Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer

Medienverträglichkeit piezoresistiver Druckmessumformer
by STS Sensors on Dezember 1, 2016
Bei der Wahl des richtigen Drucktransmitters für individuelle Anwendungen gibt es neben dem zu
messenden Druckbereich oder den Temperaturbedingungen eine Vielzahl Kriterien, die beachtet werden
müssen. Dazu gehört auch das Thema Medienkompatibilität: Das Gehäuse und der Prozessanschluß
muss den Umgebungsbedingungen standhalten, damit der Sensor langfristig seinen Dienst ausführen
kann.
Die Materialwahl folgt dabei zwei wichtigen Überlegungen: Einerseits geht es um die chemische
Verträglichkeit mit den Kontaktmedien. Anderseits spielen auch präventive Überlegungen eine wichtige
Rolle. Denn es muss nicht nur geklärt werden, ob der Druckmessumformer über lange Zeit funktional
bleibt. Es gilt auch zu klären, ob es aufgrund der verwendeten Materialen im Druckmessumformer selbst
zu Gefahren kommen kann, wenn diese in Kontakt mit bestimmten Stoffen kommen – die
Pharmaindustrie wäre hier ein auf der Hand liegendes Beispiel. Im Folgenden zeigen wir auf, welche
Medienunverträglichkeiten mit welchen Materialien bestehen und welche Lösungen es dafür gibt.
Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Dichtungsmaterial & Kabel
Nicht nur das Gehäusematerial selbst muss in die Betrachtungen zur Medienkompatibilität einbezogen
werden. Auch weitere Elemente des Druckmessumformers kommen in Kontakt mit den Umgebungsbzw. den Prozessmedien. Diese Materialien sind gesondert zu betrachten.
Die meisten Druckmessumformer sind mit einer Dichtung aus Elastomer versehen. Hier besteht das
Problem, dass sich das Elastomer auflösen kann, wenn es in Kontakt mit aggressiven Medien wie
beispielsweise Biodiesel kommt. In diesem Fall sollte ein frontbündig verschweisster,
elastomerfreier Sensor verwendet werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt sind die Kabel, die zur Übertragung der Messdaten dienen. Nehmen wir den
Einsatz einer Tauchsonde in einem Schwimmbad als Beispiel. Aus hygienischen Gründen verwenden
Schwimmbäder gechlortes Wasser. Standardmässig werden bei Tauchsonden PE oder PUR-Kabel
verwendet. Zwar macht diesen Kabeln Chlorwasser als solches nichts aus, die vom Wasser
aufsteigenden Chlordämpfe allerdings schon, da diese vielfach aggressiver sind, als das Wasser selbst.
Die Kabel werden also mit der Zeit oberhalb des Wasserspiegels porös (erkennbar an weisslicher
Verfärbung) und Wasser dringt ein. In der Folge geht auch der Sensor kaputt. Darum werden hier
Teflonkabel verwendet.
Chemisch-physikalische Medienkompatibilität mit Gehäuse
Dickflüssige Medien
Bei dickflüssigen Medien, beispielsweise Lacken, kann es zu Ablagerungen im Dichtungskanal
kommen. Um Verunreinigungen vorzubeugen, braucht es für diese Anwendungen glatte,
totraumfreie Membrane ohne offenen Druckkanal, damit sich der Sensor rückstandslos reinigen lässt.
Abrasive Medien
Wenn Druckumformer mit abrassiven Medien wie Beton in Berührung kommen, bietet eine einfache
Edelstahlmembran keinen ausreichenden Schutz. Daher braucht es eine mit Vulkollanfolie überzogene
Membrane.
Galvanische & säurehaltige Flüssigkeiten
Ein verchromter Drucktransmitter mag vielleicht aus ästhetischer Sicht besser anzusehen sein, praktisch
ist er aber nicht. Kommt ein Druckmesser mit Metallgehäuse in einem Galvanikbecken zum Einsatz,
wird man mit der Zeit nur noch einen nicht mehr funktionstüchtigen Klumpen Chrom haben. Auch
säurehaltige Flüssigkeiten wie Schwefelsäue reagieren mit Metall. Darum werden für galvanische und
säurehaltige Flüssigkeiten Kunststoff-Gehäuse verwendet. Die gängigste Lösung ist hier PVDF.
Meerwasser
Salzwasser (je nach Salzgehalt) verursacht langfristig Lochkorrosion bei Edelstahlgehäusen. Dafür sind
die meisten Tauch- und Pegelsonden auch in einer Titanausführung verfügbar.
Offene Gewässer / Blitzschutz
Blitzeinschlag kann man vielleicht nicht unbedingt als Medium bezeichnen, dennoch wollen wir kurz
darauf eingehen. Sollte ein Blitz direkt in einem Sensor einschlagen, hilft auch kein Blitzschutz mehr.
Ein Überspannungsschutz kann aber ratsam bei Tauchsonden sein, die in offenen Gewässern verwendet
werden. So kann einer Überspannung und Beschädigung des Messinstruments durch einen
Blitzeinschlag in der näheren Umgebung vorgebeugt werden. Das ist besonders ratsam, wenn
Langzeitmessungen in abgelegenen Stellen durchgeführt werden. Der Austausch eines defekten Gerätes
ist dann weitaus kostspieliger als ein Überspannungsschutz.
Präventive Medienkompatibilität
Der Siliziumchip eines piezoresisitven Druckumformers ist von einer Übertragungsflüssigkeit umgeben.
Dabei handelt es sich in der Regel um Silikonöl. Zwar kommt die Flüssigkeit normalerweise nicht in
Kontakt mit den Umgebungsmedien, dennoch muss hier einiges beachtet werden – schliesslich ist ein
Defekt des Sensorgehäuses nie vollends auszuschliessen. Je nach Anwendung kann das schwerwiegende
Folgen haben.
Stark oxidierende Gase & Flüssigkeiten
Wenn stark oxidierende Gase oder Flüssigkeiten in Kontakt mit Ölen oder Fetten kommen, besteht
Explosionsgefahr. Hier müssen alle medienberührenden Teile öl- und fettfrei sein, präventiv auch die
Übertragungsflüssigkeit im Sensor.
Lebensmittel- und Pharmaindustrie
Hier muss das Silikonöl durch ein lebensmittelverträgliches Öl ersetzt werden, um
gesundheitsschädliche oder anderweitig wirkende Kontaminationen auszuschliessen. So würde Bier, das
in Kontakt mit Silikonöl gekommen ist, nicht mehr schäumen und das will schliesslich niemand.
Lacke
Nur ein Tropfen Öl kann eine ganze Charge unbrauchbar machen. Auch hier muss eine Alternative
gefunden werden.
Medienkompatibilität peizoresistiver Druckaufnehmer: Fazit
Der optimale Druckmessumformer für eine individuelle Anwendung hängt von vielen Faktoren ab.
Darum braucht es auf Anbieterseite ein tiefes Verständnis für die jeweilige Kundenapplikation. STS
bietet seinen Kunden stets eine bedarfsorientierte, auf alle Aspekte eingehende Beratung, um
zuverlässige Lösungen innerhalb kürzester Zeit zur Verfügung zu stellen – auch in geringen
Stückzahlen.

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