Werkingsprincipe van druksensoren

Een druksensor zet druk om in een elektrisch uitgangssignaal. Het elektrische signaal kan digitaal of analoog zijn en wordt gebruikt door andere apparaten zoals controllers, alarmen en andere gesloten-lus systemen. Druksensoren worden veel gebruikt in verschillende residentiële en commerciële toepassingen zoals HVAC, pompen, voertuigen, vliegtuigen, etc., waar drukmeting vereist is. Ze worden ook wel druksensoren of drukzenders genoemd.

Inhoudsopgave

• Werkingsprincipe van druksensoren
• Soorten druksensoren
• Selectiecriteria
• Veelvoorkomende toepassingen
• Hoe een druksensor te testen met een multimeter
• Veelgestelde vragen

Werkingsprincipe van druksensoren

Een druksensor bestaat uit een drukgevoelig element, zoals een membraan, met een constant oppervlak. De vloeistofdruk zorgt ervoor dat het membraan doorbuigt. De druksensor bevat ook een omzettingselement. Dit omzettingselement zet de doorbuiging die door het membraan wordt waargenomen om in een elektrisch uitgangssignaal. Dit signaal zal proportioneel toenemen of afnemen met de drukverandering. Daarom is kalibratie van het apparaat cruciaal om ervoor te zorgen dat de druk binnen het bereik van de specificaties valt.

Druksensoren hebben een voeding nodig om elektrische signalen te produceren. Het signaal is gewoonlijk 4-20 mA of 0-10 V DC. Sommige systemen kunnen ook een combinatie van AC en DC vermogen gebruiken. Het 4-20 mA signaal is een veel gebruikte standaard in de industrie. Het gebruikt een 2-draads configuratie, terwijl DC spanningsuitgang een 3-draads configuratie gebruikt. Het 4-20 mA signaal kan over lange afstanden worden gebruikt en is minder gevoelig voor interferentie dan een DC signaal.

Een druksensor moet niet worden verward met een drukschakelaar. Een drukschakelaar is een apparaat dat een elektrisch contact bedient wanneer een vooraf ingestelde vloeistofdruk wordt bereikt. Lees ons technisch artikel over drukschakelaars om meer over hen te leren.

Soorten druksensoren

Er zijn verschillende soorten druksensoren gebaseerd op hun meettechnologie. De belangrijkste types worden hieronder beschreven:

Rekstrookdruksensor

Deze sensoren zijn geschikt voor het meten van buitengewoon hoge en lage en verschildrukken. Verschildruk is het verschil in druk tussen twee gegeven punten. De sensor bevat een detectie-element, een membraan. Elke vervorming van het membraan zal een verandering in de weerstand van de rekstroken veroorzaken. Typisch worden vier meters gebruikt in een Wheatstone-brug om de gevoeligheid van de sensor te maximaliseren. Deze weerstandsverandering wordt omgezet in een bruikbaar uitgangssignaal.

Capacitieve druksensor

Capacitieve druksensoren meten druk door de veranderingen in elektrische capaciteit te detecteren als gevolg van de beweging van het membraan. Het heeft twee condensatorplaten, een membraan en een elektrode die op een niet onder druk staand oppervlak is bevestigd. Deze platen bevinden zich op een bepaalde afstand van elkaar, en de drukverandering zal de afstand tussen deze platen vergroten of verkleinen. Deze verandering in capaciteit wordt omgezet in een bruikbaar signaal. Afhankelijk van de toepassing kan deze sensor absolute, relatieve of verschildruk meten.

Potentiometrische druksensor

Dit type sensor bestaat uit een precisie potentiometer. De potentiometer bestaat uit een wiper die verbonden is met het drukgevoelige element, zoals een membraan. De doorbuiging van dit element verandert de positie van de wiper. De weerstandswaarde tussen de wiper en één uiteinde van de potentiometer verandert. Deze waarde is de maat voor de toegepaste druk.

Resonantiedraad druksensor

Resonantiedraad druksensoren hebben een trillende draad in een membraan. De elektronische oscillator houdt de draad in trilling. Als de druk in het membraan verandert, veranderen de spanning van de draad en de resonantiefrequentie. Deze frequentie kan worden waargenomen door digitale tellercircuits en worden omgezet in een elektrisch signaal.

Inductieve druksensor

Inductieve druksensoren werken volgens het principe van elektromagnetische inductie. De sensor heeft een membraan dat verbonden is met een ferromagnetische kern. De lichte doorbuiging van het membraan veroorzaakt een lineaire beweging in de ferromagnetische kern, wat een stroom induceert. De beweging van de kern als gevolg van de drukverandering varieert de geïnduceerde stroom. Deze stroomverandering wordt omgezet in een bruikbaar signaal.

Piëzo-elektrische druksensor

Wanneer druk wordt toegepast, gebruiken piëzo-elektrische druksensoren kwartskristal of keramisch materiaal om een elektrische lading te genereren. Deze elektrische lading, gemeten als een spanning, is evenredig met de drukverandering. Deze sensor is zeer gevoelig en reageert extreem snel.

Selectiecriteria

Bij het selecteren van een drukomzetter, houd rekening met de volgende parameters:

• Type medium: Het type medium moet compatibel zijn met het materiaal van de omzetter. Enkele veelgebruikte mediatypes zijn:
  • Hydraulische olie
  • Stookolie
  • Benzine
  • Lijmen
  • Perslucht
  • Gassen
  • Water
• Behuizing- en afdichtingsmateriaal: Het behuizing- en afdichtingsmateriaal van de omzetter moet chemisch compatibel zijn met het toepassingsmedium. RVS is het meest gebruikte behuizingsmateriaal. Het biedt hoge materiaalsterkte en grotere compatibiliteit met neutrale en corrosieve vloeistoffen. Veelgebruikte afdichtingsmaterialen zijn nitrilbutadieenrubber (NBR), Viton (FKM) en elastomeren.
• Temperatuur: Extreme temperatuur kan de functionaliteit van de omzetter beperken. Zorg er daarom voor dat de drukomzetter binnen het temperatuurbereik van de toepassing valt.
• Druk: De omzetter moet bestand zijn tegen het bedrijfsdrukbereik en overdruk voor de toepassing. Speciaal ontworpen hogedruk-omzetters zijn beschikbaar voor toepassingen met extreme druk.
• Type omzetter: Capacitieve en resonantiedraad-drukomzetters zijn geschikt voor absolute en relatieve druk. Een rekstrookdrukomzetter is geschikt voor gebruik als verschildrukomzetter.
• Hysterese: Hysterese is het vermogen van de drukomzetter om dezelfde output te produceren wanneer dezelfde toenemende en afnemende druk achtereenvolgens wordt toegepast. Voor lage hysterese is een capacitieve drukomzetter gewenst.
• Herhaalbaarheid: Herhaalbaarheid is het vermogen van de drukomzetter om dezelfde output te produceren bij dezelfde druk. Het varieert meestal van 0,5% tot 0,05%. De keuze van een omzetter hangt af van de gewenste nauwkeurigheid voor de toepassing.
• Goedkeuringen: Drukomzetters kunnen goedkeuringen of certificeringen vereisen, zoals ATEX en IECEx, om in specifieke omgevingsomstandigheden te kunnen functioneren.

Veelvoorkomende toepassingen

Drukomzetters worden gebruikt in een breed scala aan residentiële en commerciële toepassingen die drukmeting vereisen. Afhankelijk van het medium zijn er daarom luchtdrukomzetters, vloeistofdrukomzetters en gasdrukomzetters. Enkele typische toepassingen van elektronische drukomzetters zijn:

• Het monitoren van de rem- en brandstofdruk in voertuigen.
• Het monitoren van vloeistofniveaus in een HVAC-systeem.
• Het detecteren van het vloeistofniveau voor putten en pompstations.
• Hoogtemeting voor vliegtuigen en satellieten.
• Het monitoren van vloeistof- en gasniveaus op verschillende medische apparaten.

Hoe test je een drukomzetter met een multimeter

Weten hoe je een 4-20mA drukomzetter moet testen is essentieel om nauwkeurige en betrouwbare prestaties in een systeem te garanderen. Hier is een stapsgewijze handleiding voor het testen van een drukomzetter, specifiek gericht op het 4-20mA uitgangssignaal.

Benodigde gereedschappen

• Multimeter
• Voeding (meestal 24V DC)
• Drukbron (bijv. handpomp of drukcalibrator)
• Bedradingsconnectoren

Stapsgewijze handleiding

1. Veiligheid eerst:
   1. Zorg ervoor dat het systeem drukloos en veilig is om aan te werken.
   2. Draag geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM).
2. Eerste inspectie:
   1. Inspecteer de drukomzetter visueel op tekenen van fysieke schade of slijtage.
   2. Controleer de bedrading en connectoren op losse of beschadigde verbindingen.
3. Stel de multimeter in:
   1. Zet de multimeter op stroommeting (mA).
   2. Zorg ervoor dat de multimeter het 4-20mA bereik kan meten.
4. Sluit de voeding aan:
   1. Verbind de positieve aansluiting van de voeding met de positieve ingang van de drukomzetter.
   2. Verbind de negatieve aansluiting van de voeding met de gemeenschappelijke aarde.
5. Sluit de multimeter aan:
   1. Sluit de multimeter in serie aan met de drukomzetter. Dit betekent dat je één meetpen van de multimeter verbindt met de negatieve aansluiting van de voeding en de andere meetpen met de negatieve ingang van de drukomzetter.
6. Pas druk toe:
   1. Voer geleidelijk druk toe op de omzetter met behulp van een drukbron.
   2. Monitor de toegepaste druk met behulp van een gekalibreerde manometer of het display van de drukbron.
7. Lees de multimeter af:
   1. Observeer de stroomaflezing op de multimeter. Een goed functionerende 4-20mA drukomzetter zal 4mA uitgeven bij nuldruk en 20mA bij zijn maximale nominale druk.
   2. Voor tussenliggende drukken moet de stroom evenredig variëren tussen 4mA en 20mA.
   3. De exacte uitgangswaarden die overeenkomen met verschillende drukmetingen worden gespecificeerd in het gegevensblad van de fabrikant. Raadpleeg het gegevensblad om te verifiëren of de omzetter volgens de specificaties werkt.
8. Verifieer de output:
   1. Vergelijk de multimeteraflezingen met de verwachte waarden op basis van de toegepaste druk. Bij bijvoorbeeld 50% van de volledige schaaldruk van de omzetter moet de uitgang ongeveer 12mA zijn.
   2. Als de aflezingen niet binnen het verwachte bereik vallen, kan er een probleem zijn met de omzetter of de opstelling.
9. Probleemoplossing 4-20mA drukomzetter:
   1. Als de omzetter niet de juiste stroom levert, controleer dan de voedingsspanning om er zeker van te zijn dat deze binnen het gespecificeerde bereik valt.
   2. Controleer of alle verbindingen veilig en correct zijn.
   3. Als het probleem aanhoudt, raadpleeg dan de probleemoplossingsgids van de fabrikant of overweeg de omzetter te vervangen.

FAQ

Wat is een drukomzetter en hoe werkt het?

Een druk-naar-stroom omzetter zet druk om in een elektrisch signaal dat door een instrument kan worden gelezen. Het detecteert de druk en genereert een signaal dat evenredig is aan de toegepaste druk.

Hoe test je een drukomzetter?

Pas een bekende druk toe op een drukomzetter en meet het uitgangssignaal om deze te testen. Om de nauwkeurigheid te verifiëren, vergelijk je het uitgangssignaal met de verwachte waarde en kalibreer je indien nodig.

Wat is het verschil tussen een druksensor en een drukomzetter?

Een drukomzetter zet druk om in een elektrisch signaal dat kan worden gelezen door een instrument of regelsysteem, in tegenstelling tot een druksensor, die druk detecteert en een signaal produceert.

Wat is het verschil tussen een drukomzetter en een drukzender?

Deze twee termen worden vaak door elkaar gebruikt. Een drukomzetter zet echter druk om in een elektrisch signaal, terwijl een drukzender dat signaal ook kan versterken, wijzigen en verzenden.

Wat meet een drukomzetter?

Een drukomzetter meet de kracht die erop wordt uitgeoefend per eenheid oppervlak en zet deze om in een elektrisch uitgangssignaal dat kan worden gelezen door een instrument of regelsysteem.

Hoe gebruik je een drukomzetter?

Om een drukomzetter te gebruiken, bepaal je het type vloeistof of gas, selecteer je de juiste omzetter, installeer je deze en kalibreer je hem voor nauwkeurige metingen.

Hoe werkt een verschildrukomzetter?

Dit type omzetter meet het drukverschil tussen twee punten en zet dit om in een elektrisch signaal dat wordt gebruikt bij stromingsmeting en vloeistofniveaudetectie.