Ein Präzisions-Druckcontroller soll Drucksensoren bis 20 bar automatisch kalibrieren. Im Labor steht sowohl eine Stickstoffflasche als auch das betriebliche Druckluftnetz zur Verfügung. Beide Quellen erreichen den benötigten Druck. Bedeutet das, dass beide für die Kalibrierung gleich gut geeignet sind?
Nicht zwangsläufig. Für eine pneumatische Druckkalibrierung ist nicht nur der maximale Versorgungsdruck relevant. Das Druckmedium strömt durch Regler, Ventile, Manifolds, Referenzsensor und Prüfling. Wasser, Öl, Partikel oder korrosive Bestandteile können deshalb die Funktion des Kalibriersystems beeinträchtigen und langfristig zu Drift, instabiler Regelung oder Schäden führen.
Auch die Versorgung selbst muss zur Prüfaufgabe passen. Ein Druckcontroller benötigt ausreichend Druckreserve und Gasdurchfluss, um den angeschlossenen Prüfling schnell auf den Sollwert zu bringen. Eine zu kleine Versorgungsleitung oder ein stark drosselnder Druckminderer kann dazu führen, dass ein grundsätzlich hochpräziser Controller nur langsam oder instabil arbeitet.
Stickstoff ist deshalb nicht automatisch genauer als Druckluft. Entscheidend ist die Qualität des Druckmediums. Trockene, ölfreie und ausreichend gefilterte Druckluft kann für viele Kalibrieraufgaben sehr gut geeignet sein. Flaschenstickstoff bietet jedoch häufig den Vorteil einer besonders sauberen, trockenen und reproduzierbaren Versorgung.
Welche Aufgabe besitzt das Druckmedium bei einer pneumatischen Kalibrierung?
Bei einer pneumatischen Kalibrierung dient ein Gas dazu, den gewünschten Prüfdruck vom Druckerzeuger beziehungsweise Druckcontroller auf den Prüfling zu übertragen.
Ein typischer Aufbau lautet:
Gasversorgung → Druckminderer → Druckcontroller → Prüfling
Der Druckcontroller regelt den Gasdruck auf definierte Sollwerte.
Ein interner oder externer Referenzsensor misst den tatsächlich anliegenden Druck.
Für jeden Kalibrierpunkt wird anschließend der Wert des Prüflings mit der Referenz verglichen.
Das Versorgungsgas kommt dabei mit zahlreichen Bauteilen in Kontakt:
- Versorgungsleitungen,
- Druckminderer,
- Filter,
- Regelventile,
- Manifolds,
- Referenzsensor,
- Prüfschläuche,
- Prüfling.
Die Qualität des Gases betrifft deshalb nicht nur den Prüfling, sondern das gesamte pneumatische Kalibriersystem.
Stickstoff oder Druckluft – was ist grundsätzlich besser?
Für viele pneumatische Druckkalibrierungen können sowohl:
trockene Druckluft
als auch:
Stickstoff N₂
verwendet werden.
Entscheidend ist, dass das verwendete Mess- beziehungsweise Druckmedium innerhalb der Spezifikation des Kalibriergerätes und des Prüflings liegt.
Aus messtechnischer Sicht erzeugt ein Druck von:
10,000 bar
zunächst denselben mechanischen Druck auf die Sensormembran, unabhängig davon, ob dieser mit trockener Luft oder Stickstoff erzeugt wird.
Die Unterschiede liegen hauptsächlich in:
- Sauberkeit,
- Restfeuchte,
- möglichen Ölbestandteilen,
- Partikelbelastung,
- Verfügbarkeit,
- Kosten,
- Versorgungsstabilität.
Die Frage lautet deshalb weniger:
Welches Gas ist genauer?
sondern vielmehr:
Welche Gasversorgung liefert für diese Messstelle dauerhaft die erforderliche Qualität?
Welche Vorteile besitzt Stickstoff?
Flaschenstickstoff wird häufig für hochwertige pneumatische Kalibriersysteme eingesetzt.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass geeigneter Flaschenstickstoff normalerweise eine definierte und sehr saubere Gasversorgung ermöglicht.
Typische Vorteile sind:
- geringe Feuchte,
- kein Kompressoröl aus einem betrieblichen Druckluftnetz,
- geringe Partikelbelastung,
- gleichbleibende Gasqualität,
- unabhängige Versorgung vom betrieblichen Druckluftnetz.
Dadurch ist Stickstoff besonders interessant für:
- Kalibrierlabore,
- hochwertige Druckcontroller,
- kleine Messunsicherheiten,
- selten genutzte Prüfstände,
- kontaminationskritische Anwendungen.
Stickstoff besitzt jedoch auch Nachteile.
Flaschen müssen:
- bereitgestellt,
- sicher befestigt,
- regelmäßig gewechselt,
- über einen geeigneten Druckminderer betrieben
werden.
Bei hohem Gasverbrauch kann außerdem eine Flaschenversorgung wirtschaftlich ungünstiger sein als eine zentrale trockene Druckluftversorgung.
Wann ist Druckluft sinnvoll?
Eine zentrale Druckluftversorgung kann für pneumatische Kalibrierungen eine sehr wirtschaftliche Lösung sein.
Das gilt insbesondere bei:
- regelmäßigem Betrieb,
- hohem Gasverbrauch,
- großen Prüfvolumina,
- automatisierten Produktionsprüfständen.
Entscheidend ist jedoch, dass nicht automatisch jede vorhandene Werksdruckluft als Kalibriergas geeignet ist.
Eine industrielle Druckluftanlage kann beispielsweise enthalten:
- Restfeuchte,
- Ölaerosole,
- Kompressorabrieb,
- Korrosionspartikel aus Rohrleitungen,
- Kondensat,
- Verunreinigungen aus dem Verteilnetz.
Auch bei einem ölfreien Kompressor sollte die Qualität am tatsächlichen Anschluss des Kalibrierplatzes beurteilt werden.
Zwischen Kompressor und Prüfstand können viele Meter Rohrleitung, Filter, Behälter und Armaturen liegen.
Nicht die Bezeichnung „Druckluft“ oder „ölfreier Kompressor“ entscheidet über die Eignung, sondern die tatsächlich am Prüfstand verfügbare Gasqualität.
Warum ist die Sauberkeit des Versorgungsgases so wichtig?
Moderne automatische Druckcontroller besitzen sehr fein arbeitende Regelventile.
Diese Ventile müssen kontinuierlich kleine Gasmengen dosieren, um den gewünschten Druck stabil zu halten.
Verunreinigungen können:
- Ventilsitze beschädigen,
- Dichtflächen verunreinigen,
- kleine Strömungsquerschnitte zusetzen,
- Leckagen erhöhen,
- das Regelverhalten verschlechtern.
Ein Controller kann dann beispielsweise länger benötigen, um einen Sollwert zu erreichen.
Im ungünstigen Fall entsteht ein scheinbar unruhiger Druckwert, obwohl die eigentliche Referenzmesstechnik noch korrekt arbeitet.
Sauberes Versorgungsgas ist deshalb eine Voraussetzung für reproduzierbare Regelung und eine hohe Lebensdauer der pneumatischen Komponenten.
Warum ist Öl besonders problematisch?
Öl kann über Kompressoren, Schmierstoffe oder ein verschmutztes Druckluftnetz in die Gasversorgung gelangen.
Es kann dabei als:
- flüssiges Öl,
- Ölaerosol oder
- Öldampf
vorliegen.
Besonders problematisch sind Ablagerungen auf präzisen Regelventilen und Dichtflächen.
Dadurch kann sich das Regelverhalten eines Druckcontrollers dauerhaft verändern.
Außerdem kann Öl vom Kalibrator bis zum angeschlossenen Prüfling transportiert werden.
Bei einem Prüfstand, an dem unterschiedliche Prüflinge kalibriert werden, kann daraus eine unerwünschte Kreuzkontamination entstehen.
Für hochwertige pneumatische Druckcontroller sollte deshalb grundsätzlich trockene und ölfreie Gasversorgung verwendet werden, sofern der Gerätehersteller keine andere Freigabe erteilt.
Welche Auswirkungen besitzen Partikel?
Partikel können aus unterschiedlichen Quellen stammen.
Beispiele sind:
- Kompressorabrieb,
- Korrosion im Rohrleitungsnetz,
- Dichtmaterial,
- Montagerückstände,
- PTFE-Band,
- Staub aus offenen Anschlüssen.
Besonders kritisch sind kleine Partikel, die bis in Regelventile und Sensoranschlüsse gelangen.
Ein einzelner Fremdkörper auf einem Ventilsitz kann bereits dazu führen, dass ein Ventil nicht mehr vollständig schließt.
Mögliche Folgen sind:
- langsame Druckdrift,
- erhöhter Gasverbrauch,
- instabile Regelung,
- verlängerte Stabilisierungszeiten.
Die pneumatische Installation sollte deshalb beim Aufbau genauso sauber behandelt werden wie die eigentliche Messtechnik.
Warum muss die Feuchte berücksichtigt werden?
Auch Wasser ist eine unerwünschte Verunreinigung einer pneumatischen Kalibrierversorgung.
Es kann als Wasserdampf oder als flüssiges Kondensat vorhanden sein.
Problematisch wird Feuchte insbesondere bei:
- Druckänderungen,
- Temperaturänderungen,
- kalten Rohrleitungen,
- starker Druckentspannung.
Unter ungünstigen Bedingungen kann Wasserdampf kondensieren.
Flüssiges Wasser sollte nicht in die pneumatischen Komponenten eines für trockene Gase vorgesehenen Druckcontrollers gelangen.
Darüber hinaus kann Feuchtigkeit Korrosion in Leitungen und Anschlüssen begünstigen.
Eine kontrollierte Trocknung der Druckluft ist deshalb wesentlich wichtiger als lediglich ein Wasserabscheider direkt am Kompressor.
Was sagt der Drucktaupunkt aus?
Zur Beurteilung der Restfeuchte von Druckluft wird häufig der Drucktaupunkt angegeben.
Er beschreibt vereinfacht die Temperatur, bei der die im komprimierten Gas enthaltene Feuchtigkeit unter den angegebenen Druckbedingungen zu kondensieren beginnt.
Je niedriger der Drucktaupunkt, desto trockener ist das Gas.
Für Präzisions-Druckcontroller sollten die konkreten Anforderungen des Geräteherstellers verwendet werden.
Eine pauschale Aussage wie:
Werkstattdruckluft ist trocken genug
ist deshalb nicht ausreichend.
Zu prüfen sind vielmehr:
- Art des Trockners,
- erreichter Drucktaupunkt,
- Zustand der Filter,
- tatsächliche Qualität am Kalibrierplatz.
Kann beim Entspannen Kondensat entstehen?
Beim Regeln und Entspannen eines Gases verändern sich Druck und Temperatur.
Insbesondere schnelle Druckänderungen können lokale Temperaturänderungen verursachen.
Ist das Versorgungsgas bereits stark mit Feuchtigkeit belastet, kann dadurch das Risiko für Kondensation steigen.
Kondensat kann sich beispielsweise sammeln in:
- Tiefpunkten von Versorgungsleitungen,
- Filtern,
- Druckminderern,
- Schläuchen.
Deshalb sollte eine Kalibrierversorgung nicht erst unmittelbar vor dem Controller versuchen, bereits stark feuchte Druckluft aufzubereiten.
Eine geeignete zentrale oder lokale Trocknung ist vorzuziehen.
Welche Filterung ist sinnvoll?
Die erforderliche Aufbereitung hängt von der vorhandenen Gasversorgung ab.
Bei Druckluft kann die Aufbereitung beispielsweise aus mehreren Stufen bestehen:
Druckluftnetz → Wasserabscheidung → Partikelfilter → Koaleszenzfilter → Trocknung → Feinfilter → Druckcontroller
Die konkrete Filterkombination muss zur Qualität der vorhandenen Druckluft und zur Herstellervorgabe des Controllers passen.
Wichtig ist auch:
Jeder Filter erzeugt einen Druckverlust.
Eine sehr feine Filterung mit zu klein dimensionierten Filterelementen kann deshalb die verfügbare Gasmenge begrenzen.
Filter sollten sowohl hinsichtlich:
- Abscheideleistung als auch
- Durchflusskapazität
ausgelegt werden.
Wie hoch muss der Versorgungsdruck sein?
Ein automatischer Druckcontroller kann nur dann Druck erzeugen, wenn seine positive Versorgung oberhalb des gewünschten Ausgangsdrucks liegt.
Für einen gewünschten Prüfdruck von:
20 bar
reicht deshalb eine Versorgung von exakt:
20 bar
normalerweise nicht aus.
Der Controller benötigt eine Druckdifferenz über seinen internen Regelventilen.
Die erforderliche Reserve wird vom Gerätehersteller vorgegeben.
Bei der PACE-Serie wird für das Versorgungsgas beispielsweise ein Versorgungsdruck vorgesehen, der ungefähr:
10 % über dem maximal benötigten Ausgangsdruck
liegt.
Für andere Druckcontroller können andere Anforderungen gelten.
Warum benötigt ein Druckcontroller Druckreserve?
Ein Regelventil verändert den Gasstrom über eine Druckdifferenz.
Je geringer die Differenz zwischen Versorgungsdruck und gewünschtem Ausgangsdruck wird, desto weniger Gas kann durch das Ventil strömen.
Die Folge kann sein:
- langsamere Druckerzeugung,
- lange Zeit bis zum Sollwert,
- schlechteres dynamisches Regelverhalten.
Besonders deutlich wird dies bei:
- großen Prüflingsvolumina,
- langen Schläuchen,
- hohen Drucksprüngen.
Der Versorgungsdruck sollte jedoch auch nicht beliebig erhöht werden.
Maximal zulässige Versorgungs- und Betriebsdrücke aller Komponenten müssen eingehalten werden.
Warum ist der verfügbare Gasdurchfluss wichtig?
Ein stabiler statischer Versorgungsdruck allein beschreibt die Leistungsfähigkeit der Gasversorgung nicht vollständig.
Wird ein großer Prüfling unter Druck gesetzt, benötigt der Controller kurzfristig einen erheblichen Gasstrom.
Ist beispielsweise:
- die Versorgungsleitung zu dünn,
- der Druckminderer zu klein,
- ein Filter zugesetzt oder
- eine Schnellkupplung stark drosselnd,
kann der Versorgungsdruck direkt am Controller während des Regelvorgangs einbrechen.
Nach dem Erreichen des Prüfdrucks steigt er möglicherweise wieder an.
Eine solche Versorgung kann im Ruhezustand völlig unauffällig erscheinen.
Die Bewertung sollte deshalb unter realem Gasverbrauch erfolgen.
Wann hilft ein zusätzlicher Vorratsbehälter?
Bei großen Prüfvolumina beziehungsweise einer begrenzten zentralen Druckluftversorgung kann ein lokaler Druckluftbehälter die dynamische Versorgung verbessern.
Der Behälter wird möglichst nahe am Druckcontroller installiert und dient als pneumatischer Energiespeicher.
Während eines schnellen Druckanstiegs kann der Controller zunächst Gas aus diesem lokalen Volumen beziehen.
Die weiter entfernte Versorgung füllt den Behälter anschließend wieder nach.
Ein solcher Puffer kann insbesondere hilfreich sein, wenn lange Versorgungsleitungen den verfügbaren Spitzenvolumenstrom begrenzen.
Er ersetzt jedoch keine ausreichend dimensionierte und saubere Grundversorgung.
Welche Aufgabe besitzt der Flaschendruckminderer?
Eine Stickstoffflasche besitzt bei voller Flasche einen wesentlich höheren Druck als ein typischer Kalibriercontroller benötigt.
Zwischen Flasche und Controller ist deshalb ein geeigneter Druckminderer erforderlich.
Dieser muss:
- für den Flaschendruck geeignet sein,
- den erforderlichen Ausgangsdruck bereitstellen,
- ausreichenden Gasdurchfluss ermöglichen,
- mit Stickstoff kompatibel sein.
Ein zu klein dimensionierter Druckminderer kann trotz ausreichend gefüllter Flasche zum begrenzenden Faktor werden.
Mit sinkendem Flaschendruck sollte außerdem kontrolliert werden, ob weiterhin genügend Druckreserve für den höchsten Kalibrierpunkt vorhanden ist.
Welchen Einfluss besitzt die Gastemperatur?
Ein Gas verändert bei Druckänderungen auch seine Temperatur.
Beim schnellen Komprimieren kann sich das Gas zunächst erwärmen.
Beim Entspannen kann es sich abkühlen.
Nach einem schnellen Drucksprung befinden sich deshalb:
- Gas,
- Prüfling,
- Schläuche,
- Adapter
nicht sofort wieder im thermischen Gleichgewicht.
Während des anschließenden Temperaturausgleichs kann sich der Druck verändern, obwohl das System vollkommen dicht ist.
Dieser Effekt ist bei pneumatischer Kalibrierung besonders wichtig.
Warum muss nach einem Druckwechsel stabilisiert werden?
Nach jedem neuen Druckpunkt benötigt die Messstelle Zeit, bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
Während der Stabilisierung können mehrere Vorgänge gleichzeitig stattfinden:
- Regelung auf den Sollwert,
- Temperaturausgleich des Gases,
- mechanische Setzeffekte im Prüfling,
- elektronische Filterung des Messsignals.
Ein Messwert sollte deshalb nicht automatisch in dem Moment übernommen werden, in dem der Controller erstmals den Sollwert erreicht.
Ein sinnvolles Akzeptanzkriterium kann beispielsweise auf einer maximal zulässigen Druckänderung innerhalb eines definierten Zeitfensters basieren.
Der konkrete Wert muss zur geforderten Messunsicherheit und zum Prüfling passen.
Eine längere Stabilisierung kann einen schlechten Prüfaufbau nicht korrigieren, verhindert aber, dass normale thermodynamische Ausgleichsvorgänge irrtümlich als Messabweichung interpretiert werden.
Kann der Prüfling den Kalibrator verschmutzen?
Kontamination kann nicht nur aus der Gasversorgung in den Druckcontroller gelangen.
Auch der Prüfling selbst kann eine Quelle sein.
Ein Drucktransmitter, der zuvor mit:
- Öl,
- Wasser,
- Hydraulikflüssigkeit,
- Prozessmedium
in Kontakt war, kann Restmedium im Druckanschluss enthalten.
Wird dieser Prüfling direkt mit einem pneumatischen Controller verbunden, kann das Medium beim Druckwechsel in Richtung des Kalibriersystems transportiert werden.
Besonders kritisch ist dies bei empfindlichen Präzisionsventilen.
Vor dem Anschluss sollte deshalb geprüft werden, ob der Prüfling für eine saubere pneumatische Kalibrierung geeignet und ausreichend gereinigt beziehungsweise trocken ist.
Bei kontaminationskritischen Prüflingen können je nach Anwendung geeignete Trenn- oder Schutzmaßnahmen erforderlich sein.
Beeinflusst Stickstoff die Messunsicherheit?
Stickstoff besitzt nicht grundsätzlich eine kleinere Druckmessunsicherheit als saubere trockene Druckluft.
Die wesentlichen Beiträge zur Messunsicherheit einer Druckkalibrierung stammen beispielsweise aus:
- Genauigkeit beziehungsweise Kalibrierunsicherheit der Referenz,
- Langzeitstabilität der Referenz,
- Auflösung,
- Wiederholbarkeit,
- Druckstabilität,
- Temperaturbedingungen,
- Höhendifferenz zwischen Referenz und Prüfling.
Das Versorgungsgas wirkt meist indirekt.
Verunreinigtes oder feuchtes Gas kann beispielsweise eine instabile Regelung oder verändertes Ventilverhalten verursachen.
Damit kann die Reproduzierbarkeit schlechter werden.
Sauberes, trockenes Gas unterstützt deshalb eine stabile Messung, ist aber nicht allein der Grund für eine niedrige Messunsicherheit.
Praxisbeispiel: automatische Kalibrierung bis 20 bar
Ein Kalibrierlabor möchte Drucktransmitter mit einem Messbereich von:
0 ... 16 bar
automatisch prüfen.
Als maximaler Prüfpunkt werden:
16 bar
benötigt.
Der Druckcontroller wird über eine geeignete Druckreserve versorgt.
Im Labor stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung:
Variante A: betriebliche Druckluft
Die Druckluft besitzt ausreichenden Druck, ihre genaue Restfeuchte und Ölbelastung ist am Prüfplatz jedoch nicht dokumentiert.
Variante B: Stickstoffflasche
Die Flasche wird über einen ausreichend dimensionierten Druckminderer an den Druckcontroller angeschlossen.
Für den zunächst neu eingerichteten Präzisionsprüfstand wird Stickstoff verwendet, da damit eine definierte saubere und trockene Versorgung bereitsteht.
Parallel wird die betriebliche Druckluftversorgung untersucht.
Nach Installation geeigneter:
- Trocknung,
- Öl- und Aerosolabscheidung,
- Partikelfilterung
und Verifikation der Gasqualität kann sie anschließend ebenfalls für geeignete Kalibrieraufgaben verwendet werden.
Die Entscheidung lautet damit nicht grundsätzlich Stickstoff gegen Druckluft, sondern definierte Gasqualität gegen unbekannte Gasqualität.
Pneumatische Kalibrierung systematisch durchführen
- Messbereich und maximalen Prüfdruck des Prüflings bestimmen.
- Geeignete Referenz beziehungsweise geeignetes Regelmodul auswählen.
- Zulässiges Druckmedium von Controller und Prüfling prüfen.
- Gasversorgung auf Trockenheit, Öl und Partikel beurteilen.
- Ausreichenden Versorgungsdruck sicherstellen.
- Druckminderer, Filter und Leitungen ausreichend dimensionieren.
- Prüfling auf mögliche Prozessmedium-Rückstände kontrollieren.
- Referenz und Prüfling auf möglichst vergleichbarer Höhe anschließen.
- System auf Dichtheit prüfen.
- Nullpunkt kontrollieren.
- Prüfpunkte kontrolliert anfahren.
- Nach jedem Druckwechsel ausreichend stabilisieren.
- Referenz- und Prüflingswert dokumentieren.
- Bei Bedarf auf- und absteigende Messreihe durchführen.
- Nach Abschluss kontrolliert auf Atmosphärendruck entlüften.
Welche Angaben sollten dokumentiert werden?
Für eine reproduzierbare Kalibrierung sollten nicht nur die eigentlichen Messwerte gespeichert werden.
Sinnvolle Angaben sind beispielsweise:
- verwendeter Druckcontroller beziehungsweise Referenz,
- Seriennummer,
- Kalibrierstatus der Referenz,
- Druckbereich,
- verwendetes Druckmedium,
- Gasquelle,
- Versorgungsdruck,
- Prüfpunkte,
- Stabilisierungszeit beziehungsweise Stabilitätskriterium,
- Umgebungstemperatur,
- Referenzwert,
- Prüflingswert,
- Messabweichung,
- Messunsicherheit,
- gegebenenfalls Konformitätsentscheidung.
Bei einer zentralen Druckluftversorgung kann zusätzlich die verwendete Aufbereitung beziehungsweise Qualitätsklasse dokumentiert werden.
Dadurch lässt sich später nachvollziehen, ob eine Änderung der Gasversorgung mit veränderten Prüfergebnissen zusammenfällt.
Instabile Druckregelung systematisch diagnostizieren
- Versorgungsdruck im Ruhezustand kontrollieren.
- Versorgungsdruck während eines großen Drucksprungs beobachten.
- Druckreserve zum gewünschten Sollwert prüfen.
- Druckminderer auf ausreichenden Durchfluss kontrollieren.
- Versorgungsleitung auf unnötige Drosselstellen prüfen.
- Filterzustand kontrollieren.
- Gasversorgung auf Öl und Feuchtigkeit prüfen.
- Prüfschläuche und Adapter auf Leckagen kontrollieren.
- Prüflingsvolumen berücksichtigen.
- Stabilisierungszeit verlängern und thermische Effekte beobachten.
- Prüfling auf Restmedien beziehungsweise Kontamination kontrollieren.
- Regelverhalten mit einem kleinen sauberen Prüfvolumen vergleichen.
- Diagnosefunktionen des Druckcontrollers auswerten.
Gasversorgung systematisch planen
- Maximal benötigten Prüfdruck festlegen.
- Maximal zulässigen Versorgungsdruck des Controllers prüfen.
- Erforderliche Druckreserve berücksichtigen.
- Stickstoff oder trockene Druckluft als Gasquelle auswählen.
- Zulässiges Druckmedium des Prüflings berücksichtigen.
- Erforderliche Gasreinheit bestimmen.
- Feuchte beziehungsweise Drucktaupunkt bewerten.
- Öl- und Aerosolfreiheit sicherstellen.
- Partikelfilterung vorsehen.
- Druckminderer auf Druck und Durchfluss dimensionieren.
- Versorgungsleitungen ausreichend groß und kurz ausführen.
- Unnötige Schnellkupplungen und Drosselstellen vermeiden.
- Bei großen Prüfvolumina lokalen Gasvorrat prüfen.
- Kontaminationsrisiko durch Prüflinge bewerten.
- Gasqualität und Prüfaufbau dokumentieren.
Häufige Fehler
- Stickstoff automatisch für genauer halten: Die eigentliche Druckmessgenauigkeit hängt primär von Referenz, Stabilität und Prüfaufbau ab.
- Beliebige Werksdruckluft verwenden: Restfeuchte, Öl und Partikel können Regelventile und Prüflinge beeinträchtigen.
- Nur den statischen Versorgungsdruck prüfen: Unter hohem Gasbedarf kann der Druck direkt am Controller deutlich einbrechen.
- Versorgungsdruck exakt auf den maximalen Prüfdruck einstellen: Der Controller benötigt eine ausreichende Druckreserve für seine Regelventile.
- Druckminderer zu klein dimensionieren: Hoher Flaschendruck hilft nicht, wenn der benötigte Gasstrom nicht durch den Druckminderer gelangt.
- Filter nur nach Feinheit auswählen: Ein zu kleiner Filter kann den Gasstrom stark begrenzen.
- Ölfreien Kompressor mit ölfreier Messstelle gleichsetzen: Das gesamte Verteilnetz muss betrachtet werden.
- Feuchte nur als Korrosionsproblem ansehen: Kondensat kann auch Ventile, Leitungen und Messstellen direkt beeinträchtigen.
- Direkt nach dem Drucksprung ablesen: Thermische Stabilisierung kann den Druck noch deutlich verändern.
- Langsame Druckänderung sofort als Leckage bewerten: Adiabatische Erwärmung beziehungsweise Abkühlung kann ebenfalls Druckänderungen verursachen.
- Verschmutzten Prüfling direkt anschließen: Restmedium kann in das saubere pneumatische Kalibriersystem zurückgelangen.
- Gasquelle im Kalibrierablauf nicht dokumentieren: Änderungen der Versorgung sind bei späteren Vergleichsmessungen dann schwer nachvollziehbar.
PACE5000E und PACE6000E für pneumatische Kalibrierungen
Druck PACE5000E
Der Druck PACE5000E ist ein modularer Einkanal-Druckcontroller für präzise Kalibrier-, Prüf- und Produktionsanwendungen.
Durch austauschbare PACE-Regelmodule lässt sich das System für unterschiedliche Druckbereiche und Genauigkeitsanforderungen konfigurieren.
Typische Anwendungen sind:
- Kalibrierung von Drucktransmittern,
- Prüfung von Digitalmanometern,
- Druckschalterprüfung,
- automatisierte Prüfabläufe,
- End-of-Line-Prüfstände.
Für die pneumatische Versorgung sind saubere und trockene Gase vorgesehen.
Geeignete Druckmedien sind insbesondere:
trockene Luft oder Stickstoff
.
Öl, flüssiges Wasser und Partikel sollten nicht in die pneumatischen Regelkomponenten gelangen.
Weitere Informationen finden Sie beim Druck PACE5000E Hochpräzisions-Druckregler.
Druck PACE6000E
Der Druck PACE6000E erweitert das modulare Konzept um zwei Druckkanäle.
Dadurch sind beispielsweise:
- zwei unabhängige Druckbereiche,
- Auto-Ranging-Konfigurationen,
- komplexere automatisierte Prüfstände
realisierbar.
Die Control Modules enthalten die druckrelevanten Komponenten wie Sensoren, Ventile und Manifolds.
Gerade bei solchen hochpräzisen Regelkomponenten ist eine geeignete Gasversorgung ein wichtiger Bestandteil des Gesamtsystems.
Weitere Informationen finden Sie beim Druck PACE6000E Zweikanal-Druckregler.
PACE CM3 für höchste Genauigkeitsanforderungen
Für besonders anspruchsvolle Kalibrieraufgaben steht innerhalb der PACE-Serie das PACE CM3 als hochpräzises Regel- und Referenzmodul zur Verfügung.
Je kleiner die angestrebte Messunsicherheit wird, desto wichtiger ist es, nicht nur die Referenzgenauigkeit zu betrachten.
Auch:
- Druckstabilität,
- Versorgung,
- Temperatur,
- Prüfvolumen,
- Stabilisierungszeit
müssen zur Messaufgabe passen.
Weitere Informationen finden Sie beim PACE CM3 Regelmodul.
Weitere Druckcontroller, Handpumpen, Referenzgeräte und Kalibrierlösungen finden Sie unter Kalibriertechnik bei ICS Schneider.
Fazit
Für eine pneumatische Kalibrierung können sowohl Stickstoff als auch entsprechend aufbereitete Druckluft sehr gut geeignet sein.
Stickstoff bietet insbesondere im Kalibrierlabor den Vorteil einer einfach definierbaren, sauberen und trockenen Versorgung.
Bei regelmäßigem Gasverbrauch kann eine professionell aufbereitete zentrale Druckluftversorgung dagegen wirtschaftlicher sein.
Entscheidend ist nicht allein die Gasart, sondern die Qualität am tatsächlichen Anschluss des Druckcontrollers.
Wasser, Öl und Partikel können präzise Regelventile beeinträchtigen und langfristig die Stabilität sowie Lebensdauer des Kalibriersystems reduzieren.
Ebenso wichtig ist die Dimensionierung der Versorgung. Druckminderer, Filter und Leitungen müssen ausreichend Gasdurchfluss ermöglichen und der Controller benötigt genügend Druckreserve oberhalb des maximal gewünschten Prüfdrucks.
Nach jedem Druckwechsel müssen außerdem thermische Ausgleichsvorgänge berücksichtigt werden. Ein Druckwert sollte erst übernommen werden, wenn Controller, Gasvolumen und Prüfling ausreichend stabil sind.
Für reproduzierbare pneumatische Kalibrierungen gilt deshalb: sauberes, trockenes und für das Gerät zugelassenes Gas verwenden, Öl und Partikel konsequent vermeiden, Versorgungsdruck und Durchfluss ausreichend dimensionieren, thermische Stabilisierung abwarten und Gasquelle sowie Prüfbedingungen eindeutig dokumentieren.
FAQ: Pneumatische Kalibrierung mit Stickstoff oder Druckluft
Ist Stickstoff besser als Druckluft für eine Druckkalibrierung?
Nicht grundsätzlich hinsichtlich der Druckgenauigkeit. Stickstoff bietet jedoch häufig eine besonders saubere, trockene und definierte Gasversorgung. Entsprechend aufbereitete trockene und ölfreie Druckluft kann ebenfalls sehr gut geeignet sein.
Warum wird Stickstoff für Präzisions-Druckcontroller häufig empfohlen?
Geeigneter Flaschenstickstoff weist typischerweise eine geringe Feuchte und Verunreinigung auf. Dadurch lässt sich eine saubere und reproduzierbare pneumatische Versorgung vergleichsweise einfach realisieren.
Kann normale Werkstattdruckluft verwendet werden?
Nur wenn ihre Qualität den Anforderungen des verwendeten Druckcontrollers entspricht. Unbekannte Restfeuchte, Ölbestandteile oder Partikel machen eine vorhandene Werksdruckluft nicht automatisch zu einem geeigneten Kalibriermedium.
Warum darf kein Öl in einen Druckcontroller gelangen?
Öl kann sich auf Regelventilen und Dichtflächen ablagern, deren Verhalten verändern und außerdem zu einer Kontamination angeschlossener Prüflinge führen.
Warum sind Partikel problematisch?
Kleine Partikel können Ventilsitze, Düsen und pneumatische Strömungsquerschnitte beeinträchtigen. Mögliche Folgen sind Leckagen, langsame Regelung und Druckinstabilität.
Warum muss Druckluft trocken sein?
Feuchte kann unter ungünstigen Druck- und Temperaturbedingungen kondensieren. Flüssiges Wasser kann pneumatische Komponenten beschädigen, Korrosion fördern und das Regelverhalten beeinflussen.
Was bedeutet Drucktaupunkt?
Der Drucktaupunkt beschreibt die Temperatur, bei der die im komprimierten Gas enthaltene Feuchtigkeit unter den angegebenen Druckbedingungen zu kondensieren beginnt. Ein niedrigerer Drucktaupunkt bedeutet trockeneres Gas.
Wie hoch muss der Versorgungsdruck eines Druckcontrollers sein?
Er muss oberhalb des maximal gewünschten Ausgangsdrucks liegen und die vom Hersteller geforderte Regelreserve besitzen. Bei der PACE-Serie wird beispielsweise eine Versorgung ungefähr 10 % oberhalb des maximal benötigten Ausgangsdrucks vorgesehen.
Warum reicht hoher Versorgungsdruck allein nicht aus?
Der Controller benötigt auch ausreichend Gasdurchfluss. Zu kleine Leitungen, Druckminderer, Filter oder Kupplungen können dazu führen, dass der Versorgungsdruck während eines Drucksprungs einbricht.
Warum verändert sich der Druck nach einem schnellen Drucksprung noch?
Beim Komprimieren beziehungsweise Entspannen verändert sich die Gastemperatur. Während sich Gas, Prüfling und Leitungen anschließend thermisch angleichen, kann sich auch der Druck noch verändern.
Wie lange muss ein Kalibrierpunkt stabilisieren?
Es gibt keine universelle Zeit für alle Anwendungen. Die Stabilisierung muss zur Prüfgenauigkeit, zum Prüflingsvolumen, zum Druckbereich und zum thermischen Verhalten des Systems passen.
Kann ein verschmutzter Prüfling den Druckcontroller beschädigen?
Ja. Restöl, Wasser oder Prozessmedium im Druckanschluss kann unter Umständen zurück in das pneumatische Kalibriersystem gelangen. Kontaminierte Prüflinge sollten deshalb vor dem Anschluss bewertet werden.
Welcher Druckcontroller eignet sich für automatische pneumatische Kalibrierungen?
Konkrete Beispiele sind der Druck PACE5000E für Einkanal-Anwendungen sowie der PACE6000E für Zwei-Kanal-, Auto-Ranging- und komplexere Prüfaufgaben.
Welche Gase sind für PACE5000E und PACE6000E vorgesehen?
Die Geräte sind für saubere und trockene pneumatische Medien wie trockene Luft beziehungsweise Stickstoff vorgesehen. Die jeweilige Gerätespezifikation und zulässigen Druckbereiche müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden.