor der Messbereich beginnt. Dies kann beispielsweise bei einem tiefer montierten Transmitter, einer Vorlage oder einer dauerhaft vorhandenen Flüssigkeitssäule auftreten.

Nullpunktkorrektur beziehungsweise Lagekorrektur

Eine Lagekorrektur beseitigt kleine Nullpunktabweichungen, die durch die endgültige Einbaulage des Transmitters entstehen. Sie ersetzt nicht die Berechnung der Kapillarhöhe.

Der berechnete hydrostatische Offset gehört in die Parametrierung von unterem und oberem Messbereichswert. Er darf nicht unkontrolliert durch einen beliebigen Nullabgleich entfernt werden.

Kapillarlänge und Leitungsführung planen

Kapillaren sollten so kurz wie technisch möglich und so lang wie für Montage, Wartung und Temperaturentkopplung erforderlich gewählt werden. Überflüssige Reservelänge verschlechtert das Messsystem.

Für die Leitungsführung gelten insbesondere folgende Grundsätze:

• Kapillaren nicht knicken, quetschen oder mit zu engem Radius biegen.
• Kapillarleitungen nicht zum Tragen des Transmittergewichts verwenden.
• Leitungen mechanisch schützen und in regelmäßigen Abständen befestigen.
• Direkten Kontakt mit heißen Rohrleitungen, Dampf- oder Heizbändern vermeiden.
• Keine unnötigen Leitungsschleifen vorsehen.
• Bei zwei Kapillaren möglichst gleiche Leitungslängen und vergleichbare Verlegung verwenden.
• Kapillaren nicht öffnen, kürzen oder mit Verschraubungen verlängern.
• Die werkseitig festgelegte Einbaulage und den zulässigen Biegeradius beachten.

Eine große Kapillarinnendimension kann die hydraulische Reaktion verbessern, vergrößert jedoch das Füllvolumen und damit häufig den Temperatureinfluss. Kapillardurchmesser, Länge, Füllflüssigkeit und Membrangröße müssen deshalb als System ausgelegt werden.

Temperaturgradienten und Füllflüssigkeit berücksichtigen

Füllflüssigkeiten verändern ihr Volumen mit der Temperatur. Da Membran, Kapillare und Messzelle ein geschlossenes System bilden, erzeugt die Volumenänderung eine zusätzliche Druckwirkung.

Der Temperatureinfluss wird unter anderem größer bei:

• langen Kapillarleitungen,
• großem Füllvolumen,
• großen Temperaturänderungen,
• unterschiedlichen Temperaturen auf Hoch- und Niederdruckseite,
• kleinen Messspannen,
• kleinen oder steifen Druckmittlermembranen.

Die Füllflüssigkeit muss nicht nur für die maximale Prozesstemperatur geeignet sein. Ebenfalls relevant sind:

• minimale Umgebungs- und Starttemperatur,
• Viskosität bei niedriger Temperatur,
• Dichte und Temperaturkoeffizient,
• Dampfdruck bei Vakuumbetrieb,
• physiologische Anforderungen bei Lebensmittel und Pharma,
• Verträglichkeit mit dem Prozess im unwahrscheinlichen Fall einer Membranbeschädigung.

Die elektronische Temperaturkompensation des SITRANS P kann nur die spezifizierten Einflüsse des Messumformers berücksichtigen. Ein externer, asymmetrischer Temperaturgradient entlang der Kapillaren ist eine Eigenschaft des gesamten Druckmittlersystems und muss bereits bei der mechanischen Auslegung minimiert werden.

Warum symmetrische Kapillaren wichtig sind

Bei zwei Remote Seals sollten Hoch- und Niederdruckseite möglichst symmetrisch aufgebaut sein. Dazu gehören:

• gleiche Kapillarlänge,
• gleicher Kapillarinnendurchmesser,
• dieselbe Füllflüssigkeit,
• gleiche Druckmittlerbauform und Membrangröße,
• vergleichbare Befestigung und Isolierung,
• möglichst ähnliche Umgebungstemperaturen.

Gleiche Kapillarlängen allein garantieren noch keine gute Temperaturkompensation. Verläuft eine Kapillare neben einer heißen Prozessleitung und die andere frei in kühler Umgebung, entstehen unterschiedliche Volumenänderungen und damit ein Differenzdruckfehler.

Eine gemeinsame, parallele Leitungsführung kann die Temperaturbedingungen angleichen. Kapillaren dürfen dabei jedoch nicht so dicht an heißen Flächen befestigt werden, dass beide unzulässig erwärmt werden.

Die symmetrische Ausführung kompensiert außerdem nicht die beabsichtigte Höhendifferenz zwischen oberem und unterem Druckmittler. Dieser hydrostatische Offset bleibt bestehen und muss parametriert werden.

Vakuum und niedrige Absolutdrücke sicher auslegen

Bei Vakuum- und Unterdruckanwendungen ist nicht nur der angezeigte Relativdruck entscheidend. Maßgeblich ist der tatsächlich auftretende Absolutdruck im Prozess und im Druckmittlersystem.

Bei ungeeigneter Auslegung können folgende Probleme auftreten:

• Ausgasen oder Verdampfen der Füllflüssigkeit,
• Blasenbildung innerhalb des Übertragungssystems,
• instabiler oder langsam wandernder Nullpunkt,
• verzögerte Druckübertragung,
• dauerhafte Beschädigung der Druckmittlermembran.

Für dauerhaft niedrige Absolutdrücke muss eine ausdrücklich vakuumgeeignete Kombination aus Druckmittler, Füllflüssigkeit, Kapillare und Transmitter ausgewählt werden. Auch die Vakuumbedingungen während Anfahren, Entleeren, Reinigung und Störung sind zu berücksichtigen.

Die Montagehöhe des Transmitters kann bei Vakuum zusätzlich relevant sein. Eine ungünstige Lage kann den lokalen Druck innerhalb der Kapillare weiter reduzieren. Die zulässige Einbaulage ist deshalb anhand der konkreten Siemens-Systemauslegung zu prüfen und darf nicht pauschal aus einer normalen Überdruckanwendung übernommen werden.

Reaktionszeit und Dämpfung richtig bewerten

Ein Remote-Seal-System reagiert hydraulisch langsamer als ein direkt angebauter Transmitter. Die Verzögerung steigt insbesondere bei:

• langen Kapillaren,
• kleinem Kapillarinnendurchmesser,
• zähflüssiger Füllflüssigkeit,
• niedriger Umgebungstemperatur,
• kleinen Druckmittlermembranen,
• großem erforderlichem Stellvolumen der Messzelle.

Die elektronische Dämpfung des Transmitters glättet das Ausgangssignal zusätzlich. Sie kann jedoch keine verlorene hydraulische Dynamik zurückgewinnen.

Bei der Fehlersuche müssen daher zwei Effekte getrennt werden:

Beobachtung	Mögliche Ursache
Messwert reagiert bereits am Display langsam	Hydraulische Verzögerung durch Druckmittler, Kapillare oder Füllflüssigkeit
Interner Messwert reagiert schnell, 4–20-mA-Ausgang jedoch langsam	Elektronische Dämpfung oder nachgelagerte Filterung
Reaktion wird bei niedriger Temperatur deutlich langsamer	Zunehmende Viskosität der Füllflüssigkeit
Messwert wandert nach Temperaturänderung langsam	Thermisches Einschwingen des gesamten Remote-Seal-Systems

LRV, URV und Nullpunkt korrekt parametrieren

Für die Parametrierung werden der untere Messbereichswert LRV und der obere Messbereichswert URV benötigt.

• LRV: tatsächlicher Differenzdruck bei 0 % Füllstand beziehungsweise am Messanfang,
• URV: tatsächlicher Differenzdruck bei 100 % Füllstand beziehungsweise am Messende,
• Messspanne: URV minus LRV.

Die Berechnung sollte vor der Montageprüfung dokumentiert werden. Benötigt werden:

• vertikaler Abstand der wirksamen Druckmittlermembranen,
• Montagehöhe des Transmitters,
• Dichte der Prozessflüssigkeit,
• Dichte der Füllflüssigkeit bei Referenztemperatur,
• Zuordnung von Hoch- und Niederdruckseite,
• offener oder geschlossener Behälter,
• direkter oder abgesetzter Druckmittler je Messseite.

Erst nach der Bereichsparametrierung wird eine zulässige Lage- beziehungsweise Nullpunktkorrektur durchgeführt. Dabei muss sich die Messstelle in einem eindeutig bekannten Referenzzustand befinden.

Ein Nullabgleich bei angeblich leerem Tank ist ungeeignet, wenn noch Restflüssigkeit, Spülmedium, Gasdruckdifferenz oder eine unbekannte Dichte vorhanden ist. Der Transmitter würde dann nicht nur seine Lageabweichung, sondern auch einen realen Prozessdruck als neuen Nullpunkt übernehmen.

Systematische Inbetriebnahme der Messstelle

1. Auslegung prüfen: Transmitter, Druckmittler, Füllflüssigkeit, Kapillaren und Prozessdaten mit der Bestellung vergleichen.
2. Membranen kontrollieren: Auf Dellen, Kratzer, Verschmutzung und fehlende Schutzkappen achten.
3. Montagehöhen aufnehmen: Mittelpunkt der unteren und oberen Druckmittlermembran sowie Lage des Transmitters dokumentieren.
4. Kapillaren prüfen: Länge, Befestigung, Biegeradien und thermische Umgebung kontrollieren.
5. Hoch- und Niederdruckseite zuordnen: Anschlüsse eindeutig mit der Berechnung und Dokumentation abgleichen.
6. LRV und URV berechnen: Prozess- und Füllflüssigkeitsdichte sowie alle Höhen berücksichtigen.
7. Transmitter parametrieren: Einheit, Messanfang, Messende und erforderliche Dämpfung einstellen.
8. Lagekorrektur durchführen: Nur im definierten Referenzzustand und in endgültiger Einbaulage.
9. Messpunkte prüfen: Soweit möglich 0, 50 und 100 % beziehungsweise mehrere bekannte Referenzzustände kontrollieren.
10. Stromschleife prüfen: 4–20-mA-Ausgang, SPS-Skalierung und Leitsystemanzeige vergleichen.
11. Temperaturverhalten beobachten: Messwert nach dem thermischen Einschwingen erneut prüfen.
12. As-built-Daten dokumentieren: Höhen, Kapillarführung, Parametrierung und Nullpunktkorrektur festhalten.

Wird der Transmitter später versetzt, eine Kapillare anders verlegt oder die Prozessdichte geändert, muss die Auslegung erneut geprüft werden. Die ursprüngliche Parametrierung ist dann möglicherweise nicht mehr gültig.

Typische Fehler bei Remote-Seal-Systemen

Fehler	Mögliche Folge	Geeignete Maßnahme
Kapillarhöhe nicht berechnet	Konstanter Offset über den gesamten Messbereich	Hydrostatischen Druck der Füllflüssigkeit berechnen
LRV auf 0 mbar eingestellt	4–20-mA-Skalierung passt nicht zur realen Messstelle	Tatsächlichen Differenzdruck bei 0 % als LRV verwenden
Hydrostatischer Offset mit Zero Trim entfernt	Bereichsanfang erscheint korrekt, Messende ist jedoch falsch	Bereichsverschiebung über LRV und URV parametrieren
Ungleiche Kapillarlängen	Unterschiedliches thermisches und dynamisches Verhalten	Bei zwei Remote Seals symmetrische Ausführung wählen
Eine Kapillare liegt an heißer Rohrleitung	Temperaturabhängiger Nullpunktfehler	Beide Kapillaren vergleichbar und geschützt verlegen
Überflüssige Kapillarreserve aufgewickelt	Größeres Füllvolumen und langsamere Reaktion	Nur die erforderliche Kapillarlänge bestellen
Elektronische Dämpfung zu hoch eingestellt	Füllstandänderungen und Alarme werden verzögert	Hydraulische und elektronische Verzögerung getrennt bewerten
Standardfüllung bei Vakuum eingesetzt	Ausgasung, Drift oder instabile Messung	Vakuumgeeignetes Druckmittlersystem auswählen
Druckmittlermembran mechanisch gereinigt	Membranverformung und dauerhafte Nullpunktverschiebung	Nur freigegebene, schonende Reinigungsverfahren verwenden
Transmitter nach Inbetriebnahme versetzt	Höhenoffset stimmt nicht mehr	Geometrie neu aufnehmen und Messstelle erneut prüfen

Praxisbeispiel: Geschlossener Tank mit zwei Druckmittlern

In einem geschlossenen Prozessbehälter soll der Füllstand mit einem SITRANS-P-Differenzdrucktransmitter und zwei Remote Seals gemessen werden.

Für das vereinfachte Beispiel gelten:

• Abstand zwischen unterem und oberem Druckmittler: 3,0 m,
• Dichte des Prozessmediums: 1.100 kg/m³,
• Dichte der Füllflüssigkeit: 950 kg/m³,
• unterer Druckmittler an der Hochdruckseite,
• oberer Druckmittler an der Niederdruckseite,
• gleiche Kapillaren und gleiche Füllflüssigkeit.

Differenzdruck bei 0 % Füllstand

Bei 0 % wirkt noch kein hydrostatischer Prozessfüllstand zwischen den beiden Druckmittlern. Die Füllflüssigkeitssäule auf der Niederdruckseite erzeugt jedoch einen negativen Offset:

LRV = −950 kg/m³ × 9,81 m/s² × 3,0 m

LRV ≈ −27.959 Pa ≈ −279,6 mbar

Prozessspanne

Die Prozessflüssigkeit erzeugt bei 100 %:

Δp_Prozess = 1.100 kg/m³ × 9,81 m/s² × 3,0 m

Δp_Prozess ≈ 32.373 Pa ≈ 323,7 mbar

Differenzdruck bei 100 % Füllstand

Der obere Messbereichswert ergibt sich aus dem negativen Kapillaroffset plus der positiven Prozessspanne:

URV = −279,6 mbar + 323,7 mbar

URV ≈ +44,1 mbar

Der SITRANS P wird somit nicht auf 0 bis 323,7 mbar parametriert, sondern auf:

4 mA = −279,6 mbar

20 mA = +44,1 mbar

Die Messspanne bleibt 323,7 mbar. Der Messbereich ist lediglich durch die Füllflüssigkeitssäule verschoben.

Würde bei leerem Tank ein Nullabgleich durchgeführt und anschließend ein Messbereich von 0 bis 323,7 mbar eingestellt, könnte die Anzeige am Leerpunkt zwar 0 % zeigen. Die physikalische Bereichszuordnung des Transmitters wäre jedoch nicht korrekt dokumentiert, und spätere Prüfungen oder Gerätewechsel würden unnötig erschwert.

Nach der Parametrierung werden der angezeigte Differenzdruck, das 4–20-mA-Signal und die Skalierung im Leitsystem geprüft. Zusätzlich wird kontrolliert, ob beide Kapillaren vergleichbar verlegt und denselben Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.

Welche Produkte und Lösungen eignen sich?

Siemens SITRANS P320

Der SITRANS P320 ist ein digitaler Prozesstransmitter für Relativdruck, Absolutdruck, Differenzdruck, Durchfluss und hydrostatische Füllstandmessung. Für schwierige Medien und besondere Prozessbedingungen kann er mit geeigneten Druckmittlern kombiniert werden.

HART-Kommunikation, lokale Parametrierung und Diagnosefunktionen unterstützen die Einstellung von Messbereich, Dämpfung und Ausgangssignal sowie die Prüfung der Messstelle während der Inbetriebnahme.

Siemens SITRANS P420

Der SITRANS P420 eignet sich für anspruchsvolle Prozessmessstellen mit hohen Anforderungen an Messgenauigkeit, Diagnose und Betriebssicherheit. Auch hier muss die konkrete Kombination aus Messzelle, Druckmittler, Kapillare, Membran und Füllflüssigkeit anwendungsbezogen ausgelegt werden.

Siemens Druckmittler für SITRANS P320/P420

Für die SITRANS-P320/P420-Baureihe stehen unterschiedliche Druckmittlerbauformen zur Verfügung. Dazu gehören direkt montierte Ausführungen sowie Systeme mit flexibler Kapillarleitung für Relativ-, Absolut- und Differenzdruckmessungen.

Bei der Bestellung sollten Prozessanschluss, Nenndruck, Membranwerkstoff, Beschichtung, Füllflüssigkeit, Kapillarlänge, Temperatur, Vakuumbedingungen und Montagehöhe vollständig angegeben werden. Der Druckmittler und der Transmitter werden als abgestimmtes Messsystem ausgelegt.

UPS4E Stromschleifen-Kalibrator

Mit dem UPS4E Stromschleifen-Kalibrator kann das 4–20-mA-Signal des SITRANS P während Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersuche geprüft werden.

Damit lassen sich der Transmitterausgang, die Verdrahtung, der Analogeingang und die Skalierung im Leitsystem getrennt untersuchen. Die elektrische Schleifenprüfung ergänzt die mechanische und hydrostatische Prüfung des Druckmittlersystems.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl und Auslegung von SITRANS P320/P420, Druckmittlerbauform, Füllflüssigkeit, Kapillarlänge, Messspanne und Werkstoffen sowie bei der Berechnung von LRV, URV und hydrostatischer Nullpunktverschiebung.

Fazit

Ein SITRANS P mit Druckmittler misst nicht nur den Prozessdruck. Das System erfasst zusätzlich die hydrostatischen Druckanteile der Füllflüssigkeit in den Kapillaren. Unterschiedliche Montagehöhen können deshalb erhebliche konstante Offsets erzeugen.

Bei einem einzelnen Remote Seal hängt der Offset von der Lage des Transmitters zum Druckmittler ab. Bei einer Differenzdruck-Füllstandmessung mit zwei Druckmittlern erzeugt der Höhenabstand zwischen oberem und unterem Prozessanschluss eine feste Messbereichsverschiebung.

Diese Verschiebung muss über den tatsächlichen unteren und oberen Messbereichswert parametriert werden. Ein beliebiger Nullabgleich ersetzt die hydrostatische Berechnung nicht.

Gleiche Kapillarlängen, vergleichbare Leitungsführung und symmetrische Temperaturbedingungen reduzieren Differenzfehler. Sie kompensieren jedoch weder den Höhenoffset noch eine falsche Prozessdichte.

Für eine stabile Messstelle müssen Transmitter, Druckmittler, Membran, Füllflüssigkeit, Kapillaren, Montagehöhe, Temperaturbereich, Vakuumbedingungen und gewünschte Reaktionszeit bereits bei der Bestellung gemeinsam ausgelegt werden.

Häufige Fragen zu SITRANS P mit Druckmittler

Warum zeigt der SITRANS P bei leerem Tank einen negativen Differenzdruck?

Bei zwei Remote Seals wirkt die Füllflüssigkeitssäule zwischen oberem und unterem Druckmittler auch bei leerem Tank. Die höhere Säule auf der Niederdruckseite erzeugt häufig einen negativen Differenzdruck. Dieser Wert muss als LRV berücksichtigt werden.

Kann die Höhendifferenz einfach mit einem Nullabgleich entfernt werden?

Die Lagekorrektur kann kleine montagebedingte Nullpunktabweichungen beseitigen. Der hydrostatische Offset der Kapillarfüllung gehört jedoch zur Messbereichsberechnung und sollte über LRV und URV parametriert werden.

Welche Höhe wird für die Berechnung verwendet?

Verwendet wird die vertikale Höhendifferenz zwischen den wirksamen Bezugspunkten, normalerweise den Mittelpunkten der Druckmittlermembranen beziehungsweise zwischen Druckmittler und Messzelle. Die gesamte verlegte Kapillarlänge ist für den statischen Höhenkopf nicht entscheidend.

Müssen beide Kapillaren gleich lang sein?

Bei Differenzdruckmessungen mit zwei Remote Seals sind gleiche Kapillarlängen grundsätzlich empfehlenswert. Ebenso wichtig sind jedoch gleiche Bauformen, dieselbe Füllflüssigkeit und vergleichbare Temperaturbedingungen.

Kann überschüssige Kapillare aufgewickelt werden?

Eine begrenzte Reservelänge kann mechanisch geordnet verlegt werden, sollte aber möglichst vermieden werden. Zusätzliche Kapillarlänge vergrößert Füllvolumen, Temperatureinfluss und Reaktionszeit.

Warum wandert der Nullpunkt bei Temperaturänderungen?

Die Füllflüssigkeit dehnt sich temperaturabhängig aus. Werden beide Kapillaren unterschiedlich erwärmt oder ist das System asymmetrisch aufgebaut, entsteht ein zusätzlicher Differenzdruck.

Kann die elektronische Dämpfung eine lange Kapillare ausgleichen?

Nein. Elektronische Dämpfung glättet das Signal zusätzlich. Sie kann die hydraulische Verzögerung einer langen oder kalten Kapillare nicht verkürzen.

Was muss bei Vakuum beachtet werden?

Füllflüssigkeit, Druckmittler und Einbaulage müssen für den niedrigsten auftretenden Absolutdruck geeignet sein. Andernfalls können Ausgasung, Blasenbildung, Drift oder verzögerte Druckübertragung auftreten.

Muss nach dem Versetzen des Transmitters neu parametriert werden?

Bei einem einzelnen Remote Seal oder einem asymmetrischen System kann sich der hydrostatische Offset ändern. Die neue Geometrie muss daher berechnet und die Messstelle erneut geprüft werden.

Wie wird die 4–20-mA-Skalierung kontrolliert?

Nach der Druckparametrierung werden Transmitteranzeige, Schleifenstrom, Analogeingang und Leitsystemwert miteinander verglichen. Mit einem Loop-Kalibrator kann die elektrische Signalstrecke unabhängig vom Prozess geprüft werden.