Bei Vakuumanlagen, Verpackungsmaschinen, Sauggreifern und Pumpen wird häufig ein Drucksensor für „Vakuum“ oder „Unterdruck“ angefragt. Diese Angabe reicht für die Auswahl jedoch nicht aus. Ein Sensor mit einem Bereich von −1 bis 0 bar relativ misst eine andere physikalische Größe als ein Absolutdrucksensor mit 0 bis 1 bar absolut.
Der Unterschied ist besonders wichtig, wenn der Messwert unabhängig von Wetter und Aufstellhöhe sein soll, die tatsächliche Leistung einer Vakuumpumpe bewertet wird oder der Prozess zwischen Unterdruck und positivem Überdruck wechselt. Auch die Skalierung des 4–20-mA-Ausgangs und die Auswertung in der SPS unterscheiden sich je nach Druckart.
Vor der Bestellung müssen deshalb der benötigte Bezugsdruck, der minimale absolute Prozessdruck, mögliche positive Druckanteile und die gewünschte Signalzuordnung eindeutig festgelegt werden. Die Bezeichnung „Vakuumsensor“ allein verhindert keine Fehlbestellung.
Inhaltsverzeichnis
- Relativdruck und Absolutdruck unterscheiden
- Was bedeutet relativer Unterdruck?
- Wann ist ein Absolutdrucksensor erforderlich?
- Was ist ein bidirektionaler Druckbereich?
- Die drei Messarten im direkten Vergleich
- Typische Anwendungen richtig zuordnen
- Einfluss des Atmosphärendrucks
- Messbereich und Auflösung auswählen
- Wie tief ist das zu messende Vakuum?
- Nullpunkt und Referenzseite beachten
- Medium, Prozessanschluss und Dichtheit
- Dynamische Vakuumprozesse erfassen
- 4–20-mA-Signal richtig skalieren
- Unterdruck in der SPS auswerten
- Loop-Check und Inbetriebnahme
- Typische Auswahl- und Parametrierfehler
- Praxisbeispiel an einer Verpackungsmaschine
- Drucksensor richtig auswählen
- Welche Messgeräte und Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Relativdruck und Absolutdruck unterscheiden
Jede Druckmessung benötigt einen Bezugspunkt. Bei industriellen Drucksensoren sind vor allem zwei Referenzen üblich:
- Relativdruck: Bezug zum aktuell herrschenden Atmosphärendruck.
- Absolutdruck: Bezug zum idealen Vakuum mit 0 bar absolut.
Der Zusammenhang lautet:
pabs = prel + patm
beziehungsweise:
prel = pabs − patm
Dabei ist:
- pabs = Absolutdruck,
- prel = Relativdruck gegenüber der Umgebung,
- patm = örtlicher Atmosphärendruck.
Ein Relativdrucksensor zeigt bei einem offenen Prozessanschluss normalerweise ungefähr 0 bar an. Ein Absolutdrucksensor zeigt unter denselben Bedingungen dagegen den aktuellen Atmosphärendruck von ungefähr 1 bar absolut an.
Die Einheit bar allein beschreibt die Druckart nicht eindeutig. In technischen Unterlagen sollte deshalb immer angegeben werden:
- bar rel beziehungsweise barg,
- bar abs beziehungsweise bara,
- oder Differenzdruck mit eindeutig bezeichneten Anschlüssen.
Was bedeutet relativer Unterdruck?
Relativer Unterdruck liegt vor, wenn der Prozessdruck niedriger als der aktuelle Atmosphärendruck ist. Der Relativdruck wird dann als negativer Wert dargestellt.
Typische Messbereiche sind:
- −1 bis 0 bar relativ,
- −600 bis 0 mbar relativ,
- −100 bis 0 mbar relativ,
- −1 bis +1 bar relativ.
Ein Messwert von −0,6 bar relativ bedeutet, dass der Prozessdruck 0,6 bar unterhalb des aktuellen Atmosphärendrucks liegt. Bei einem angenommenen Atmosphärendruck von 1,0 bar absolut ergibt sich:
pabs = −0,6 bar + 1,0 bar = 0,4 bar absolut
Relativer Unterdruck ist besonders sinnvoll, wenn die für den Prozess entscheidende Größe die Druckdifferenz zur Umgebung ist. Beispiele sind:
- Sauggreifer,
- Vakuumheber,
- einfache Verpackungsprozesse,
- Ansaugüberwachung von Pumpen,
- Unterdruck in Lüftungs- oder Absaugsystemen,
- pneumatische Vakuumerzeuger.
Bei einem Sauggreifer entsteht die Haltekraft durch die Druckdifferenz zwischen Umgebung und Sauger. Ein Relativdrucksensor bildet diese Differenz unmittelbar ab und ist daher häufig praxisgerechter als ein Absolutdrucksensor.
Wann ist ein Absolutdrucksensor erforderlich?
Ein Absolutdrucksensor verwendet ein intern abgeschlossenes Vakuum als Referenz. Sein Messwert ist deshalb grundsätzlich unabhängig vom aktuell herrschenden Luftdruck.
Ein Absolutdrucksensor ist sinnvoll, wenn:
- der tatsächliche Restdruck in einer Vakuumkammer benötigt wird,
- die Leistung oder der Enddruck einer Vakuumpumpe bewertet werden soll,
- der Prozess an unterschiedlichen Höhenstandorten betrieben wird,
- Wetteränderungen den Messwert nicht beeinflussen dürfen,
- Dichte, Verdampfung oder Siedeverhalten vom absoluten Druck abhängen,
- Prozesswerte verschiedener Standorte verglichen werden sollen,
- eine Vakuumtrocknung oder Entgasung überwacht wird.
Ein Messwert von 200 mbar absolut beschreibt an jedem Standort denselben absoluten Prozessdruck. Der dazugehörige Relativdruck hängt dagegen vom örtlichen Atmosphärendruck ab.
Bei einem Atmosphärendruck von 1.000 mbar absolut entsprechen 200 mbar absolut einem Relativdruck von:
prel = 200 mbar − 1.000 mbar = −800 mbar
Beträgt der Atmosphärendruck an einem anderen Standort nur 850 mbar absolut, entsprechen dieselben 200 mbar absolut dagegen:
prel = 200 mbar − 850 mbar = −650 mbar
Der Prozesszustand ist absolut betrachtet gleich, der angezeigte relative Unterdruck jedoch unterschiedlich.
Was ist ein bidirektionaler Druckbereich?
Ein bidirektionaler oder kombinierter Relativdruckbereich umfasst sowohl negative als auch positive Druckwerte. Typische Bereiche sind:
- −1 bis +1 bar relativ,
- −1 bis +3 bar relativ,
- −500 bis +500 mbar relativ,
- −100 bis +100 mbar relativ.
Der Sensor kann damit Vakuum, atmosphärischen Druck und positiven Überdruck innerhalb eines durchgehenden Messbereichs erfassen.
Solche Bereiche sind besonders geeignet für Prozesse, die zwischen Saugen und Blasen wechseln:
- Vakuumgreifer mit Abblasimpuls,
- Verpackungsmaschinen mit Evakuierung und anschließender Belüftung,
- Pumpenleitungen mit wechselnden Betriebszuständen,
- Prüfstände mit Druck- und Vakuumzyklen,
- pneumatische Handhabungssysteme,
- Reinigungs- und Spülprozesse.
Der Begriff „bidirektional“ bezieht sich dabei nicht auf eine Strömungsrichtung. Er beschreibt lediglich, dass der Druckbereich den relativen Nullpunkt überschreitet.
Die drei Messarten im direkten Vergleich
| Messart | Typischer Bereich | Referenz | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Relativer Unterdruck | −1 bis 0 bar rel. | Aktuelle Atmosphäre | Sauggreifer, Verpackung, Ansaugung |
| Absolutdruck | 0 bis 1 bar abs. | Ideales Vakuum | Vakuumkammer, Pumpenenddruck, Verdampfung |
| Bidirektionaler Relativdruck | −1 bis +1 bar rel. | Aktuelle Atmosphäre | Saugen und Abblasen, Druck-Vakuum-Zyklen |
Die richtige Wahl richtet sich nicht danach, ob das Wort „Vakuum“ in der Anwendung vorkommt. Entscheidend ist, ob die Prozessgröße relativ zur Umgebung oder unabhängig von ihr bewertet werden soll.
Typische Anwendungen richtig zuordnen
| Anwendung | Meist geeignete Druckart | Begründung |
|---|---|---|
| Vakuumsauger | Relativdruck | Die Haltekraft entsteht durch die Differenz zur Umgebung |
| Vakuumverpackung | Relativ- oder Absolutdruck | Abhängig davon, ob Saugleistung oder tatsächlicher Restdruck bewertet wird |
| Vakuumpumpe überwachen | Absolutdruck | Der tatsächliche Ansaug- oder Enddruck ist entscheidend |
| Vakuumtrocknung | Absolutdruck | Verdampfung und Siedepunkt hängen vom absoluten Druck ab |
| Greifer mit Abblasfunktion | Bidirektionaler Relativdruck | Unterdruck und positiver Druck werden mit einem Sensor erfasst |
| Pumpensaugseite | Relativ- oder Absolutdruck | Für Kavitation und Prozessberechnungen ist häufig Absolutdruck relevant |
| Labor-Vakuumkammer | Absolutdruck | Messwert soll unabhängig von Wetter und Höhe sein |
| Absaugkanal | Relativ- oder Differenzdruck | Die Druckdifferenz zur Umgebung oder zwischen zwei Punkten ist entscheidend |
Bei komplexen Anwendungen kann eine Kombination mehrerer Druckmessungen erforderlich sein. An einer Pumpensaugseite kann beispielsweise ein Absolutdrucksensor den verfügbaren Zulaufdruck überwachen, während ein Differenzdrucksensor zusätzlich einen Filter kontrolliert.
Einfluss des Atmosphärendrucks
Der Atmosphärendruck ist nicht konstant. Er verändert sich durch:
- Wetterlage,
- Aufstellhöhe,
- Temperatur und Luftdichte,
- lokale Umgebungsbedingungen.
Die definierte Standardatmosphäre beträgt 1,01325 bar absolut. Der tatsächliche Luftdruck am Messort kann davon abweichen.
Dieser Unterschied ist bei einem relativen Unterdrucksensor Bestandteil des Messprinzips. Der Sensor vergleicht den Prozessdruck fortlaufend mit der aktuellen Umgebung.
Bei einem Absolutdrucksensor hat die Veränderung des Atmosphärendrucks dagegen keinen direkten Einfluss auf den Prozessmesswert.
Auch die häufige Gleichsetzung von −1 bar relativ mit 0 bar absolut ist nur eine Näherung. Bei einer Standardatmosphäre von 1,01325 bar absolut entsprechen −1,000 bar relativ rechnerisch:
pabs = 1,01325 bar − 1,000 bar = 0,01325 bar absolut
Das sind 13,25 mbar absolut. Ein idealer absoluter Nullpunkt ist mit einem realen Vakuumsystem ohnehin nicht erreichbar.
Messbereich und Auflösung auswählen
Der Sensor sollte den tatsächlich genutzten Prozessbereich möglichst gut ausnutzen. Ein unnötig großer Messbereich verschlechtert die relative Auflösung und häufig auch die praktisch erreichbare Genauigkeit.
Beispiel: Eine Verpackungsmaschine arbeitet normalerweise zwischen −650 und −850 mbar relativ. Zwei Sensorbereiche stehen zur Auswahl:
- −1 bis 0 bar relativ,
- −1 bis +10 bar relativ.
Beide Bereiche decken den Prozess ab. Beim zweiten Sensor nutzt der relevante Vakuumbereich jedoch nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Messspanne. Kleine Änderungen des Unterdrucks werden entsprechend schlechter aufgelöst.
Bei der Messbereichsauswahl müssen dennoch Reserven berücksichtigt werden für:
- Belüftungs- und Abblasimpulse,
- Druckstöße,
- Pumpenpulsationen,
- Fehlbedienung,
- Reinigungs- oder Prüfzustände,
- möglichen positiven Überdruck.
Zu unterscheiden sind außerdem Messbereich, Überlastgrenze und Berstdruck. Ein Sensor mit einem Messbereich bis 1 bar darf nicht automatisch dauerhaft mit einem höheren Druck beaufschlagt werden, nur weil seine Überlastgrenze darüber liegt.
Wie tief ist das zu messende Vakuum?
Ein industrieller Drucktransmitter mit einem Messbereich von −1 bis 0 bar relativ eignet sich vor allem für Vakuumanwendungen nahe dem atmosphärischen Druck.
Je näher der Prozessdruck an 0 bar absolut liegt, desto wichtiger werden:
- die absolute Druckreferenz,
- die Messauflösung im unteren Bereich,
- die Leckdichtheit der Messstelle,
- das Messprinzip des Sensors,
- die Gasart und Prozesstemperatur,
- die Eignung des Sensors für den gewünschten Vakuumbereich.
Für sehr tiefe Vakuumbereiche reichen klassische industrielle Drucktransmitter häufig nicht aus. Dann werden spezielle Vakuummessgeräte mit dafür geeigneten Messprinzipien benötigt.
Vor der Auswahl sollte der Anwender deshalb nicht nur „Vakuum“ angeben, sondern den minimal erwarteten Absolutdruck, beispielsweise:
- 800 mbar absolut,
- 200 mbar absolut,
- 50 mbar absolut,
- oder ein deutlich tieferer Vakuumbereich.
Nullpunkt und Referenzseite beachten
Ein Relativdrucksensor benötigt einen Bezug zur Atmosphäre. Dieser kann je nach Bauform über eine Belüftungsöffnung, ein belüftetes Kabel oder den elektrischen Anschluss hergestellt werden.
Die Referenzseite darf nicht:
- durch Farbe oder Schmutz verschlossen werden,
- unter Wasser stehen,
- mit Druck beaufschlagt werden,
- durch Kondensat blockiert werden,
- in einem druckbeaufschlagten Gehäuse enden.
Wird ein belüfteter Relativdrucksensor in ein vollständig abgedichtetes Gehäuse eingebaut, kann sich dort durch Temperaturänderungen ein eigener Gehäusedruck bilden. Der Nullpunkt verschiebt sich dann.
Ein Absolutdrucksensor besitzt keine offene atmosphärische Referenz. Dadurch ist er weniger empfindlich gegenüber einer blockierten Belüftung, benötigt aber eine dauerhaft stabile interne Vakuumreferenz.
Nach der Montage sollte der Nullpunkt geprüft werden:
- Relativdrucksensor bei offenem, drucklosem Anschluss,
- Absolutdrucksensor gegen eine geeignete Absolutdruckreferenz,
- bidirektionaler Sensor bei atmosphärischem Prozessdruck.
Medium, Prozessanschluss und Dichtheit
Auch bei Gas- und Vakuumanwendungen müssen die medienberührten Werkstoffe zum Prozess passen. Zu berücksichtigen sind:
- Gasart und chemische Zusammensetzung,
- Feuchtigkeit und Kondensat,
- Ölnebel aus Vakuumpumpen,
- Reinigungsmedien,
- Prozess- und Umgebungstemperatur,
- mögliche aggressive oder korrosive Bestandteile.
Bei feuchten Gasen kann sich Kondensat in einer Impulsleitung oder vor der Sensormembran sammeln. Dadurch entstehen verzögerte oder verfälschte Messwerte.
Für verschmutzte, pastöse oder kondensierende Medien kann eine frontbündige Membran sinnvoll sein. Bei sauberer trockener Luft genügt häufig ein kompakter Standardanschluss.
In Vakuumsystemen ist außerdem die Leckdichtheit der vollständigen Messstelle wichtig. Gewinde, Dichtungen, Adapter und Schläuche können den erreichbaren Enddruck verschlechtern, selbst wenn der Sensor selbst dicht ist.
Das Dichtkonzept muss zum Anschluss passen. Ein zylindrisches G-Gewinde wird anders abgedichtet als ein konisches NPT-Gewinde oder eine Vakuumflanschverbindung.
Dynamische Vakuumprozesse erfassen
In Verpackungs- und Handhabungsanlagen ändern sich Unterdruckwerte häufig innerhalb kurzer Zeit. Der Sensor muss diese Änderungen schnell genug erfassen, damit die Steuerung zwischen folgenden Zuständen unterscheiden kann:
- Werkstück sicher aufgenommen,
- Vakuum wird noch aufgebaut,
- Leckage vorhanden,
- Werkstück verloren,
- Abblasimpuls aktiv,
- Leitung blockiert.
Die tatsächliche Reaktionszeit wird nicht nur vom Sensorelement bestimmt. Auch folgende Faktoren wirken sich aus:
- Länge und Innendurchmesser der Messleitung,
- Totvolumen,
- Drosseln und Filter,
- Viskosität und Dichte des Mediums,
- interne Dämpfung des Sensors,
- Filterung in der SPS.
Eine lange, dünne Anschlussleitung kann einen schnellen Sensor so stark verzögern, dass der Prozess trotzdem zu spät erkannt wird.
Bei pulsierenden Pumpen ist dagegen möglicherweise eine elektrische oder mechanische Dämpfung erforderlich, damit die SPS nicht auf jede kurze Druckschwankung reagiert.
4–20-mA-Signal richtig skalieren
Ein 4–20-mA-Signal bildet den eingestellten Druckbereich normalerweise linear ab. Die genaue Skalierung muss im Datenblatt, Prüfprotokoll oder Typenschlüssel angegeben sein.
Beispiel 1: −1 bis 0 bar relativ
| Druck | Stromsignal |
|---|---|
| −1,0 bar rel. | 4 mA |
| −0,5 bar rel. | 12 mA |
| 0 bar rel. | 20 mA |
Bei dieser Zuordnung steigt der Strom, wenn sich der Prozessdruck der Atmosphäre nähert. Ein stärkeres Vakuum führt zu einem kleineren Stromwert.
Beispiel 2: 0 bis 1 bar absolut
| Druck | Stromsignal |
|---|---|
| 0 bar abs. | 4 mA |
| 0,5 bar abs. | 12 mA |
| 1,0 bar abs. | 20 mA |
Bei atmosphärischem Druck kann der Strom abhängig vom aktuellen Luftdruck geringfügig oberhalb oder unterhalb des für 1 bar berechneten Wertes liegen. Ein Absolutdruckbereich von genau 0 bis 1 bar muss daher darauf geprüft werden, ob der Sensor auch bei geöffnetem Anschluss noch innerhalb seines zulässigen Überbereichs liegt.
Beispiel 3: −1 bis +1 bar relativ
| Druck | Stromsignal |
|---|---|
| −1,0 bar rel. | 4 mA |
| 0 bar rel. | 12 mA |
| +1,0 bar rel. | 20 mA |
Bei einem bidirektionalen Bereich liegt der atmosphärische Nullpunkt somit in der Mitte des Stromsignals.
Unterdruck in der SPS auswerten
Die SPS muss dieselbe untere und obere Messbereichsgrenze verwenden wie der Sensor. Für eine lineare Skalierung gilt:
Druck = unterer Druckwert + (Strom − 4 mA) / 16 mA × Druckspanne
Für einen Sensor von −1 bis 0 bar relativ ergibt ein Strom von 8 mA:
p = −1 bar + (8 mA − 4 mA) / 16 mA × 1 bar
p = −0,75 bar relativ
Typische SPS-Funktionen sind:
- Anzeige des aktuellen Drucks,
- Grenzwert für „Werkstück aufgenommen“,
- Leckagealarm bei zu langsamem Druckaufbau,
- Überwachung des Abblasdrucks,
- Min-/Max-Speicherung,
- Zeitüberwachung eines Evakuierungszyklus,
- Erkennung von Unter- und Überbereich.
Bei einem relativen Unterdruckbereich muss die Logik der Zahlenwerte beachtet werden. −0,9 bar ist ein stärkeres Vakuum als −0,5 bar, obwohl der Zahlenwert mathematisch kleiner ist.
Eine unklare Grenzwertlogik kann dazu führen, dass ein Alarm genau in die falsche Richtung arbeitet.
Loop-Check und Inbetriebnahme
Bei der Inbetriebnahme sollten Druckmessung und elektrische Signalkette getrennt geprüft werden.
Elektrische Stromschleife prüfen
Der analoge SPS-Eingang kann mit dem Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator unabhängig vom Drucksensor getestet werden.
Dazu wird der Sensorausgang kontrolliert von der Schleife getrennt und durch definierte Stromwerte ersetzt, beispielsweise:
- 4 mA für den unteren Messbereichswert,
- 8 mA für 25 % der Spanne,
- 12 mA für 50 % der Spanne,
- 16 mA für 75 % der Spanne,
- 20 mA für den oberen Messbereichswert.
Der UPS4E kann Ströme von 0 bis 24 mA messen und ausgeben und stellt bei Bedarf eine interne 24-V-Schleifenversorgung bereit.
Drucksensor prüfen
Für die Prüfung des Sensors selbst wird zusätzlich eine geeignete Druck- oder Vakuumreferenz benötigt. Der Sensor wird an mehreren Punkten des tatsächlichen Messbereichs beaufschlagt und sein Ausgangssignal verglichen.
Ein elektrischer Loop-Check bestätigt nur:
- Verdrahtung,
- Stromschleife,
- SPS-Skalierung,
- Anzeige und Grenzwertlogik.
Er ersetzt keine Druckkalibrierung des Sensors.
Typische Auswahl- und Parametrierfehler
„Vakuum“ wird ohne Druckart bestellt
Der gelieferte Sensor misst relativ, obwohl für den Prozess der tatsächliche Absolutdruck benötigt wird.
−1 bar relativ wird mit 0 bar absolut gleichgesetzt
Der aktuelle Atmosphärendruck und die Aufstellhöhe werden nicht berücksichtigt.
Ein Absolutdrucksensor wird bei offenem Anschluss auf null gestellt
Atmosphärischer Druck wird fälschlich als Nullpunkt behandelt. Dadurch ist die vollständige Skalierung falsch.
Der Sensor kann nur Unterdruck messen
Im Prozess tritt beim Belüften oder Abblasen positiver Überdruck auf. Der Sensor geht in den Überbereich oder wird überlastet.
Der Messbereich ist zu groß
Der relevante Unterdruck nutzt nur einen kleinen Teil der Signalspanne. Auflösung und relative Genauigkeit verschlechtern sich.
Die SPS-Skalierung ist umgekehrt
4 mA und 20 mA werden den falschen Druckwerten zugeordnet. Die Anzeige steigt, obwohl das Vakuum zunimmt.
Die atmosphärische Referenz ist blockiert
Ein Relativdrucksensor wird überlackiert, abgedichtet oder in ein druckbeaufschlagtes Gehäuse eingebaut.
Die Messleitung ist zu lang
Der Unterdruck erreicht den Sensor verzögert. Die Steuerung erkennt den Vakuumaufbau zu spät.
Ein normaler Prozesssensor wird für sehr tiefes Vakuum verwendet
Messprinzip und Auflösung sind für den benötigten absoluten Druckbereich ungeeignet.
Das Medium wird nicht berücksichtigt
Kondensat, Ölnebel oder aggressive Bestandteile beschädigen die Messzelle oder verfälschen das Signal.
Praxisbeispiel: Druckmessung an einer Verpackungsmaschine
Eine Verpackungsmaschine evakuiert eine Kammer, verschließt die Verpackung und belüftet die Kammer anschließend wieder. Für das Auswerfen des Produkts wird kurzzeitig ein positiver Druckimpuls verwendet.
Der normale Prozess umfasst:
- Atmosphärendruck vor dem Start,
- Evakuierung bis ungefähr −0,85 bar relativ,
- Haltephase zur Dichtheitskontrolle,
- Belüftung auf 0 bar relativ,
- kurzer Abblasimpuls bis +0,4 bar relativ.
Ein Sensor mit einem Bereich von −1 bis 0 bar relativ wäre für die Evakuierung geeignet, könnte den positiven Abblasdruck jedoch nicht vollständig erfassen.
Ausgewählt wird deshalb ein bidirektionaler Drucksensor mit −1 bis +1 bar relativ und 4–20-mA-Ausgang.
Die Signalzuordnung lautet:
- 4 mA = −1 bar relativ,
- 12 mA = 0 bar relativ,
- 20 mA = +1 bar relativ.
Bei −0,85 bar relativ liefert der Sensor:
I = 4 mA + (−0,85 bar + 1 bar) / 2 bar × 16 mA
I = 5,2 mA
Die SPS überwacht:
- ob der Unterdruck innerhalb einer festgelegten Zeit erreicht wird,
- ob der Druck während der Haltephase ansteigt,
- ob die Kammer vollständig belüftet wird,
- ob der positive Abblasdruck innerhalb des zulässigen Bereichs bleibt.
Für die reine Beurteilung des Pumpenenddrucks wird zusätzlich ein Absolutdrucksensor an der Vakuumleitung eingesetzt. Dadurch können Maschinenfunktion und Pumpenzustand getrennt bewertet werden.
Drucksensor richtig auswählen
Für eine belastbare Auswahl werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- relativer, absoluter oder bidirektionaler Messbereich,
- minimaler und maximaler Prozessdruck,
- minimaler Absolutdruck bei Vakuumbetrieb,
- möglicher positiver Überdruck,
- Medium und chemische Zusammensetzung,
- Prozess- und Umgebungstemperatur,
- statischer oder dynamischer Druckverlauf,
- geforderte Genauigkeit und Reaktionszeit,
- Prozessanschluss und Dichtkonzept,
- frontbündige oder zurückliegende Membran,
- 4–20 mA, Spannung oder digitale Schnittstelle,
- Versorgungsspannung und SPS-Eingang,
- Schutzart und elektrische Anschlussform,
- Ex-Zone oder besondere Zulassungen,
- Kalibrier- und Dokumentationsanforderungen.
Bei der Anfrage sollte beispielsweise nicht nur „Vakuumsensor bis −1 bar“ angegeben werden, sondern:
Messbereich −1 bis +1 bar relativ, Ausgang 4–20 mA, Medium trockene Luft, maximaler positiver Druck 1,5 bar, Prozessanschluss G ¼, Versorgung 24 V DC.
Für einen Absolutdrucksensor wäre eine eindeutige Angabe beispielsweise:
Messbereich 0 bis 1 bar absolut, normaler Prozessbereich 100 bis 800 mbar absolut, Ausgang 4–20 mA.
Welche Messgeräte und Produkte eignen sich?
Analoge Drucksensoren und Drucktransmitter
Die Kategorie Analoge Drucksensoren / Drucktransmitter umfasst Sensoren für Relativ-, Absolut- und Differenzdruck von Vakuum bis Hochdruck.
Je nach Modell stehen 4–20-mA-, 0–10-V-, 0–5-V- oder ratiometrische Ausgangssignale sowie unterschiedliche Messzellen, Werkstoffe und Prozessanschlüsse zur Verfügung.
Drucktransmitter IP10
Der Drucktransmitter IP10 ist eine kompakte, kostenoptimierte Lösung für Standardanwendungen.
Er bietet:
- Messbereiche ab 0 bis 250 mbar,
- Unterdruckmessbereiche bis −1 bar,
- 4–20 mA,
- 0–10 V,
- 0–5 V,
- 0,5–4,5 V ratiometrisch.
Der IP10 eignet sich unter anderem für Pneumatik, Pumpen, Maschinenbau und einfache Vakuumanwendungen. Die konkrete Verfügbarkeit eines relativen, absoluten oder kombinierten Bereichs muss anhand des Typenschlüssels festgelegt werden.
Drucktransmitter IP121
Der Drucktransmitter IP121 besitzt eine trockene kapazitive Keramikmesszelle und ist für niedrige Drücke sowie raue Industrieumgebungen ausgelegt.
Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:
- Messbereiche ab 0 bis 40 mbar,
- Unterdruckmessbereiche bis −1 bar,
- Genauigkeit bis 0,2 % vom Endwert,
- 4–20-mA- oder 0–10-V-Ausgang,
- optional Ex-Ausführung,
- unterschiedliche Gehäuse- und Werkstoffvarianten.
Der Sensor ist interessant, wenn kleinere Druckspannen, höhere Überlastfestigkeit oder besondere Medienanforderungen bestehen.
Drucktransmitter IP131
Der Drucktransmitter IP131 besitzt eine frontbündige keramische Messzelle.
Er bietet unter anderem:
- Messbereiche ab 0 bis 30 mbar,
- Unterdruckmessbereiche bis −1 bar,
- 4–20-mA- und 0–10-V-Ausgänge,
- optionale ATEX-Ausführung,
- Varianten aus Edelstahl oder PVDF.
Die frontbündige Ausführung eignet sich besonders, wenn Ablagerungen, zähflüssige Medien oder Kondensat eine zurückliegende Druckbohrung zusetzen könnten.
ADROIT6000-Serie
Die ADROIT6000-Serie ist eine leistungsfähige Plattform für anspruchsvolle Druckmessungen.
Je nach Konfiguration stehen zur Verfügung:
- Relativdruck,
- Absolutdruck,
- Differenzdruck,
- Messbereiche ab 70 mbar,
- 4–20-mA- und konfigurierbare Spannungsausgänge,
- hohe Genauigkeit,
- Frequenzantwort bis 1 kHz,
- vollständig verschweißte Edelstahlkonstruktion.
Die Serie eignet sich besonders für Labor-, Prüfstands- und industrielle Vakuumanwendungen, bei denen Genauigkeit, Dynamik oder eine eindeutige Absolutdruckreferenz wichtig sind.
Druck UPS4E für die 4–20-mA-Prüfung
Der Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator kann Stromsignale von 0 bis 24 mA messen und ausgeben.
Er eignet sich zur Prüfung von:
- 4–20-mA-Ausgang des Drucksensors,
- Verdrahtung der Stromschleife,
- Skalierung des SPS-Eingangs,
- Grenzwerten und Alarmen,
- Unter- und Überbereichsauswertung.
Der UPS4E prüft das elektrische Signal. Für die vollständige Kalibrierung des Drucksensors wird zusätzlich eine geeignete Druck- oder Vakuumreferenz benötigt.
Fazit: Die Druckreferenz entscheidet über den richtigen Vakuumsensor
Ein Relativdrucksensor misst den Unterdruck gegenüber der aktuellen Atmosphäre. Er ist besonders geeignet für Sauggreifer, Verpackungsmaschinen und Prozesse, bei denen die Druckdifferenz zur Umgebung entscheidend ist.
Ein Absolutdrucksensor misst gegenüber dem idealen Vakuum. Er wird benötigt, wenn der tatsächliche Restdruck, der Pumpenenddruck oder ein vom Wetter und der Aufstellhöhe unabhängiger Prozesswert erforderlich ist.
Ein bidirektionaler Relativdruckbereich erfasst Unterdruck und positiven Überdruck mit demselben Sensor. Dies ist beispielsweise bei Vakuumgreifern mit Abblasfunktion oder bei wechselnden Druck-Vakuum-Zyklen sinnvoll.
Die Angabe −1 bar relativ ist nicht automatisch gleichbedeutend mit 0 bar absolut. Der Atmosphärendruck muss bei der Umrechnung berücksichtigt werden.
Für eine zuverlässige Messstelle müssen Druckart, Messbereich, Überlast, Medium, Prozessanschluss, Reaktionszeit und Ausgangssignal gemeinsam ausgelegt werden. Eine eindeutige Bestellung nennt deshalb immer sowohl die Zahlenwerte als auch die Druckreferenz.
Häufige Fragen zu Drucksensoren für Vakuum und Unterdruck
Was ist der Unterschied zwischen Unterdruck und Absolutdruck?
Unterdruck wird häufig als negativer Relativdruck gegenüber der Atmosphäre angegeben. Absolutdruck bezieht sich dagegen auf das ideale Vakuum als Nullpunkt.
Ist −1 bar relativ dasselbe wie 0 bar absolut?
Nicht exakt. Der Zusammenhang hängt vom aktuellen Atmosphärendruck ab. Bei einer Standardatmosphäre von 1,01325 bar absolut entsprechen −1 bar relativ ungefähr 13,25 mbar absolut.
Wann benötige ich einen Sensor von −1 bis 0 bar relativ?
Dieser Bereich eignet sich für typische Sauganwendungen, Vakuumgreifer, Verpackungsmaschinen und andere Prozesse, bei denen die Differenz zum Umgebungsdruck entscheidend ist.
Wann ist ein Absolutdrucksensor besser?
Ein Absolutdrucksensor ist besser, wenn der tatsächliche Restdruck in einer Kammer, der Enddruck einer Vakuumpumpe oder ein wetter- und höhenunabhängiger Messwert benötigt wird.
Was bedeutet ein Bereich von −1 bis +1 bar?
Der Sensor misst relativen Unterdruck, atmosphärischen Druck und positiven Überdruck. Bei einem linearen 4–20-mA-Ausgang entsprechen häufig 4 mA dem unteren, 12 mA dem relativen Nullpunkt und 20 mA dem oberen Bereichswert.
Kann ein Unterdrucksensor auch positiven Druck messen?
Nur wenn der Messbereich ausdrücklich positive Werte umfasst. Ein Sensor von −1 bis 0 bar relativ kann einen Abblas- oder Überdruckimpuls möglicherweise nicht korrekt messen und darf dabei nicht überlastet werden.
Warum zeigt ein Absolutdrucksensor bei offenem Anschluss ungefähr 1 bar?
Der Sensor misst den Atmosphärendruck gegenüber dem absoluten Vakuum. Der offene Anschluss ist deshalb nicht sein Nullpunkt.
Wie prüfe ich die Skalierung des 4–20-mA-Signals?
Der SPS-Eingang kann mit einem Stromschleifenkalibrator wie dem Druck UPS4E mit definierten Werten zwischen 4 und 20 mA geprüft werden. Für die Prüfung des Sensors selbst wird zusätzlich eine Druckreferenz benötigt.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Druckart, minimaler und maximaler Prozessdruck, minimaler Absolutdruck, möglicher positiver Überdruck, Medium, Temperatur, Prozessanschluss, Ausgangssignal, Versorgung, gewünschte Genauigkeit, Reaktionszeit und gegebenenfalls Ex-Anforderungen.