In der modernen Technik und in industriellen Anwendungen spielen Drucksensoren als wichtige Messwerkzeuge eine wichtige Rolle. Unter ihnen sind Relativdrucksensoren, Differenzdrucksensoren und Absolutdrucksensoren aufgrund ihrer einzigartigen Funktionen und ihres breiten Anwendungsspektrums die drei Kernsensoren im Bereich der Druckmessung. In diesem Artikel werden wir die Definitionen, Funktionsprinzipien, Messobjekte, Anwendungsszenarien und die Unterschiede zwischen diesen drei Sensoren ausführlich diskutieren.
Inhaltsverzeichnis
Drucksensor
Definitions- und Betriebsprinzip
Ein Relativdrucksensor ist ein Sensor, der den Relativdruck misst, also den Druckwert relativ zum Atmosphärendruck. Es besteht normalerweise aus einem Sensorelement (z. B. einem Dehnungsmessstreifen oder einem piezoresistiven Element) und einer elektronischen Schaltung, die den Druck in ein Telekommunikationssignal umwandelt. Wenn von außen Druck auf das Sensorelement ausgeübt wird, erfährt das Element eine kleine Verformung, was zu einer Änderung des Widerstandswerts führt, der von der elektronischen Schaltung gemessen und in ein druckbezogenes Telekommunikationssignal umgewandelt wird.
Operationsprinzip
Überdrucksensoren basieren auf dem atmosphärischen Druck und die Druckmesswerte beziehen sich auf die Differenz des atmosphärischen Drucks. Zeigt der Sensor beispielsweise einen Wert von 5 bar an, dann ist der tatsächliche Druck 5 bar höher als der Atmosphärendruck.
Messobjekte und Anwendungen
Wird normalerweise in Anwendungen verwendet, bei denen ein relativer Druck erforderlich ist, wie z. B. Wasserdruck, Gasdruck, Flüssigkeitsdruck, Flüssigkeitskontrolle, Füllstandsmessung usw. Beispielsweise können Überdrucksensoren in Chemieanlagen zur Messung des Drucks in Rohrleitungen verwendet werden, um sicherzustellen, dass Vorgänge innerhalb sicherer Grenzen ausgeführt werden. In Automobilen werden Überdrucksensoren häufig zur Messung des Reifendrucks eingesetzt, um dem Fahrer Informationen über den Zustand seiner Reifen zu liefern. In der Unterhaltungselektronik werden Überdrucksensoren in Bereichen wie der Überwachung von Druckänderungen, der Anpassung an die Umgebung und der Gesundheitsüberwachung eingesetzt. Sie bieten wichtige Funktionen wie Höhenmessung, Wetterwarnungen, Luftstromüberwachung usw.
Merkmale:
- Basierend auf Änderungen des atmosphärischen Drucks.
- Wenn sich der Luftdruck ändert, hat dies keinen Einfluss auf den Messwert des Manometerdrucksensors.
- Geeignet für gängige Industrieanwendungen wie Gassysteme, Hydrauliksysteme.
Differenzdrucksensor
Definitions- und Betriebsprinzip
Differenzdrucksensor ist ein Sensor, der die Druckdifferenz zwischen zwei Messkammern misst. Es misst den Druckunterschied zwischen zwei verschiedenen Punkten. Dabei geht es nicht um den Druck dieser Druckpunkte relativ zur Atmosphäre, sondern nur um den Unterschied zwischen ihnen. Es besteht in der Regel aus zwei Kammern, die mit dem zu messenden Medium verbunden sind, und der Druck wird durch Messung der Druckdifferenz zwischen den Kammern bestimmt. Das Funktionsprinzip des Differenzdrucksensors basiert darauf, dass der zu messende Druck direkt auf die Membran des Sensors wirkt, so dass die Membran eine dem Wasserdruck proportionale Mikroverschiebung erzeugt, die wiederum eine Änderung des Widerstandswertes bewirkt, die elektronische Schaltung erkennt diese Änderung und wandelt sie in ein dem Druck entsprechendes normiertes Messsignal um.
Operationsprinzip
Differenzdrucksensoren geben einen Wert für den relativen Differenzdruck aus, indem sie gleichzeitig den Druck an zwei Punkten messen und die Differenz zwischen ihnen berechnen. An beiden Enden einer Rohrleitung kann beispielsweise ein Differenzdrucksensor die Druckdifferenz messen, die häufig zur Durchflussmessung und zur Erkennung von Filterverstopfungen verwendet wird.
Messobjekte und Anwendungen
Differenzdrucksensoren werden häufig in der Durchflussmessung, Flüssigkeitsstandmessung, Gasanalyse und anderen Bereichen eingesetzt. In HVAC-Systemen werden Differenzdrucksensoren häufig verwendet, um die Verstopfung von Luftfiltern zu messen, damit diese rechtzeitig ausgetauscht werden können. Darüber hinaus werden Differenzdrucksensoren auch verwendet, um den Unterschied im Abgasdruck zwischen dem vorderen und dem hinteren Kanal der Partikelfalle eines Fahrzeugmotors zu messen und so den Grad der Partikelansammlung in der Falle zu bestimmen, der wiederum den Auslösezeitpunkt für die „Regeneration“ und die Menge des zusätzlich einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmt.
Merkmale:
- Ideal zur Überwachung der Druckdifferenz zwischen zwei Punkten.
- Wird für Strömungsberechnungen, Windgeschwindigkeitsmessungen usw. verwendet.
- Vergleicht den Druckunterschied zwischen zwei Punkten und ignoriert dabei den Einfluss des Atmosphärendrucks.
Absolutdrucksensor
Definitions- und Betriebsprinzip
Ein Absolutdruckwandler ist ein Wandler, der den Druck relativ zu einem Vakuum oder dem absoluten Nullpunkt misst. Im Gegensatz zu Relativdrucksensoren messen Absolutdrucksensoren nicht nur den Druck des Messmediums, sondern berücksichtigen auch den Gasdruck in der Umgebung. Absolutdrucksensoren funktionieren ähnlich wie Relativdrucksensoren, ihr Referenzpunkt ist jedoch das absolute Vakuum oder der absolute Nullpunkt und nicht der Atmosphärendruck. Oder der Druck eines völlig druckfreien Zustands. Es basiert auf dem absoluten Nulldruck (Vakuum) und wird nicht vom Atmosphärendruck beeinflusst.
Operationsprinzip
Der Absolutdrucksensor misst den absoluten Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit und seine Messwerte berücksichtigen stets den Einfluss des Atmosphärendrucks. Auch wenn sich der Luftdruck ändert, spiegelt der Messwert des Absolutdrucksensors den Absolutdruck wider.
Messobjekte und Anwendungen
Absolutdrucksensoren werden häufig zur Messung des Atmosphärendrucks, zur meteorologischen Beobachtung in großer Höhe, zur Wettervorhersage und in anderen Bereichen eingesetzt. Im medizinischen Bereich werden Absolutdrucksensoren zur Überwachung des Gasdrucks in Beatmungsgeräten eingesetzt. Darüber hinaus werden Absolutdrucksensoren auch zur Messung des Ansaugluftdrucks eingesetzt, um die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch zu optimieren.
Merkmale:
- Misst den Druck im Vergleich zum Vakuum unter Berücksichtigung von Änderungen des Atmosphärendrucks.
- Der Einsatz von Absolutdrucksensoren ist in bestimmten Umgebungen besonders wichtig, beispielsweise bei Anwendungen mit großen Höhenunterschieden.
- Wird in High-End-Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Drucküberwachung erfordern, wie z. B. Luft- und Raumfahrt, meteorologische Überwachung und Vakuumtechnik.
Unterschiede zwischen den drei Arten von Sensoren
1. Messobjekt:
- Überdrucksensoren messen den Druck relativ zum Atmosphärendruck.
- Differenzdrucksensoren messen den Druckunterschied zwischen zwei Messkammern.
- Absolutdrucksensor zur Messung des Druckwertes relativ zum Vakuum.
2. Messprinzip:
- Oberflächendrucksensoren verwenden Absolutdrucksensoren und Atmosphärendrucksensoren, um den Oberflächendruck zu messen und zu berechnen, indem sie die Differenz zwischen dem Absolutdruck und dem Atmosphärendruck berechnen.
- Differenzdrucksensoren verwenden zwei Drucksensoren, um den Druckunterschied zwischen zwei Orten zu messen.
- Absolutdrucksensoren verwenden Absolutdrucksensoren, um den Atmosphärendruck zu messen und vom Messergebnis zu subtrahieren, um den Absolutdruck zu erhalten.
3. Messbereich:
- Überdrucksensoren verfügen in der Regel über einen großen Messbereich und können sowohl hohe als auch niedrige Drücke messen.
- Für kleinere Differenzdruckmessbereiche werden üblicherweise Differenzdrucksensoren eingesetzt.
- Absolutdrucksensoren haben einen Messbereich, der von der jeweiligen Anwendung abhängt, in der Regel jedoch die Berücksichtigung der Vakuumbedingungen erfordert.
4. Anwendungsszenarien:
- Überdrucksensoren werden häufig in der Industrieautomation, der Automobilindustrie, medizinischen Geräten und anderen Bereichen eingesetzt.
- Differenzdrucksensoren werden häufig in der Durchflussmessung, Flüssigkeitsstandmessung, Gasanalyse und anderen Bereichen eingesetzt.
- Absolutdrucksensoren konzentrieren sich eher auf die Messung des Atmosphärendrucks, die meteorologische Beobachtung in großen Höhen und andere Anwendungen, die eine genaue Druckmessung erfordern.
Abschluss
Relativdrucksensoren, Differenzdrucksensoren und Absolutdrucksensoren sind die drei Kernsensoren im Bereich der Druckmessung, jeder mit seinen eigenen einzigartigen Funktionen und einem breiten Anwendungsspektrum. Durch ein tiefes Verständnis ihrer Funktionsprinzipien, Messobjekte und Anwendungsszenarien können wir diese Sensoren besser auswählen und verwenden, um den Messanforderungen verschiedener Bereiche gerecht zu werden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden sich Leistung und Genauigkeit dieser Sensoren weiter verbessern und zuverlässigere und genauere Messdaten für die industrielle Produktion und die wissenschaftliche Forschung liefern.