Bei Druckmittlern wird häufig ein möglichst kleiner Prozessanschluss gewünscht. Er benötigt wenig Einbauraum, lässt sich leichter in vorhandene Leitungen integrieren und reduziert den konstruktiven Aufwand an Behältern, Maschinen und Rohrleitungen. Ein kleiner Anschluss führt jedoch häufig auch zu einer kleinen wirksamen Membranfläche.
Genau hier entsteht ein technischer Zielkonflikt: Eine kleine Membran ist vergleichsweise steif und verschiebt bei gleichem Druck weniger Systemfüllflüssigkeit als eine größere Membran. Bei hohen Druckbereichen ist das oft unkritisch oder sogar vorteilhaft. Bei niedrigen Messbereichen, großen Temperaturänderungen oder langen Kapillarleitungen kann die Kombination dagegen zu erhöhtem Temperaturfehler, langsamer Reaktion oder einer technisch nicht realisierbaren Ausführung führen.
Die Membrangröße darf deshalb nicht unabhängig vom Druckmessgerät ausgewählt werden. Entscheidend ist das komplette Druckmittlersystem aus Membran, Systemfüllflüssigkeit, Anbauart, Kapillare und Manometer, Druckschalter oder Drucktransmitter. Erst nach einer technischen Berechnung lässt sich feststellen, welcher kleinste Messbereich mit der gewünschten Genauigkeit und Reaktionszeit möglich ist.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert ein Druckmittlersystem?
- Warum beeinflusst der Membrandurchmesser die Messung?
- Warum werden niedrige Messbereiche kritisch?
- Kleiner Prozessanschluss bedeutet nicht immer kleine Membran
- Temperatureinfluss und Nullpunktverschiebung
- Welche Rolle spielt die Systemfüllflüssigkeit?
- Membrangröße und Reaktionszeit
- Direktanbau, Kühlelement oder Kapillarleitung?
- Manometer oder Drucktransmitter?
- Wie wird die Gesamtgenauigkeit bewertet?
- Hoher Nenndruck und kleiner Messbereich sind nicht dasselbe
- Typische Auslegungs- und Bestellfehler
- Praxisbeispiel bei einem heißen, viskosen Medium
- Druckmittlersystem richtig auslegen
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Wie funktioniert ein Druckmittlersystem?
Ein Druckmittler trennt das eigentliche Druckmessgerät vom Prozessmedium. Das Medium wirkt auf eine elastische metallische Membran. Hinter der Membran befindet sich ein vollständig mit einer geeigneten Flüssigkeit gefülltes hydraulisches System.
Verformt sich die Membran unter dem Prozessdruck, verschiebt sie ein kleines Flüssigkeitsvolumen. Diese Volumenverschiebung wird über die Systemfüllflüssigkeit an das angeschlossene Messgerät übertragen. Das Messgerät kann beispielsweise ein Manometer, Druckschalter oder Drucktransmitter sein.
Das vollständige System besteht je nach Ausführung aus:
- Druckmittler mit Prozessanschluss und Membran,
- Systemfüllflüssigkeit,
- direktem Anschluss, Kühlelement oder Kapillarleitung,
- angeschlossenem Druckmessgerät,
- gegebenenfalls Schutz-, Spül- oder Montagekomponenten.
Die Systemfüllung muss blasenfrei und dauerhaft dicht sein. Bereits kleine Gasblasen würden das Übertragungsverhalten verändern, weil Gase im Gegensatz zu Flüssigkeiten deutlich kompressibler sind.
Ein montiertes Druckmittlersystem darf deshalb nicht wie ein einfacher Gewindeadapter getrennt werden. Beim Öffnen kann Füllflüssigkeit austreten oder Luft in das System gelangen. Danach ist eine fachgerechte Neubefüllung und Kalibrierung erforderlich.
Warum beeinflusst der Membrandurchmesser die Messung?
Die wirksame Membranfläche bestimmt, wie stark sich die Membran bei einem bestimmten Druck verformen kann. Eine größere Membran besitzt bei ansonsten vergleichbarer Ausführung eine geringere Steifigkeit und kann mehr Volumen verschieben.
Eine kleine Membran ist dagegen steifer. Um dieselbe Auslenkung und Volumenverschiebung zu erzeugen, wird ein höherer Druck benötigt. Das erklärt, weshalb kompakte Druckmittler besonders gut zu mittleren und hohen Druckbereichen passen, während niedrige Druckbereiche häufig eine größere Membran benötigen.
| Eigenschaft | Kleine Membran | Große Membran |
|---|---|---|
| Mechanische Steifigkeit | Vergleichsweise hoch | Vergleichsweise niedrig |
| Volumenverschiebung bei gleichem Druck | Gering | Größer |
| Eignung für niedrige Messbereiche | Häufig eingeschränkt | Meist günstiger |
| Temperatureinfluss des Systems | Kann bezogen auf die Messspanne stärker ausfallen | Durch geringere Membransteifigkeit meist günstiger |
| Möglicher Nenndruck | Je nach Konstruktion sehr hoch | Stärker von Bauform und Werkstoff abhängig |
| Platzbedarf | Gering | Größer |
Neben dem Durchmesser beeinflussen auch Membrandicke, Werkstoff, Kontur und Fertigungsverfahren die Steifigkeit. Der sichtbare Außendurchmesser des Druckmittlers ist daher nicht automatisch identisch mit dem wirksamen Membrandurchmesser.
Die Membran darf außerdem nicht beliebig dünn ausgeführt werden. Sie muss dem Prozessdruck, möglichen Druckspitzen, mechanischer Beanspruchung, Korrosion und gegebenenfalls Abrasion standhalten.
Warum werden niedrige Messbereiche kritisch?
Das angeschlossene Druckmessgerät benötigt eine bestimmte Volumenverschiebung, um seinen vollständigen Messbereich zu durchlaufen. Dieses erforderliche Volumen wird häufig als Stell- oder Steuerungsvolumen bezeichnet.
Bei einem hohen Druckbereich steht ausreichend Druck zur Verfügung, um die kleine Membran auszulenken und das benötigte Flüssigkeitsvolumen zu verschieben. Bei einem niedrigen Messbereich ist die erzeugte Membranbewegung wesentlich kleiner.
Ist die Membran zu steif, kann das System folgende Probleme zeigen:
- Der vorgesehene Endwert wird nicht mit der geforderten Genauigkeit erreicht.
- Die Kennlinie wird durch die Membranfederkennlinie beeinflusst.
- Der Temperaturfehler wird im Verhältnis zur kleinen Messspanne zu groß.
- Der Nullpunkt reagiert empfindlich auf Temperaturänderungen.
- Die geforderte Reaktionszeit kann nicht eingehalten werden.
- Die gewünschte Kombination wird vom Hersteller nicht freigegeben.
Ein Druckmittler mit einem zulässigen Nenndruck von beispielsweise 400 bar ist daher nicht automatisch für einen Messbereich von 0 bis 400 mbar geeignet. Der Nenndruck beschreibt die mechanische Belastbarkeit. Der Messbereich beschreibt dagegen die Druckspanne, die das vollständige Messsystem zuverlässig erfassen soll.
Ein allgemeingültiger Mindestmessbereich kann nicht allein aus dem Prozessanschluss abgeleitet werden. Er hängt zusätzlich von Membrandurchmesser, Messgerät, Füllflüssigkeit, Temperaturbereich und Montageart ab.
Kleiner Prozessanschluss bedeutet nicht immer kleine Membran
Prozessgewinde und wirksamer Membrandurchmesser sind zwei unterschiedliche Größen. Bei einem Druckmittler mit innenliegender Membran kann der eigentliche Gewindeanschluss kleiner sein als der Außendurchmesser des Druckmittlerkörpers.
Dadurch lässt sich beispielsweise ein G-½- oder ½-NPT-Prozessanschluss mit unterschiedlichen Membrandurchmessern kombinieren. Der Druck gelangt durch eine Öffnung im Unterteil zur Membran, die sich in einem größeren Druckmittlerkörper befindet.
Bei einer frontbündigen Ausführung befindet sich die Membran dagegen direkt an der Prozessöffnung. Soll auch der gesamte Druckmittler sehr kompakt sein, ist die verfügbare Membranfläche entsprechend begrenzt.
Die Bauformen unterscheiden sich daher grundlegend:
| Bauform | Vorteil | Mögliche Einschränkung |
|---|---|---|
| Innenliegende Membran | Größere Membranfläche trotz Gewindeanschluss möglich | Innenraum kann für zähe oder kristallisierende Medien ungünstig sein |
| Kleine frontbündige Membran | Kompakt und ohne engen Druckkanal | Niedrige Messbereiche können eingeschränkt sein |
| Große frontbündige Membran | Günstig für niedrige Drücke und schwierige Medien | Größerer Prozessanschluss und höherer Platzbedarf |
| Flanschdruckmittler | Große Membran und zahlreiche Werkstoffoptionen | Höherer Montage- und Kostenaufwand |
| Rohrdruckmittler | Totraumarme Messung im freien Rohrquerschnitt | Einbau in die Prozessleitung erforderlich |
Bei viskosen, pastösen oder kristallisierenden Medien reicht es nicht aus, nur eine möglichst große innenliegende Membran zu wählen. Wenn der Druckkanal vor der Membran verstopfen kann, ist eine wirklich frontbündige oder Inline-Ausführung häufig wichtiger.
Temperatureinfluss und Nullpunktverschiebung
Die Systemfüllflüssigkeit verändert ihr Volumen mit der Temperatur. Erwärmt sich das Druckmittlersystem, dehnt sich die Flüssigkeit aus. Da das System geschlossen ist, wirkt diese Volumenänderung auf die Membran und auf das Messglied des angeschlossenen Geräts.
Die dadurch entstehende Kraft kann auch ohne Änderung des Prozessdrucks eine Nullpunktverschiebung erzeugen. Bei Abkühlung tritt der Effekt in umgekehrter Richtung auf.
Wie stark der Temperaturfehler ausfällt, hängt unter anderem ab von:
- wirksamem Membrandurchmesser und Membransteifigkeit,
- gesamtem Füllvolumen des Systems,
- thermischem Ausdehnungskoeffizienten der Füllflüssigkeit,
- Prozess- und Umgebungstemperatur,
- Temperaturverteilung entlang einer Kapillarleitung,
- Messspanne des angeschlossenen Geräts.
Eine große Membran kann die Volumenausdehnung aufgrund ihrer geringeren Steifigkeit mit einer kleineren zusätzlichen Druckkraft aufnehmen. Bei einer kleinen, steifen Membran kann dieselbe Volumenänderung einen deutlich größeren Druckfehler erzeugen.
Besonders kritisch ist dies bei kleinen Messspannen. Ein temperaturbedingter Nullpunktversatz von beispielsweise einigen Millibar wäre bei einem Messbereich von 0 bis 400 bar kaum relevant, bei 0 bis 100 mbar dagegen möglicherweise unbrauchbar.
Der Temperaturfehler eines Druckmittlersystems muss deshalb in absoluten Druckeinheiten und anschließend relativ zur vorgesehenen Messspanne bewertet werden.
Welche Rolle spielt die Systemfüllflüssigkeit?
Die Füllflüssigkeit überträgt den Druck hydraulisch von der Membran zum Messgerät. Ihre Auswahl beeinflusst Temperaturbereich, Reaktionszeit, Vakuumeignung und Prozesssicherheit.
Wichtige Eigenschaften sind:
- Viskosität und deren Temperaturabhängigkeit,
- thermischer Ausdehnungskoeffizient,
- Erstarrungs- und Siedeverhalten,
- Dampfdruck bei Vakuumanwendungen,
- Verträglichkeit mit dem Prozessmedium,
- Zulassung für Lebensmittel- oder Pharmaanwendungen,
- Eignung für Sauerstoff, Chlor oder andere reaktive Medien.
Eine Füllflüssigkeit mit niedriger Viskosität unterstützt eine schnelle Druckübertragung. Bei sinkender Temperatur nimmt die Viskosität vieler Flüssigkeiten jedoch deutlich zu. Das System reagiert dann langsamer, obwohl die angegebene untere Einsatztemperatur der Flüssigkeit noch nicht unterschritten ist.
Die reine Temperaturfreigabe der Füllflüssigkeit garantiert deshalb noch keine ausreichende Reaktionszeit. Das dynamische Verhalten der vollständigen Kombination muss gesondert betrachtet werden.
Bei einer möglichen Beschädigung der Membran kann die Füllflüssigkeit in den Prozess gelangen. Für Lebensmittel, pharmazeutische Produkte, Sauerstoff oder andere kritische Medien muss deshalb eine ausdrücklich geeignete Flüssigkeit ausgewählt werden.
Membrangröße und Reaktionszeit
Eine kleine Bauform wird häufig automatisch mit einer schnellen Messung gleichgesetzt. Bei einem Druckmittlersystem ist dieser Zusammenhang jedoch nicht so einfach.
Die Reaktionszeit wird von der gesamten hydraulischen Übertragungskette bestimmt:
- Volumenverschiebung des angeschlossenen Messgeräts,
- Steifigkeit und Bewegung der Druckmittlermembran,
- Viskosität der Füllflüssigkeit,
- Länge und Innendurchmesser einer Kapillare,
- Temperatur der Füllflüssigkeit,
- Gasfreiheit und Qualität der Systemfüllung.
Ein Manometer mit vergleichsweise großem Stellvolumen benötigt mehr Flüssigkeitsverschiebung als ein kompakter elektronischer Drucksensor. Eine kleine Membran kann daher mit einem Drucktransmitter noch funktionieren, während dieselbe Membran für ein niedrig messendes Rohrfedermanometer ungeeignet ist.
Lange oder sehr dünne Kapillarleitungen erhöhen den hydraulischen Strömungswiderstand. Die Druckänderung erreicht das Messgerät dadurch verzögert. Bei niedrigen Temperaturen verstärkt die höhere Viskosität der Füllflüssigkeit diesen Effekt zusätzlich.
Für schnelle Druckänderungen, kurze Maschinentakte oder die Erfassung von Druckspitzen sollte deshalb möglichst ein direkt angebautes System mit geringem Füllvolumen verwendet werden. Ein Druckmittlersystem ist nicht automatisch für hochdynamische Druckverläufe geeignet.
Direktanbau, Kühlelement oder Kapillarleitung?
Direktanbau
Beim Direktanbau befindet sich das Messgerät unmittelbar auf dem Druckmittler. Dadurch bleiben Füllvolumen und hydraulischer Übertragungsweg klein. Diese Bauform bietet in der Regel die günstigste Reaktionszeit und einen geringeren zusätzlichen Temperatureinfluss.
Der Direktanbau ist jedoch nur möglich, wenn Prozess- und Umgebungstemperatur innerhalb der zulässigen Grenzen des Messgeräts liegen und Vibrationen am Messpunkt akzeptabel sind.
Kühlelement
Ein Kühlelement vergrößert den Abstand zwischen Prozess und Messgerät und kann die Temperatur an der Messgeräteaufnahme reduzieren. Es besitzt weiterhin eine relativ kompakte Bauform, erhöht aber Füllvolumen und Reaktionszeit gegenüber dem direkten Anbau.
Kapillarleitung
Eine Kapillare ermöglicht die räumliche Trennung von Druckmittler und Messgerät. Sie wird eingesetzt, wenn hohe Temperaturen, starke Vibrationen, schlechte Ablesbarkeit oder begrenzter Einbauraum eine Montage direkt am Prozess verhindern.
Mit zunehmender Kapillarlänge steigen jedoch:
- Füllvolumen,
- Temperatureinfluss,
- Reaktionszeit,
- Empfindlichkeit gegenüber Umgebungstemperaturschwankungen,
- hydrostatischer Einfluss durch Höhenunterschiede.
Die Kapillare sollte daher nur so lang wie technisch erforderlich gewählt werden. Auch der vorgesehene Höhenunterschied zwischen Druckmittler und Messgerät muss bereits bei der Auslegung bekannt sein.
Manometer oder Drucktransmitter?
Die erforderliche Membrangröße hängt wesentlich vom angeschlossenen Messgerät ab. Das Druckmessgerät ist kein beliebig austauschbarer Bestandteil des Systems.
| Messgerät | Typische Eigenschaft im Druckmittlersystem |
|---|---|
| Rohrfedermanometer | Benötigt abhängig von Baugröße und Messbereich eine vergleichsweise große Volumenverschiebung |
| Plattenfedermanometer | Für niedrige Druckbereiche geeignet, muss jedoch ebenfalls als komplettes System ausgelegt werden |
| Elektronischer Drucktransmitter | Häufig kleines Stellvolumen und dadurch günstigere Kombinationsmöglichkeiten |
| Prozesstransmitter | Hohe Genauigkeit und Turndown möglich, Temperatureffekt des Druckmittlers bleibt dennoch relevant |
| Druckschalter | Schaltpunkt und Rückschaltpunkt können durch den zusätzlichen Systemfehler beeinflusst werden |
Der Messbereich des Grundgeräts darf nicht isoliert betrachtet werden. Ein hochgenauer Transmitter verliert seinen Genauigkeitsvorteil, wenn der zusätzliche Temperaturfehler des Druckmittlersystems die eigentliche Gerätegenauigkeit deutlich übersteigt.
Bei sehr kleinen Messbereichen kann ein Drucktransmitter mit direkt integrierter frontbündiger Messzelle technisch günstiger sein als ein separates Messgerät mit angebautem Klein-Druckmittler. Das gilt insbesondere, wenn Medium, Temperatur und Werkstoffe eine solche Lösung zulassen.
Wie wird die Gesamtgenauigkeit bewertet?
Die Gesamtmessabweichung besteht nicht nur aus der im Datenblatt des Manometers oder Transmitters angegebenen Genauigkeit. Hinzu kommen die Einflüsse des Druckmittlersystems und der konkreten Installation.
Zu berücksichtigen sind unter anderem:
- Grundgenauigkeit des Messgeräts,
- zusätzliche Kennlinienabweichung des Druckmittlersystems,
- Temperatureinfluss auf Nullpunkt und Spanne,
- Einfluss der Einbaulage,
- hydrostatischer Druck einer Kapillarfüllung,
- Langzeitstabilität,
- Reproduzierbarkeit und Hysterese,
- Prozessdynamik und Pulsation.
Bei einem kapillargebundenen System kann bereits der Höhenunterschied einen relevanten Nullpunktversatz erzeugen. Befindet sich das Messgerät oberhalb des Druckmittlers, wirkt die Flüssigkeitssäule anders als bei einer Montage unterhalb der Messstelle.
Nach der Montage sollte deshalb der Nullpunkt unter den tatsächlichen Einbaubedingungen kontrolliert und bei Bedarf korrigiert werden. Eine Nullpunkteinstellung beseitigt jedoch nicht automatisch temperaturabhängige Änderungen während des Betriebs.
Für anspruchsvolle Messstellen sollte das komplette Druckmittlersystem gemeinsam kalibriert werden. Eine separate Kalibrierung von Druckmittler und Messgerät bildet das hydraulische Verhalten der montierten Kombination nicht vollständig ab.
Hoher Nenndruck und kleiner Messbereich sind nicht dasselbe
Kleine Membranen können aufgrund ihrer kompakten und steifen Konstruktion für sehr hohe Nenndrücke ausgelegt werden. Dies ist besonders bei kleinen Gewindeanschlüssen und Hochdruckanwendungen vorteilhaft.
Der zulässige Nenndruck sagt jedoch nicht aus, wie klein der Messbereich sein darf. Ein Druckmittler kann mechanisch 600 oder 1.000 bar widerstehen und dennoch nicht für eine genaue Messung von 0 bis 250 mbar geeignet sein.
Zu unterscheiden sind:
- Messbereich: Bereich, in dem der Druckwert erfasst werden soll.
- Nenndruck: Mechanische Druckstufe des Druckmittlers und Prozessanschlusses.
- Überlastgrenze: Kurzzeitig zulässige Belastung des vollständigen Messsystems.
- Berstdruck: Druck, bei dem mit mechanischem Versagen gerechnet werden muss.
Maßgeblich ist immer die niedrigste zulässige Grenze innerhalb der vollständigen Kombination. Ein hochdruckfester Druckmittler erhöht nicht automatisch die Überlastfestigkeit des angeschlossenen Messgeräts.
Typische Auslegungs- und Bestellfehler
Der kleinste verfügbare Prozessanschluss wird vorgegeben
Erst danach wird versucht, einen niedrigen Messbereich zu realisieren. Die verfügbare Membranfläche reicht jedoch möglicherweise nicht für die erforderliche Volumenverschiebung aus.
Nur der Nenndruck wird betrachtet
Eine hohe mechanische Belastbarkeit wird mit der Eignung für jeden beliebigen Messbereich verwechselt.
Die Prozesstemperatur wird ohne Umgebungstemperatur angegeben
Für die Systemberechnung müssen Prozess-, Umgebungs- und gegebenenfalls Kapillartemperatur bekannt sein.
Eine lange Kapillare wird vorsorglich bestellt
Überflüssige Kapillarlänge vergrößert das Füllvolumen und verschlechtert Reaktionszeit und Temperaturverhalten.
Das Messgerät wird nachträglich ausgetauscht
Ein anderes Manometer oder ein anderer Transmitter kann ein abweichendes Stellvolumen besitzen. Die ursprüngliche Systemauslegung ist dann nicht mehr zwingend gültig.
Die Füllflüssigkeit wird nur nach der Maximaltemperatur ausgewählt
Viskosität, Ausdehnung, Vakuumeignung und Medienverträglichkeit werden nicht berücksichtigt.
Der Druckmittler wird separat bestellt
Druckmittler und Messgerät werden erst vor Ort zusammengeschraubt. Ohne fachgerechte Evakuierung, Befüllung und Kalibrierung entsteht kein funktionsfähiges Druckmittlersystem.
Ein kleiner Transmitterbereich wird über Turndown erzeugt
Der elektronische Transmitter kann zwar heruntergespannt werden, der absolute Temperaturfehler des Druckmittlers bleibt jedoch bestehen und wird relativ zur kleineren Messspanne größer.
Praxisbeispiel: Druckmessung an einem heißen, viskosen Medium
In einer Produktionsanlage soll der Druck eines viskosen Mediums bei 160 °C gemessen werden. Der normale Betriebsdruck liegt zwischen 0,3 und 1,5 bar. Gewünscht wird ein Messbereich von 0 bis 2,5 bar und ein frontbündiger Prozessanschluss G ½.
Aus Platzgründen wird zunächst ein sehr kompakter Druckmittler mit kleiner Membran und drei Meter langer Kapillarleitung angefragt. Das Messgerät soll außerhalb der heißen Zone montiert werden.
Die Kombination ist aus mehreren Gründen kritisch:
- Der Messbereich ist für eine sehr kleine Membran vergleichsweise niedrig.
- Die Prozesstemperatur verursacht eine deutliche Ausdehnung der Füllflüssigkeit.
- Die lange Kapillare erhöht das Füllvolumen.
- Die viskositätsabhängige Reaktionszeit kann bei kalter Umgebung deutlich steigen.
- Der absolute Temperaturfehler wirkt sich stark auf die Messspanne von nur 2,5 bar aus.
Als Lösung wird eine Bauform mit größerer wirksamer Membran geprüft. Zusätzlich wird die Kapillare auf die tatsächlich notwendige Länge reduziert und eine für Temperatur und Medium geeignete Füllflüssigkeit ausgewählt.
Falls der vorhandene G-½-Anschluss keine ausreichend große und frontbündige Membran zulässt, muss der Prozessanschluss vergrößert oder eine andere Messstellenkonstruktion verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist ein geeigneter frontbündiger Drucktransmitter mit integrierter Messzelle, sofern dessen Temperaturgrenzen eingehalten werden können.
Das vollständige System wird anschließend für Prozess- und Umgebungstemperatur berechnet und gemeinsam kalibriert. Erst diese Auslegung ermöglicht eine belastbare Aussage zu Messfehler und Reaktionszeit.
Druckmittlersystem richtig auslegen
Für die technische Auslegung werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- minimaler, normaler und maximaler Prozessdruck,
- gewünschter Messbereich und zulässige Messabweichung,
- Medium und chemische Zusammensetzung,
- Viskosität, Feststoffe und mögliche Kristallisation,
- minimale und maximale Prozesstemperatur,
- minimale und maximale Umgebungstemperatur,
- Prozessanschluss und verfügbarer Einbauraum,
- gewünschte Membran- und Druckmittlerwerkstoffe,
- Manometer, Druckschalter oder Drucktransmitter,
- direkter Anbau, Kühlelement oder Kapillare,
- erforderliche Kapillarlänge und Höhenunterschied,
- erwartete Druckänderungsgeschwindigkeit,
- Überdruck, Pulsation und mögliche Druckspitzen,
- Hygiene-, Ex- oder Sicherheitsanforderungen.
Auf Basis dieser Daten wird geprüft, welcher Membrandurchmesser erforderlich ist und welche Kombination vom Hersteller freigegeben werden kann. Eine reine Auswahl aus einzelnen Katalogpositionen reicht bei kritischen Messbereichen und Temperaturen nicht aus.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
Druckmittler
Die Kategorie Druckmittler umfasst unterschiedliche Membran-, Rohr-, Flansch-, Gewinde- und Hygieneausführungen.
Je nach Anwendung können kleine frontbündige Druckmittler, größere Membrandruckmittler, Inline-Ausführungen oder kapillargebundene Systeme eingesetzt werden. Membranmaterial, Füllflüssigkeit, Messbereich und Anbauart müssen stets gemeinsam festgelegt werden.
WIKA Typ 990.36 Klein-Druckmittler
Der WIKA Typ 990.36 ist ein kompakter Druckmittler mit Gewindeanschluss und frontbündiger Membran.
Er eignet sich insbesondere für viskose, kristallisierende oder verunreinigte Medien und kann abhängig von Ausführung und Prozessanschluss auch bei hohen Drücken eingesetzt werden. Optional sind Ausführungen mit Schutzplatte für abrasive Medien erhältlich.
Aufgrund der kleinen Membran muss die Kombination mit dem vorgesehenen Messbereich und Messgerät technisch geprüft werden. Seine kompakte Bauform bedeutet nicht, dass beliebig niedrige Druckbereiche realisierbar sind.
WIKA Typ 990.34 mit unterschiedlichen Membrandurchmessern
Der WIKA Typ 990.34 ist ein verschweißter Druckmittler mit Gewindeanschluss und innenliegender Membran. Abhängig von Druckstufe, Werkstoff, Messgerät und Messbereich sind unterschiedliche wirksame Membrandurchmesser möglich.
Die Bauform eignet sich für aggressive, heiße, korrosive oder verunreinigte Medien. Ein Direktanbau, ein Kühlelement oder eine flexible Kapillarleitung sind möglich.
Der Typ verdeutlicht, dass Prozessgewinde und Membrandurchmesser getrennt betrachtet werden müssen. Auch bei einem kompakten Gewindeanschluss kann der Druckmittlerkörper eine größere wirksame Membran enthalten.
Analoge Drucksensoren und Drucktransmitter
Die Kategorie analoge Drucksensoren / Drucktransmitter enthält Sensoren mit unterschiedlichen Messzellen, Prozessanschlüssen und Ausgangssignalen.
Bei geeigneten Medien- und Temperaturbedingungen kann ein Transmitter mit direkt integrierter frontbündiger Messzelle eine Alternative zu einem separaten Druckmittlersystem darstellen. Dadurch entfallen zusätzliche Kapillaren und ein Teil des Füllvolumens.
IMP331 mit frontbündigem G-½-Anschluss
Der IMP331 ist mit einem frontbündigen G-½-Anschluss bereits ab niedrigen Druckbereichen verfügbar. Er eignet sich für Medien, die mit den verwendeten Edelstahl- und Dichtungswerkstoffen verträglich sind.
Eine solche integrierte Lösung kann vorteilhaft sein, wenn ein kompakter Prozessanschluss und ein niedriger Messbereich benötigt werden, die Prozesstemperatur aber innerhalb der zulässigen Sensorgrenzen liegt.
Bei einem 4–20-mA-Drucktransmitter kann das elektrische Ausgangssignal während der Inbetriebnahme mit einem geeigneten Multimeter oder dem Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator geprüft werden. Diese elektrische Prüfung ersetzt jedoch nicht die Druckkalibrierung des vollständigen Messsystems.
Fazit: Eine kleine Membran benötigt eine besonders sorgfältige Systemauslegung
Kleine Druckmittlermembranen ermöglichen kompakte Prozessanschlüsse und hohe Druckstufen. Gleichzeitig sind sie steifer und verschieben bei gleichem Druck weniger Flüssigkeitsvolumen als größere Membranen.
Bei niedrigen Messbereichen kann dadurch die technische Realisierbarkeit eingeschränkt sein. Besonders kritisch werden Kombinationen aus kleiner Membran, kleiner Messspanne, hoher Prozesstemperatur und langer Kapillarleitung.
Der Temperatureinfluss entsteht vor allem durch die Volumenänderung der Systemfüllflüssigkeit. Große Membranen, geringes Füllvolumen und eine geeignete Füllflüssigkeit reduzieren den daraus resultierenden Nullpunktfehler.
Auch die Reaktionszeit wird nicht allein von der Membran bestimmt. Stellvolumen des Messgeräts, Kapillarlänge, Kapillarquerschnitt, Füllflüssigkeit und Temperatur müssen gemeinsam bewertet werden.
Ein Druckmittler sollte deshalb nicht separat nach Gewindegröße ausgewählt werden. Messgerät, Druckmittler, Füllflüssigkeit und Montageart bilden ein abgestimmtes System, das anhand der tatsächlichen Prozessdaten berechnet, gefertigt und kalibriert werden muss.
Häufige Fragen zur Membrangröße von Druckmittlern
Warum benötigt ein niedriger Messbereich häufig eine größere Membran?
Eine größere Membran ist weniger steif und verschiebt bereits bei niedrigem Druck ein größeres Flüssigkeitsvolumen. Dadurch kann sie das angeschlossene Messgerät zuverlässiger über den vollständigen Messbereich ansteuern.
Kann ein kleiner Druckmittler auch 0 bis 100 mbar messen?
Das ist nicht generell ausgeschlossen, aber stark von Membrandurchmesser, Messgerät, Temperatur, Füllflüssigkeit und Montageart abhängig. Die Kombination muss vom Hersteller berechnet und freigegeben werden.
Verursacht eine kleine Membran einen größeren Temperaturfehler?
Häufig ja. Durch die höhere Membransteifigkeit kann die temperaturbedingte Volumenänderung der Füllflüssigkeit einen größeren zusätzlichen Druck und damit eine stärkere Nullpunktverschiebung erzeugen.
Reagiert ein kleiner Druckmittler automatisch schneller?
Nein. Die Reaktionszeit hängt vom vollständigen System ab. Besonders Kapillarlänge, Kapillarquerschnitt, Füllvolumen, Viskosität und Stellvolumen des Messgeräts sind entscheidend.
Ist ein G-½-Anschluss immer mit einer kleinen Membran verbunden?
Nein. Bei einer innenliegenden Membran kann der Druckmittlerkörper deutlich größer als das Prozessgewinde sein. Bei einer sehr kompakten frontbündigen Ausführung ist die Membranfläche dagegen stärker durch die Baugröße begrenzt.
Kann eine längere Kapillare vorsorglich bestellt werden?
Technisch möglich, aber meist nicht empfehlenswert. Zusätzliche Länge erhöht Füllvolumen, Temperaturfehler und Reaktionszeit. Die Kapillare sollte nur so lang wie tatsächlich erforderlich gewählt werden.
Kann ich einen Druckmittler später an einen vorhandenen Transmitter montieren?
Ein funktionsfähiges System erfordert eine fachgerechte Evakuierung, Befüllung und gemeinsame Kalibrierung. Ein einfacher nachträglicher Schraubanschluss ohne Systemfüllung ist nicht ausreichend.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auslegung?
Benötigt werden Messbereich, Betriebs- und Überdruck, Medium, Prozess- und Umgebungstemperatur, Prozessanschluss, Werkstoffe, gewünschtes Messgerät, Montageart, Kapillarlänge, Höhenunterschied, erforderliche Reaktionszeit und zulässige Gesamtmessabweichung.