Die Druckmessung ist eine grundlegende Technologie zur Überwachung der Prozessbedingungen in Tanks und Rohrleitungen. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Medien werden bei der Druckmessung auch verschiedene Prinzipien angewendet: Absolut- und Relativdruck, hydrostatischer Druck und Differenzdruck.
Bei der Absolut- und Relativdruckmessung verformt der Prozessdruck eine Membran. Diese Kraft wird durch inkompressibles Öl auf einen Siliziumchip übertragen, wo sie in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Der Unterschied liegt im Bezugspunkt: Der Absolutdruck wird gegen Vakuum gemessen, während der Relativdruck im Verhältnis zur Umgebungsluft gemessen wird. Die hydrostatische Füllstandsmessung beruht auf dem Gewicht der Flüssigkeitssäule. Mit zunehmendem Füllstand steigt durch die Schwerkraft der Druck auf die Sensormembran proportional zur Höhe und Dichte des Mediums. Bei der Differenzdruckmessung werden zwei Druckwerte erfasst, üblicherweise in einem geschlossen Tank. Der Transmitter berechnet die Differenz, um daraus den Füllstand oder den Druck im Tank zu bestimmen.
In dem Video erfahren Sie, wie das Messprinzip Druck funktioniert.
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- Kontinuierliche Druck- und Füllstandsmessung für Flüssigkeiten und Gase
- Hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität
- Robuste Ausführung für raue Prozessbedingungen
- Vielseitiges Sensorportfolio für flexible Systemintegration
- Bewährte Zuverlässigkeit in einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen
Tagtäglich werden Tanks über Rohrleitungen mit den unterschiedlichsten Medien befüllt und entleert. Beispiele dafür sind Trinkwasser, Fruchtsäfte, Öle und Benzine, Säuren oder Laugen. Da diese Medien zum Teil völlig unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, existieren zu deren Erfassung auch unterschiedliche Messprinzipien. Beispielsweise die Druckmessung mittels Absolut- oder Relativdruck, hydrostatischem Druck sowie Differenzdruck.
Mitte des 17. Jahrhunderts sind die ersten wissenschaftlichen Ursprünge der Druckmessung dokumentiert. Galileo Galilei machte Versuche mit Pumpen zur Überwindung von Höhenunterschieden bei der Landbewässerung. Evangelista Torricelli forschte mit Quecksilbersäulen und entdeckte den Zustand des Vakuum. Blaise Pascal hörte von diesen Experimenten, forschte weiter und konnte das Gewicht der Luft bestimmen. Pascal nannte diese Kraft Druck, und zu seinen Ehren wurde die SI-Einheit für Druck nach ihm benannt. Druck ist das Ergebnis einer Kraft, die auf eine Fläche wirkt.
Druckmessgeräte können zur Detektion von Absolut- und Relativdrücken und zur Ermittlung von Druckgrößen und Füllständen in Tanks eingesetzt werden. Lassen Sie uns die Funktionsweise dieses Messverfahrens zunächst am Beispiel Absolut- und Relativdruck etwas näher betrachten.
In einer mit Flüssigkeit gefluteten Rohrleitung kann kontinuierlich der Druck gemessen werden. Den Unterschied einer Absolutdruckzelle zu einer Relativdruckzelle wollen wir am Beispiel einer Keramikzelle näher betrachten. Bei der Keramikzelle wird elektrisch leitfähiges Material auf einen Keramikträger aufgebracht und so ein Kondensator gebildet. Anliegender Druck verformt die Membran. Dadurch findet eine Kapazitätsänderung statt.
Die Absolutdruckzelle ist ein geschlossenes System und misst gegen Vakuum. Bei atmosphärischer Umgebung wird der Luftdruck angezeigt. Bei der Relativdruckzelle lässt eine Öffnung im Grundkörper den Druckausgleich zwischen der atmosphärischen Umgebung und dem Zellinneren zu.
Die Zelle misst Werte, die relativ zum Atmosphärendruck sind. Bei atmosphärischer Umgebung wird der Luftdruck nicht angezeigt. Bei der hydrostatischen Druckmessung wirkt die Flüssigkeit im Tank auf die Prozessmembran des Sensors. Bedingt durch die Gravitation nimmt der Druck mit steigender Höhe der Flüssigkeitssäule, also des Füllstands im Behälter, zu. Die Flüssigkeitssäule ist proportional zum Füllstand und der Dichte des Mediums.
In einem offenen Tank findet ein kontinuierlicher Druckausgleich zur Umgebungsluft statt. Deshalb hat das im oberen Behälterbereich befindliche Gas keinen Einfluss auf die Füllstandsmessung. Allerdings wirkt zum Druck der Flüssigkeitssäule auch der Atmosphärendruck auf den Sensor. Wird der Atmosphärendruck kompensiert, spricht man von Relativdruckmesszellen. Betrachten wir solch einen Sensor genauer. Die berührende Messzelle ist speziell für hydrostatische Messungen von Füllständen basierend auf der Siliziumtechnologie entwickelt worden. Auf einen Siliziumchip werden Widerstände in Form einer Wheatstone-Brücke aufgebracht.
Der anliegende Druck verformt die Prozessmembran und führt zu einer Widerstandsänderung. Im Sensor überträgt inkompressibles Öl den Druck von der Prozessmembran auf den Siliziumchip, wo dieser ausgewertet wird. Bei der Differenzdruckmessung im geschlossenen Tank spielt der Atmosphärendruck bei der Füllstandsmessung keine Rolle. Neben dem Druck der Flüssigkeitssäule wird auch der Kopfdruck oberhalb des Füllstandes gemessen. Beide Werte werden über ölgefüllte Kapillaren an den Transmitter übertragen. Dieser bildet die Differenz zwischen beiden Drücken und bestimmt daraus den Füllstand im Tank.
Druckmessgeräte von Endress+Hauser ermöglichen die Messung des Drucks und Füllstandes in Standardapplikationen wie auch in Applikationen mit hoher Temperatur und hohem Druck sowie in korrosiven und abrasiven Medien. Wir haben für jede Anwendung die geeignete Lösung. Endress+Hauser.
