Niederdruck-Transducer verstehen: Funktion, Design & Anwendungen

Ein Drucktransducer ist ein Messgerät, das einen angewendeten Druck in ein elektrisches Signal umwandelt. Allgemein besteht ein Drucktransducer aus zwei Teilen: einem elastischen Material, das sich unter Druck verformt, und einem elektrischen Teil, der diese Verformung detektiert.

Funktionsweise von Niederdruck-Transducern

Je nach dem zu messenden Druckbereich wird dem elastischen Material unterschiedliche Formen und Größen gegeben, wie Bourdon-Rohr, Kolben, Membran und Balg. Der häufigste darunter ist die Membran.
Drei verschiedene Arten elektrischer Geräte können an dieses elastische Material angebracht werden, um Drucktransducer herzustellen. Dazu gehören resistive, kapazitive und induktive Typen.

• Resistive Drucktransducer nutzen Dehnungsmessstreifen (Strain Gauges), die mit dem verformbaren Material verbunden sind. Jede Änderung der Verformung verursacht eine Änderung des elektrischen Widerstands jedes Dehnungsmessstreifens, die mit einer Wheatstone-Brücke gemessen werden kann.
• Bei kapazitiven Drucktransducern wird die Druckänderung als Kapazitätsänderung zwischen zwei Kapazitätsplatten gemessen. Eine Platte ist mit der verformbaren Seite des elastischen Materials verbunden, die andere mit der druckfreien Oberfläche.
• Bei einem induktiven Drucktransducer wird die Verformung des elastischen Materials genutzt, um eine lineare Bewegung eines ferromagnetischen Kerns zu bewirken. Diese lineare Bewegung variiert den induzierten Wechselstrom.

Niederdruckmessung

Unter den verschiedenen Drucktransducern sind das Bourdon-Manometer, das piezoresistive Membranmanometer und das Kapazitiv-Membranmanometer für die Messung niedriger Vakuumdrücke geeignet. Das Bourdon-Manometer kann grob im Bereich 0–1000 mbar messen, während Membranmanometer im Bereich 0,1–1000 mbar messen können.
Für sehr niedrige Drücke gibt es andere Transducertypen, die auf anderen Prinzipien basieren. Dazu gehören Pirani-Manometer, Thermoelement und Ionisationsmanometer.
Die ersten beiden Techniken basieren auf der Rate, mit der Wärme von einem beheizten Filament in der Niederdruckumgebung verloren geht. Dieser Wärmeverlust hängt von der Anzahl der Gasmoleküle pro Volumeneinheit ab.

• Pirani-Manometer – Dieses Manometer berechnet die Filamenttemperatur durch Messung des Filamentwiderstands. Die Widerstandsmessung erfolgt mit Hilfe einer Wheatstone-Brücken-Schaltung. Der Zusammenhang zwischen Widerstand und angewendetem Druck ist hochgradig nicht-linear.
• Thermoelement – Bei diesem Drucktransducer-Typ ist ein Thermoelement am beheizten Filament angebracht, um dessen Temperatur zu messen. Für die Referenztemperatur im Thermoelement wird Raumtemperatur verwendet. Die Spannungsausgabe des Thermoelements variiert nicht-linear mit dem Gasdruck.
• Ionisationsmanometer – Es ist hochgradig nützlich für die Messung sehr kleiner Drücke im Bereich von 10⁻³ atm bis 10⁻¹³ atm. Hier wird das Gas, dessen Druck gemessen werden soll, mit Hilfe eines beheizten Filaments ionisiert. Der Strom wird zwischen zwei Elektroden im ionisierten Bereich gemessen, was vom Gasdruck abhängt, da die Anzahl der Ionen pro Volumeneinheit vom Gasdruck abhängt.

Strom-Druck-Beziehung ist linear

Niederdruckmessung wird in solchen Anwendungen eingesetzt wie:

• Im medizinischen Bereich – Vernebler, Spirometer etc.
• In der Industrie – HLK-Steuerung, statischer Kanalduck etc.

Wachsendes Marktinteresse betrifft das Material im Inneren von Drucktransducern:

• Quecksilber ist in einigen enthalten, um das Drucksignal an den elektrischen Ausgang zu leiten. In vielen Bundesstaaten ist Quecksilber eine verbotene Substanz, wird aber nicht durchgesetzt oder in manchen Fällen für bestehende Geräte, die Quecksilber nutzen, als Bestandsschutz gewährt, aber für neue Produkte verboten.
• Die zweite Substanz ist NaK (Natrium-Kalium), das anstelle von Quecksilber im Transducer verwendet wird. NaK wirft einen Funken, sollte es Luft (Sauerstoff) ausgesetzt werden. In Umgebungen mit hoher Entzündungsgefahr ist dies ein Risiko.
• Es gibt ein neues Produkt auf dem Markt, das eine deutlich dickere Membran hat (verlängert die Lebensdauer) und mit längerer Garantie als andere Produkte kommt. Es hat keine Füllung und erledigt seinen Job durch Elektronik.

Unser Eindruck ist, dass Marktdruck 결국 Quecksilber und NaK bei Kunden von Produkten, die Geräte mit diesen Sensoren nutzen, inakzeptabel machen wird.

Rufen Sie uns unter 800-844-8405 an für weitere Informationen zu Drucktransducern.