Überdruckfester Durchflussregler – flexibel durch Digitalisierung Differenzdruck-Modul nach Kundenwunsch

>> Schon in der Phase der Produktentwicklung führen enge Absprachen zwischen einem Komponenten- und dem Gerätehersteller zu deutlich optimierten Lösungen. Hier sind Flexibilität auf beiden Seiten und vor allem die digitale Signalaufbereitung von Vorteil, wie das folgende Beispiel eines Differenzdruck-Messmoduls zeigt, das mittlerweile vielfach in einem Durchflussregler zum Einsatz kommt, der für die Prozessmesstechnik auf Kundenanfrage entwickelt wurde.

Anbieter zum Thema

SYMA-SYSTEM AG

Kubo Tech AG

Ramseier

KELLER Druckmesstechnik AG

Für die Blechbearbeitung wird ein Sprühsystem benötigt, das eine exakte Dosierung von Schmierstoffen ermöglicht. Diese Applikation stand am Anfang der Entwicklung einer Liquid-Flow-Controller-Serie von Bürkert und diente als Pilotprojekt. Sensorik, Regelelektronik, Stellglied und die üblichen elektrischen Prozessschnittstellen waren in einem kompakten Gerät unterzubringen, das – wie meist in der Prozessmesstechnik – für sorglosen Dauerbetrieb auszulegen war.

Durchflussmessung per Differenzdruck

Aus Gründen der eher robusten Prozessumgebung und der allgemeinen Betriebssicherheit entschied man sich, die Messung der Durchflussmenge über den Druckabfall des Messmediums beim Passieren einer Messblende mit definiertem Durchmesser zu realisieren – und zwar mit zwei individuellen Drucksensoren. In diesem Planungsstadium kamen die bereits guten Kontakte zur deutschen Niederlassung der Schweizer Keller AG für Druckmesstechnik ins Spiel. «Wir hatten damals mit der Serie PD-39X nämlich bereits einen Druckdifferenz-Transmitter vorgestellt, der die wichtigsten der geforderten Eigenschaften – insbesondere bezüglich Überlastbarkeit – bereits liefern konnte», erinnert sich Geschäftsführer Wolfgang Braun.

Druckdifferenz- oder Differenzdruck-Transmitter

Bei üblichen Differenzdruck-Transmittern werden beide Seiten einer Messmembran mit dem Messmedium beaufschlagt. Mit typischen Messbereichen von 500 mbar und Systemdrücken bis 10 bar könnte die einseitige Unterbrechung der Druckbelastung dazu führen, dass eine 20-fache Überlastung der Membran entsteht. Die lässt sich ohne aufwendige und entsprechend teure konstruktive Massnahmen nicht auffangen und führt zwangsläufig zur Zerstörung des Transmitters. Solche Risiken wollten die Spezialisten für Fluid Control Systems bei Bürkert ausschliessen und waren deshalb sehr an dem Modul zur Messung der Druckdifferenz interessiert.

Die Differenzdruck-Transmitter arbeiten mit zwei selektierten, gekapselten Silizium-Drucksensoren, die in etwa 20 mm Abstand montiert werden. Sie liefern ihre jeweiligen Ausgangssignale an die Eingänge eines Xemics-Mikroprozessors, mit dessen Rechenleistung nach einer komfortablen 16-bit-A/D-Wandlung alle reproduzierbaren Nichtlinearitäten und Temperaturabhängigkeiten mit mathematischen Mitteln weitestgehend eliminiert werden. Mit diesem Verfahren erreicht Keller bei seinen Druckdifferenz-Transmittern ein Gesamtfehlerband von besser als ±0,1 Prozent FS über weite Temperaturbereiche. Das analoge Ausgangssignal des Moduls wird bis zu 200-mal in der Sekunde aktualisiert und liefert eine gute Dynamikreserve für den Folgeprozess. Als Daumenregel lässt sich sagen, dass der Messbereich bei dieser Art von Differenzdruck-Messung etwa 20 Prozent des Vordrucks betragen sollte.

Neben den analogen Standardsignalen von 4 bis 20 mA und 0 bis 10 V bietet der Prozessor eine digitale RS485-Halbduplex-Schnittstelle. Über diese Schnittstelle können unter anderem die Druck- und Temperaturmesswerte der individuellen Sensoren ausgegeben werden, also nicht nur die Werte der Druckdifferenz. Durch die Digitalisierung ist die Spanne des analogen Ausgangssignals flexibel an die gewünschte Spanne des Eingangssignals (Druckdifferenz) anzupassen.

Am Ende der Gespräche zwischen Keller und Bürkert und einer Vielzahl von Tests stand eine Liefervereinbarung über Differenzdruck-Messmodule, die der gemeinsam ausgearbeiteten Spezifikation entsprechen. Seither sind die Liquid Flow Controller in verschiedensten Applikationen im Dauerbetrieb.

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