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IFM Electronic efector500 Bedienungsanleitung
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Optimierung und Lösung
von technischen Abläufen
durch Sensorik, Kommunikations-
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Inhaltszusammenfassung für IFM Electronic efector500

  • Seite 1 Optimierung und Lösung von technischen Abläufen durch Sensorik, Kommunikations- und Steuerungssysteme Schulungsunterlagen Drucksensoren...
  • Seite 2 Garantie für die Richtigkeit und Vollständigkeit des Inhalts übernommen werden. Da sich Fehler trotz intensiver Bemühungen nie vollständig vermeiden lassen, sind wir für Hinweise jederzeit dank- bar. ifm electronic gmbh, Abteilung VTD-STV, Teichstr. 4, 45127 Essen, Tel.: 0201/2422-0, Internet: www.ifm.com - Drucksensoren -...
  • Seite 3 Inhaltsverzeichnis Einleitung Drucksensoren im industriellen Einsatz Druck Physikalische Definition Einheiten Druckarten Gesetze 2.4.1 Eigenschaften des Mediums 2.4.2 Schweredruck 2.4.3 Hydraulik 2.4.4 Kontinuitätsgleichung 2.4.5 Bernoullische Gleichung 2.4.6 Zeitverhalten Werte Relativ- und Absolutdruck Druckmesstechnik Übersicht 3.1.1 Sensor und Messgerät 3.1.2 Diagramm 3.1.3 Normung Druckeinleitung und mechanische Wandlung Membran...
  • Seite 4 4.1.4 Signalverarbeitung Geräte mit LED-Balken 4.2.1 Anzeige 4.2.2 Einstellen des Schaltpunktes 4.2.3 Hysterese Geräte mit numerischem Display 4.3.1 Anzeige 4.3.2 Einstellen des Schaltpunktes 4.3.3 Hysterese 4.3.4 Einstellung des Fensters 4.3.5 Zeitverhalten 4.3.6 Übersicht Geräte ohne Display Übersicht der Geräte 4.5.1 Zusammenfassung 4.5.2 Mechanische Eigenschaften...
  • Seite 5 Einleitung Drucksensoren im industriellen Einsatz Für Drucksensoren gibt es in vielen verschiedenen Marktsegmenten mit unterschiedlicher Bedeutung eine breite Palette von Anwendungen. Prozess- und Verfahrenstechnik Hier ist speziell die Prozess- und Verfahrenstechnik zu nennen. Die fol- genden Abbildungen zeigen typische Anwendungen. Absolutdruck Vakuum geschlossener...
  • Seite 6 Durchflußmessung Abbildung 4: Durchflussmessung Drucksensoren können auch, wie in der Abbildung 4 dargestellt, zur Durchflussmessung eingesetzt werden. Dabei wird die Druckdifferenz vor und hinter einer Blende gemessen, vgl. 2.4.5, Seite 19. Was für ein Drucksensor ist hier dargestellt? Es handelt sich um keinen speziellen Sensor. Die stilisierte Darstellung soll deutlich machen, dass es sich bei einer Druckmessung in der Regel um die Messung einer Differenz handelt.
  • Seite 7 Bei größtem Betriebsdruck Bei kleinstem Betriebsdruck Speicher aufgeladen Speicher entladen Abbildung 6: Druckspeicher Die Kraft (siehe Abbildung 8), die über den Druck ausgeübt wird, kann auf einfache Weise, über Ventile, siehe Abbildung 7, gesteuert werden. Abbildung 7: Ventile Alle möglichen Arten von mechanischen Bewegungen können so bewirkt werden.
  • Seite 8 1. Die Mechanik kann nicht völlig ausgeschlossen werden. Der Druck führt zu einer mechanischen Verformung von Bauteilen des Drucksensors. Die Auswertung und Signalaufbereitung geschieht dann aber rein elektronisch. 2. Häufig besteht eine Anforderung an den Drucksensor darin, dass nicht nur ein Schaltpunkt eingestellt werden soll, sondern dass darüber hinaus auch der aktuelle Druck angezeigt werden soll.
  • Seite 9 Abbildung 9 : Flächenvektor senkrechte Richtung Daraus ergibt sich eine wichtige Konsequenz: der Anteil (die Komponente) der Kraft senkrecht zur Fläche ist wesentlich! Anders gesagt, der Druck in einem Gefäß führt dazu, dass eine Kraft auftritt, die senkrecht zur Wand wirkt.
  • Seite 10 Abbildung 11: Fehlerhafte Kolbenstange Einheiten SI- (système international) Grundeinheiten sind m, kg und s. Andere Grö- ßen, wie z. B. Druck, sind davon abgeleitet. Diese Einheiten wurden in Deutschland in die DIN 1314 übernommen. Die Einheit für den Druck ist: 1 Pascal 1 Pa 1 N/m...
  • Seite 11 1 bar = 105 Pa Ist 1 bar viel? Nach Beispiel 1 entspricht 1 bar dem Druck, der von der Gewichtskraft einer Masse von 10 kg, d. h. von 10 t, auf 1 m ausgeübt wird. Das ist also ganz beachtlich. Der Druck ist also umso größer je größer die Masse oder je kleiner die Flä- che ist.
  • Seite 12 1 at = 0 atü. Es ist dann auch 0,9 at = - 0,1 atü. Die Einheit psi (pound per square inch) wird in englischsprachigen Län- dern verwendet (siehe auch das Lexikon im Anhang). Die Einheiten mWS (Wassersäule) und mm Hg (Quecksilbersäule) wurden aus den verwendeten Messgeräten abgeleitet.
  • Seite 13 Das Messgerät nimmt einen Differenzdruck auf, z. B. ein mit Wasser ge- fülltes U-Rohr wie in Abbildung 12. Die beiden Drücke sollen mit p und p bezeichnet werden. Es soll angenommen werden, dass die Anzeige proportional der Druckdif- ferenz ist, also: Anzeige ∝...
  • Seite 14 Stationäre Strömung Wenn ein Medium gleichförmig fließt, das heißt, wenn die Strömungsge- schwindigkeit in jedem Punkt über die Zeit konstant ist, spricht man von ei- ner stationären Strömung. Das bedeutet nicht, dass sie an jedem Ort gleich ist. Auch bei einer stationären Strömung, z. B. in einem Rohr, wird die Geschwindigkeit in der Mitte größer sein als am Rand.
  • Seite 15 ]: Fläche; ρ [kg/m p [Pa]: Druck; F [N]: Kraft; A [m ]: Dichte; h [m]: Höhe; g [m/s Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2 ≅ 10 m/s2 Der Druck ist hier direkt proportional zur “Tiefe” h. Dieser Zusammenhang ist unabhängig von der Form und vom Querschnitt des Gefäßes (so ge- nanntes hydrostatisches Paradoxon).
  • Seite 16 p = p1 + p2 ≅ (1000 kg/m3 * 10 m/s2 * 0,5 m) + (300 kg/m3 * 10 m/s2 * 0,1 m) = 5000 Pa + 300 Pa = 5300 Pa = 0,053 bar Das Öl liefert also einen relativ geringen Beitrag. Relativdruck In den drei Beispielen wurde der Relativdruck zum Luftdruck oder der Ü- berdruck berechnet.
  • Seite 17 Wann kann der Schweredruck vernachlässigt werden? Dieser zusätzliche Druck, der Schweredruck, kann unter zwei Bedingun- gen vernachlässigt werden. Höhenunterschied 1. Es treten keine großen Höhenunterschiede auf. Die pneumatischen Sensoren und Aktuatoren einer Anlage weisen meist keine großen Höhenunterschiede auf, so dass hier der unterschiedliche Luftdruck vernachlässigt werden kann.
  • Seite 18 ( 5) F [N]: Kraft; A [m ]: Fläche Diese Gleichungen beschreiben z. B. die hydraulische Presse. Diese wird manchmal auch als “Krafttransformator” bezeichnet. Beträgt z. B. die zweite Fläche 1/100 der ersten, dann hat man an der ers- ten Fläche eine um den Faktor 100 höhere Kraft. Bei vielen Anwendungen wird daher Hydraulik eingesetzt, wenn große Kräfte benötigt werden, siehe auch Abbildung 8.
  • Seite 19 Abbildung 17: Strömungsgeschwindigkeit und Rohrdurchmesser Verringert sich z. B. die Querschnittsfläche auf die Hälfte, dann muss die Geschwindigkeit auf das doppelte steigen. Die Geschwindigkeit (gemessen in m/s) ist nicht zu verwechseln mit dem Durchfluss (gemessen in l/s oder m /s). Der Zusammenhang zwischen die- sen beiden Größen wird weiter unten diskutiert.
  • Seite 20 Im stationären Fall erhöht sich die Geschwindigkeit nicht, wenn der Druck steigt. Im Gegenteil, der Druck nimmt seinen maximalen Wert, den so ge- nannten Staudruck, an, wenn die Geschwindigkeit Null ist. Umgekehrt er- gibt sich die maximale Geschwindigkeit, wenn der Druck Null ist. Eine Anwendung der Drucksensorik besteht darin, dass die Strömungsge- schwindigkeit (eigentlich der Volumenstrom, siehe ( 14)) über den Druck bestimmt wird (Prandtlsches Staurohr, Venturi-Rohr, Messblende).
  • Seite 21 Beispiel 8 In einem Rohr herrscht ein (Relativ-)Druck von 1 bar ( = 10 Pa). Das Me- dium Wasser (ρ = 10 kg/m ) fließt mit 1 m/s. Welchen Anteil haben Druck und kinetische Energie an der Gesamtenergie? ( 10) liefert: 105 Pa + 0,5 * 103 kg/m3 * ( 1 m/s)2 = 1,05 * 105 J/m3 Die Geschwindigkeit trägt also nur ca.
  • Seite 22 p [Pa]: Druck; ρ [kg/m ]: Dichte; v [m/s]: Geschwindigkeit; wR [J/m ]: Arbeit der Rei- bungskraft pro Volumen; → Wärme pro Volumen wieso Druckabfall? Warum führt dieser Effekt zu einem Druckabfall und nicht dazu, dass sich die Geschwindigkeit verringert, wie es häufig sonst bei Reibung der Fall ist? Durch ein Rohr mit rauer Oberfläche fließt, bei ansonsten gleichen Be- dingungen, weniger als durch ein glattes Rohr.
  • Seite 23 [m/s]: mittlere Geschwindigkeit; s [m]: Weg; t [s]: Zeit; A [m ]: Fläche; V [m ]: Vo- lumen oder ( 14) Q [m /s]: Volumenstrom, Durchfluss; vm [m/s]: mittlere Geschwindigkeit; t [s]: Zeit; A [m ]: Fläche; V [m ]: Volumen Dem Durchfluss Q (Volumen/Zeit) bei Strömungen entspricht übrigens bei elektrischem Strom die Stromstärke (Ladung/Zeit).
  • Seite 24 Einheit Hier ist zu beachten, dass bei der Einheit des Volumenstroms oder des Durchflusses nicht die Sekunde sondern die Stunde als Einheit der Zeit gewählt wurde. In dieser Einheit wird z. B. auch die Förderleistung von Pumpen angegeben. Die Durchflusszahl α hängt von der Strömungsgeschwindigkeit, der Visko- sität des Mediums und dem Rohrdurchmesser ab (DIN 1952).
  • Seite 25 Mikro-Diesel-Effekt Wird nun ein solches Gas-Luft-Gemisch durch einen Druckstoß stark und plötzlich komprimiert, dann erhöht sich dessen Temperatur. Ist sie hoch genug, kann das zu einer Explosion wie im Dieselmotor kommen. Da hier nur winzige Bläschen beteiligt sind, spricht man hier vom Mikro-Diesel- Effekt.
  • Seite 26 Z. B. in der chemischen Industrie bei der Ammoniaksynthese. Hochdruckpressen ca. 5 * 104 bar Bei solchen Drücken wandelt sich Kohlenstoff in Diamant um. Größere Drücke lassen sich höchstens kurzzeitig erreichen (Explosionen). Pneumatik ca. 6 bar Hydraulik ca. 30 - 400 bar Hierbei soll noch einmal kurz auf den Energieaspekt eingegangen werden.
  • Seite 27 Druckmesstechnik Übersicht 3.1.1 Sensor und Messgerät Messgerät Eine häufige Anforderung aus der Praxis besteht darin, dass nicht nur ein binäres Signal abgegeben werden soll, sondern dass der Druck auch ge- messen und angezeigt werden soll. Vergleich mit Strömungssensor Ein Vergleich eines Drucksensors mit einem induktiven, kapazitiven oder Strömungssensor zeigt, dass diese Anforderung beim Drucksensor leichter zu erfüllen ist.
  • Seite 28 Signalerzeugung Kapazitätsdifferenz -aufbereitung Wheatstone-Brücke Signal- digital (μP) verarbeitung analog Signalausgabe mechanische Anzeige Display (LCD, LED, 7-Segment-Anzeige LED-Balken) Schaltausgang (binär, analog) Verformung Die meisten Systeme arbeiten nach dem Prinzip, dass der Druck in eine Kraft umgesetzt wird, die ein Bauteil mechanisch verformt. Die gebräuch- lichsten dieser Bauteile werden weiter unten beschrieben.
  • Seite 29 Kolbendruckschalter Im Abschnitt “Physikalische Definition” (Seite 8) wurde schon kurz ein i- dealisiertes Druckmessgerät beschrieben (Kolben mit Feder). Dieses Prin- zip wird in der Praxis aber nur bei Kolbendruckschaltern in der Hydraulik verwendet. In der Regel sitzt im Sensorkopf eine Membran oder eine Plat- Membran Trennmembran Diese Membranen haben den Zweck, das Medium vom ei- gentlichen Aufnehmer zu trennen.
  • Seite 30 Speziell in der Lebensmittelindustrie kann es zu Problemen führen, wenn die äußere Membran beschädigt wird. Das Medium, das sich im Druckmitt- ler befindet, kann dann austreten und das zu messende Medium verunrei- nigen. Man verwendet daher z. B. auch Olivenöl im Druckmittler. Membran Fernleitung Meßgerät...
  • Seite 31 Abbildung 24: Plattenfeder Bezeichnungen Wie oben erläutert wurde, werden Membranen mit unterschiedlichen Ei- genschaften, nämlich federweich oder federelastisch, verwendet. In tech- nischen Dokumentationen wird jedoch häufig nur der Begriff Membran ver- wendet, ohne ihn zusätzlich zu spezifizieren. Auch bei Abbildungen ist manchmal nicht auf den ersten Blick zu erken- nen, um welche Membran es sich handelt.
  • Seite 32 keine Missverständnisse! Es ist nun aber ziemlich umständlich, jedes Mal vom Überschreiten des zulässigen Überlastdrucks zu sprechen, wenn das Verhalten des Geräts in dieser Grenzsituation beschrieben werden soll. Auch in diesem Text wird gelegentlich einfach von Überlast gesprochen im Sinne einer Belastung, der das Gerät nicht mehr widersteht.
  • Seite 33 Abbildung 26: Biegebalken Um eine bessere Linearität der Signale zu erreichen gibt es noch weitere Variationen, z. B. unterschiedliche Materialdicke (siehe auch Abbildung 32), ovale Querschnitte beim Bourdon-Rohr usw. 3.3.5 Messfehler Temperatur Die wesentlichen Ursachen für Messfehler sind Temperaturwechsel, weil diese durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, zu mechanischen Spannungen führen können.
  • Seite 34 Abb. 15 Meßwerkzeiger Abdeckfahne Grenzwerteinstellzeiger Abdeckfahne Steuerkopf Steuerkopf Zeiger im Zeiger im Gutbereich Fehlbereich Abbildung 27: Manometer Das verteuert entweder die Konstruktion einer Anlage, wenn zu jedem Druckschalter auch noch ein Manometer montiert werden muss, oder es verteuert die Wartung einer Anlage, weil im anderen Fall bei jeder Neuein- stellung eines Schaltpunktes ein Manometer zuerst montiert und anschlie- ßend wieder demontiert werden muss.
  • Seite 35 Hysterese Die Hystereseeigenschaften des mechanischen Druckschalters sind schlecht. Die Hysterese streut je nach Druckbereich, von Gerät zu Gerät und in Abhängigkeit von der Temperatur. Sie lässt sich vor allem nicht oh- ne weiteres verstellen. Das hat für den Anwender u. a. einen höheren Auf- wand bei der Lagerhaltung von Ersatzgeräten zur Folge.
  • Seite 36 Die Sensorelemente werden von relativ wenigen Herstellern gefertigt. Die- se liefern sie als OEM-Produkte (Original Equipment Manufacturer) an vie- le Hersteller von Druckmessgeräten. Messgröße Folgende physikalische Größen werden bei Druckmessgeräten häufig verwendet: • Elektrischer Widerstand (bei metallischen oder piezoresistiven Deh- nungsmessstreifen DMS), •...
  • Seite 37 Wie im ersten Kapitel besprochen wurde, wird der Druck über eine me- chanische Verformung gemessen. Diese Verformung führt beim DMS zu einer Querschnittsänderung der Leiterbahnen und damit zu einer Ände- rung des elektrischen Widerstandes. Bei metallischen DMS wird der Effekt im Wesentlichen durch die Geometrie, das heißt durch die Veränderung der Abmessungen verursacht.
  • Seite 38 Brückenschaltung Die Auswertung geschieht über eine Brückenschaltung. Man bemüht sich dabei, möglichst gleiche Widerstände zu verwenden, damit Temperaturef- fekte kompensiert werden können. Man versucht die DMS so anzuordnen, dass bei einer Verformung zwei DMS gedehnt und zwei gestaucht werden. Um ein möglichst lineares Signal zu erhalten, sollten die Verformungen, al- so die Dehnungen und die Stauchungen, möglichst gleich ausfallen.
  • Seite 39 Die Darstellung der Brückenschaltung ist idealisiert. Es gibt Messgeräte mit vielen Widerständen, die z. B. auf einer runden Platte rosettenförmig angeordnet sind. Dadurch sollen u. a. Einflüsse der Geometrie, d. h. eine nicht gleichförmige Deformation der Platte kompensiert werden. Abbildung 31: Widerstandsrosette Es gibt auch Messgeräte, bei denen durch eine spezielle Form der Platte ein besser linearisiertes Signal erzeugt werden soll.
  • Seite 40 Folien-DMS: Diese bestehen aus gewalzter Folie mit einer Dicke der Größenordnung Mikrometer. Ihre Form erhalten sie zum Beispiel durch Ätzung. Als Material wird zum Beispiel Konstantan verwendet. Die Widerstände haben hier Werte von etwa 120 - 200 Ohm. Sie sind bis maximal 80°C, spezielle Ty- pen bis 300°C einsetzbar.
  • Seite 41 Piezoresistive DMS Halbleiter, sehr häufig wird hier Silizium verwendet, mit geeigneter Dotie- rung, sind besonders gut für Messungen geeignet. Ihre Resistivität ist ab- hängig von der Dehnung, bei Reinsilizium auch von der Richtung der Ver- formung. Sie werden meist auf Träger von reinem Silizium angebracht. Das Silizium wird in den meisten Fällen vom Medium getrennt.
  • Seite 42 Bei der Fertigung von Polysilizium wird daher Wert darauf gelegt, dass es keine Vorzugsrichtung im Material gibt. Polysilizium ist also isotrop. Piezo-Dünnfilm DMS Piezo-Dünnfilm DMS werden ähnlich wie metallische DMS auf einen Trä- ger aus Silizium aufgebracht. Da sie auch durch eine isolierende Schicht vom Träger getrennt werden, ist hier der Fertigungsaufwand hoch.
  • Seite 43 a) metallische DMS Einflussgrößen: Größenordnung: Temperaturgang des k-Faktors einige 0,1 % für 10 K Temperaturgang des Elastizitäts- einige 0,1 % für 10 K moduls einige 0,01 % für 10 K Wärmeausdehnung des Trägers Gegenmaßnahmen: Einfügen von temperaturabhängigen Widerständen in die Brücken- speisung.
  • Seite 44 Unterschiede in der Luftfeuchtigkeit können hier den Messwert beeinflus- sen. Speziell kondensierende Luftfeuchtigkeit kann ein Problem darstellen. Die innere Kammer ist ja in diesem Fall mit Luft gefüllt, die, nach einer ge- wissen Zeit, dieselbe Feuchtigkeit enthält wie die Luft in der Umgebung, falls das Eindringen der Feuchtigkeit nicht verhindert wird.
  • Seite 45 Δ ( 21) Δ Aus ( 21) kann man schließen, dass sich beim invertierten Messsignal ein linearer Zusammenhang zwischen Δl und ΔC ergibt. Wenn auch noch Δl proportional zu Δp ist, dann besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Druckänderung und Messsignal. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Platte nicht zu stark deformiert wird, weil ( 20) nur für den Kondensator mit ebe- nen Platten gilt.
  • Seite 46 Δ Δ Δ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ − − ⎟ − ⎟ − ⎜ ⎜ ( 23) ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Hier muss das Signal also noch zusätzlich aufbereitet werden. Messweg Der Messweg beträgt einige Mikrometer, bis ca. 30 Mikrometer. Bei Über- last dient die gegenüberliegende feste Gehäusefläche als mechanischer Endanschlag, an dieser Fläche kann sich die Membran abstützen.
  • Seite 47 Kapazitive Sensoren enthalten also häufig Sensorelemente, auch Mess- zelle genannt, d. h. eine keramische Membran und eine feste Wand mit Elektroden, die durch keramische Prozesse miteinander verbunden und abgedichtet werden. Es gibt einige Hersteller, die sich auf die Fertigung davon, spezialisiert haben. Viele Hersteller von kapazitiven Druckmesssys- temen verwenden die gleiche Messzelle.
  • Seite 48 Gliederung Um das Lesen zu erleichtern soll kurz die Gliederung dieses Kapitels er- läutert werden. Die Geräte unterscheiden sich durch ihre Ausgänge, Bauformen, Displays usw. Zuerst werden Eigenschaften beschrieben, die alle gemeinsam ha- ben. Dann werde die beiden Typen, mit Balkenanzeige und mit numerischer Anzeige, etwas ausführlicher beschrieben.
  • Seite 49 Druckausgleich In Abschnitt 2.6 wurde an Beispielen dargestellt, dass Relativdruckmes- sungen speziell bei relativ geringen Druckwerten, bis ca. 25 bar, sinnvoll sind und dass darüber eine Absolutdruckmessung ausreicht. Die Messzel- len der Drucksensoren sind daher bis zum Nenndruck 25 bar mit einer Öff- nung für den Druckausgleich mit der Atmosphäre versehen (Abbildung 35 unten).
  • Seite 50 Pendelstütze Diese Bedingungen widersprechen sich teilweise. Es war also nicht ein- fach, sie beide gleichzeitig zu erfüllen. Die eingesetzte Dichtung erfüllt die erste Bedingung. Die patentierte Pendelstütze ermöglicht es der Messzel- le, bei starker kurzzeitiger Belastung durch Überdruck, diesem auszuwei- chen.
  • Seite 51 Wird der Abstand zwischen dem Messelektrodenpaar verändert, so ändert sich die Kapazität. Vorteile: • Einfacher Aufbau • Alterungsbeständige Dickschichtelektroden • Hohe Durchschlagfestigkeit, daher Schutzklasse II (siehe Schulungsunterlagen Schutzarten) möglich • Gutes Temperaturverhalten Nachteile: • Im Vergleich zum DMS-Verfahren geringere Linearität des primären Signals •...
  • Seite 52 EEPROM Mikroprozessor IP 65 Abbildung 45: Mikroprozessor Wandlung Der A / D-Wandler des Mikroprozessors transformiert das Spannungssig- nal der Primärelektronik in einen digitalen Wert. Das nichtlineare Signal, vgl. 3.6 , wird vom Prozessor in eine nahezu lineare Ausgangsgröße um- gerechnet. [bar] [%] system Anzeige [bar] [%]...
  • Seite 53 p [bar] t [sec] Systemdruck gedämpfte Kennlinie Schaltfrequenz = 13 Hz mit R = 55 bar Abbildung 47: Dämpfung der Kennlinie Mikroprozessor Zusammengefasst übernimmt der Mikroprozessor folgende Aufgaben: • Der μP startet und beendet die Ladezyklen • Der μP steuert die Systemdruckanzeige an •...
  • Seite 54 Abbildung 49: LED-Kette im RUN-Modus Kontrolle b) genaue Anzeige des eingestellten Schaltpunktes (”PRESET VALUE”) mit 1% Auflösung, aktiviert durch kurzes Drücken der Set-Taste (kontinu- ierlich leuchtende LED = 10%-Schritte, blinkende LED = 1%-Schritte), sie- he Abbildung 50. Diese Abbildung sieht genauso aus wie die vorangehen- de (abgesehen von der LED für den Schaltzustand).
  • Seite 55 Betrieb 12,5 bar 20 bar -Anzeige =10% 20 / = 17,5+ =19,5 bar = 1% Störanzeigen EEPROM-Fehler Kurzschluß Abbildung 52: Anzeigen 25 bar 4.2.2 Einstellen des Schaltpunktes Die Einstellung des Schaltpunkts erfolgt wie der Wechsel der Anzeige (sie- he Abbildung 51) über Tasten. Multifunktions-LED Programmiertasten Ausgang...
  • Seite 56 Tippbetrieb Um einfach und sicher zum gewünschten Wert des Schaltpunkts zu kom- men, ist auch ein Tippbetrieb möglich. Ist man erst einmal im SET-Modus, was daran zu erkennen ist, dass der Wert, dargestellt durch die LEDs in 1%-Schritten nach oben wandert, dann braucht die Set-Taste nur einmal kurz losgelassen zu werden.
  • Seite 57 Die minimale Hysterese beträgt 2 %. Da dieser Wert in der Größenord- nung der Schaltpunktgenauigkeit liegt, wäre ein geringerer Wert auch nicht sinnvoll. Der Bereich der Hysterese hängt natürlich vom Schaltpunkt ab. Ist z. B. ein 10 bar-Sensor auf 50 % des Messbereichsendwerts (MEW) ein- gestellt, also auf 5,0 bar, dann kann die Hysterese maximal 47 % betra- gen, denn der minimale Wert des Rückschaltpunkts beträgt 0,3 bar (d.
  • Seite 58 Geräte mit numerischem Display MODE/ ENTER [bar] Abbildung 58: Numerisches Display Es handelt sich um die Typen PF, PN, PY... Das Display befindet sich an der gleichen Stelle wie das LED-Display beim PB (siehe auch Abbildung 48). Die Bedeutung der Anzeige und der Tasten wird unten erläutert. Modus Auch diese Geräte verfügen die Betriebsarten RUN-Modus (Betriebsmo- dus) und SET-Modus (Einstellmodus).
  • Seite 59 Sie bedeutet, dass am Schaltausgang 1 ein Kurzschluss aufgetreten ist, der Ausgang ist gesperrt. Bei Geräten mit zwei Schaltausgängen lautet die entsprechende Meldung SC 2. 4.3.2 Einstellen des Schaltpunktes 1. Mode MODE/ ENTER Abbildung 60: Schaltpunkteinstellung 1Die Mode-Taste wird betätigt. Mit dieser Taste kann man sich bei diesem Gerät durch eine Art Menü...
  • Seite 60 4.3.3 Hysterese Hier soll der Begriff Hysterese nicht noch einmal erläutert werden, das ist ausführlich in 4.2.3 geschehen. Der Unterschied zwischen PB und PN be- steht im Wesentlichen in der Bedienung und der Anzeige. Die Werte bzw. Wertebereiche für Schaltpunkt, Rückschaltpunkt und somit Hysterese blei- ben gleich.
  • Seite 61 Abbildung 63: Darstellung des Fensters Fno, Fnc Die Fenster-Funktion ermöglicht es, mit dem Gerät z. B. einen Gut-Bereich zu überwachen. Bei der Einstellung Fno ist der Ausgang offen (0-Signal), wenn der Systemdruck unter dem Rückschaltpunkt oder über dem Schalt- punkt liegt. Der Ausgang ist geschlossen (1-Signal), wenn der System- druck zwischen Schalt- und Rückschaltpunkt liegt.
  • Seite 62 dS 1, dr 1 Es handelt sich z. B. bei der Ausgangsfunktion Schließer um eine Ein- schaltverzögerung beim Schaltpunkt, bzw. um eine Ausschaltverzögerung beim Rückschaltpunkt. Damit können kurzzeitige Druckschwankungen ausgefiltert werden. Die „1“ lässt wieder erkennen, dass diese Werte bei den Geräten mit zwei Schaltausgängen separat eingestellt werden können und zwar unter dS 2 und dr 2.
  • Seite 63 Ist z. B. der Wert auf 125 ms eingestellt und steigt der Druck schlagartig von 10 auf 11 bar und bleibt dort, dann wird nach 125 ms der Wert 11 an- gezeigt. Steigt der Druck in der Zeit von 125 ms gleichmäßig von 10 auf 12 bar, dann erfolgt ebenfalls nach 125 ms die Anzeige 11.
  • Seite 64 MODE/ MODE/ ENTER ENTER dS 1 50.0 > 5 s MODE/ MODE/ ENTER ENTER dr 1 50.0 > 5 s MODE/ MODE/ ENTER ENTER 0U 1 > 5 s MODE/ MODE/ ENTER ENTER > 5 s Erläuterungen Der Wert 11.0 in Zeile 2 stellt ein Beispiel dar (alle Werte in bar). Die ande- ren Einträge in Spalte 2 sind die festgelegten Anzeigen, die den Bediener darüber informieren, welcher Menüpunkt gerade aktiv ist.
  • Seite 65 Das ist z. B. dann sinnvoll, wenn es wegen des Einbauorts gar nicht mög- lich ist, das Display abzulesen. Interessant sind die Geräte natürlich auch, weil sie preisgünstiger sein können. Eine weitere Anforderung war, dass die Geräte einmal eingestellt werden sollten. Diese Einstellung braucht dann in der Regel nicht mehr geändert zu wer- den.
  • Seite 66 Abbildung 66: Anschlussschema PP mit Programmiergerät Übersicht der Geräte Bei dieser Übersicht handelt es sich um eine „Momentaufnahme“ (siehe Seite 2). Es ist zu beachten, dass die Familie weiter wächst, so dass damit gerechnet werden muss, dass manche Typen mit neuen Varianten (z. B. Nenndruck) oder auch neue Typen dazukommen.
  • Seite 67 Diese Bezeichnung ist für Sondertypen vorgesehen. Der aktuell angebote- ne PY hat ähnliche Eigenschaften wie der PF. Er ist mit einem Gewinde ausgestattet und kommt zum Einsatz, wenn die Eigenschaft „totraumfrei“ nicht wesentlich ist. Wenn noch weitere Typen dazu kommen, dann könn- ten sie auch anders aussehen.
  • Seite 68 Maßzeichnungen Die genauen Masse aller Typen sind im Katalog oder Internet zu finden. Hier sollen als Beispiele der PB mit DIN-Stecker, der PN und der PF mit Adapteranschluss vorgestellt werden. Programmiertaste G¼ Abbildung 67: PB mit DIN-Stecker (Ventilstecker) 7-Segment- Anzeige Programmiertaste M12x1 G¼...
  • Seite 69 pastöse und feststoffhaltige Medien pastöse und feststoffhaltige Medien Totraum Als Totraum wird der Bereich bezeichnet, der sich zwischen dem Gefäß oder der Leitung, die überwacht werden sollen, und dem Sensor befindet. Er ist auch mit dem druckführenden Medium gefüllt. Dieses nimmt hier a- ber nicht an Strömungsbewegungen teil.
  • Seite 70 Schutzklasse Die Geräte ab Messbereichsendwert 100 bar haben eine geschlossene Messzelle. Die Geräte mit kleineren Messbereichen haben dagegen eine offene Messzelle. Das ist aus Gründen der Genauigkeit erforderlich (siehe 2.6 und 4.1.1). Diese Geräte müssen eine Öffnung für den Druckausgleich haben.
  • Seite 71 4-20 mA 0-10 V 4-20 mA 0-10 V 4.5.3 Elektrische Eigenschaften Das Anschlussschema für den PP ist in 4.4 zu finden. Schaltfunktion Die Programmierung der Schaltfunktion geschieht beim PB über die An- schlüsse, bei den anderen Typen, soweit möglich, über die Programmier- tasten mit Hilfe des Displays.
  • Seite 72 Bei einer Betriebsspannung von 24 V am PA ergibt sich z. B. eine maxima- le Bürde von 660 Ω. Analogausgang 0-10 V minimale Last 2 kΩ. antivalente Ausgänge Beim PN mit zwei Schaltausgängen gibt es noch eine Besonderheit: Wird ein Schaltausgang auf , der andere auf programmiert, dann hat das Gerät antivalente Ausgänge bei sonst gleichen Einstellungen des...
  • Seite 73 Dieses Kapitel stellt keinen Überblick über alle die vielfältigen Applikatio- nen der unterschiedlichen Drucksensortypen dar, die oben erläutert wur- den. Zuerst werden Applikationen im Bereich der Hydraulik vorgestellt. Dieses Feld, Hydraulik, lässt sich noch etwas genauer aufschlüsseln: Die Angaben sind nur als Richtwerte zu sehen, in Einzelfällen sind Abwei- chungen nach unten und oben möglich.
  • Seite 74 +24 V SP1 = 5,3 bar SP2 = 5,5 bar RP1 = 4,7 bar RP2 = 4,5 bar OU1 = HNC OU2 = FNO Pumpe Pumpe Ein Druck OK Abbildung 72: Anwendungsbeispiel p[bar] Druck Pumpe Druck Abbildung 70: Zeitdiagramm Kleines technisches Lexikon Dieses Lexikon soll kein großes Nachschlagewerk werden;...
  • Seite 75 Pneumatische Messumformer Bei pneumatischen Messumformern wird die Auslenkung einer Feder da- durch kompensiert, dass eine Platte mehr oder minder stark angeblasen wird. Das ist die Methode der Kraftkompensation. Neue Anlagen werden aber mit diesen früher verbreiteten Geräten nicht mehr ausgestattet, sie sind veraltet.
  • Seite 76 90 100 Abbildung 75: Abweichung von der Kennlinie Auflösung Damit wird der kleinste Schritt bezeichnet, bzw. die kleinste Änderung des Messwertes, die vom Gerät erfasst werden kann. 10 11 10 11 Abbildung 76: Auflösung Die Abbildung 76 zeigt als Beispiel zwei Messstäbe mit unterschiedlicher Auflösung.
  • Seite 77 Druckmittler können allerdings das Messsystem erheblich verteuern. Ihre Kosten liegen zwischen 100 und 1000 €. Außerdem bilden sie eine zusätz- liche Fehlerquelle Es gibt Druckmittler für Druckbereiche von 10 mbar bis 1600 bar und Tem- peraturen von -90°C bis 400°C. Die EMV war für viele Hersteller von Druckmessgeräten noch nicht aktuell, als die ersten Typen (PB) der neuen Familie vorgestellt wurden (1994).
  • Seite 78 Diese Einheit, die z. B. in den USA benutzt wird, ist schon in Abschnitt 2.2 erwähnt worden. Hier sollen kurz einige weitere Bezeichnungen bespro- chen werden, die sich daraus ableiten (ähnlich wie früher das atü aus dem at). psia pounds per square inch absolute Absolutdruck psis pounds per square inch standard...
  • Seite 79 Abbildung 79: Stabilität des Nullsignals Bei der vorgestellten Drucksensor-Familie ist das Nullsignal nicht beson- ders kritisch. Hier gilt auch das, was oben unter Messbeständigkeit gesagt wurde. Statischer Druck Der statische Druck ist der Druck, dem sich die Messgröße überlagert und dem das Messgerät ständig ausgesetzt ist.
  • Seite 80 Abbildung 80: Wiederholgenauigkeit In Abbildung 80 sollen Wiederholte Messungen dargestellt sein. Das Bei- spiel ist nicht besonders realistisch. Bei mechanischen Geräten muss man mit größeren Abweichungen rechnen. Druckarten Es handelt sich bei einer Druckmessung häufig um eine Relativdruckmes- sung. Der Zusammenhang und die Bedeutung der Bezeichnungen, die auch in der Norm 16 086 verwendet werden, soll an der folgenden Über- sicht verdeutlicht werden.
  • Seite 81 Typenschlüssel Typenschlüssel Drucksensorik Stelle Bezeichnung Inhalt Sensorprinzip P = Drucksensor (pressure) Anzeige A = Keine Anzeige B = Balken-LED D = keine Anzeige / EPDM-Dichtung E = Numerische Anzeige / EPDM-Dichtung F = Frontbündig I = Isoliert für hohe Temperaturen K = keine Anzeige L = frontbündig, keine Anzeige M = frontbündig, keine Anzeige, für hohe Temperaturen...
  • Seite 82 Typenschlüssel Drucksensorik Zusatzkennung - = Standard (bar) Druckbereich B = mbar P = PSI M = MPa K = kPa H = "Hg (inches of mercury) Zusatzbezeichnung A = absolut R = relativ S = s gauge (Referenzdruck) Bauform / B = zylindrisches Metallgehäuse, V2A;...
  • Seite 83 Typenschlüssel Drucksensorik Ausgangsart A = Analogausgang 4-20mA B = Analogausgang 0-10V C = Analogausgang 0-20mA D = Analogausgang 1-10V E = Analogausgang 4-20mA skalierbar F = Fenster H = Hysterese einstellbar K = Kombiniert (analog 4-20 mA / binär) L = Kombiniert (analog 0-10 V / binär) M = Kombiniert (analog 4-20 mA oder 0-10V / binär) Q = 2 binäre Ausgänge R = 3 binäre Ausgänge...