Druksensoren en drukmetingen

Wanneer u druk wilt meten, kiest u natuurlijk een sensor die voldoet aan de gewenste nauwkeurigheid en het bereik waarin u geïnteresseerd bent. Hierbij is het belangrijk om te beseffen dat de piekdruk vaak veel hoger is dan de nominale druk, soms wel twee tot drie keer de maximale waarde tijdens normaal gebruik. Bij vloeistoffen kunt u te maken krijgen met waterslag: een korte, intense drukpuls die ontstaat wanneer een kraan plotseling wordt dichtgedraaid. De meeste sensoren kunnen hier slecht tegen. Controleer daarom altijd goed welke piekdrukken u in uw systeem kunt verwachten en wat een sensor aankan.

Wat is piekdruk en nominale druk?

De nominale druk, ook wel werkdruk genoemd, is de druk waarbij een systeem of een sensor normaal gesproken functioneert. Dit is de druk die u kunt verwachten tijdens regulier, dagelijks gebruik van het systeem. De specificaties van de meeste druksensoren zijn gebaseerd op deze nominale druk, omdat dit de meest voorkomende en consistente meting is.

Piekdruk verwijst naar de maximale druk die een systeem of sensor gedurende een zeer korte tijd kan ervaren. Dit kan bijvoorbeeld optreden bij een plotselinge verandering in het systeem, zoals een klep die snel sluit of opent, wat leidt tot een kortstondige, hoge drukpiek. Deze druk kan vele malen hoger zijn dan de nominale druk, soms wel twee tot drie keer zo hoog.

Waarom deze begrippen zo belangrijk zijn:

Sensorselectie en bescherming: Bij het kiezen van een druksensor moet je niet alleen rekening houden met de nominale druk, maar ook met de mogelijke piekdrukken in je systeem. Een sensor die alleen geschikt is voor de nominale druk kan beschadigd raken of falen als hij wordt blootgesteld aan piekdrukken die buiten zijn specificaties liggen.

Systeemveiligheid: Begrip van zowel de nominale als de piekdruk is essentieel voor de veiligheid en betrouwbaarheid van een systeem. Als piekdrukken worden genegeerd, kan dit leiden tot catastrofale systeemstoringen, lekkages of zelfs explosies, vooral in systemen die met gevaarlijke of brandbare stoffen werken.

Onderhoud en levensduur: Sensoren en systemen die regelmatig aan piekdrukken worden blootgesteld, kunnen sneller minder nauwkeurig worden of onherstelbaar beschadigd raken. Door rekening te houden met deze drukken bij het ontwerp en de selectie van componenten, kun je de levensduur van het systeem verlengen en onderhoudskosten verminderen.

Regelgeving en naleving: In veel industrieën zijn er voorschriften die eisen stellen aan de maximale toelaatbare druk in systemen. Het weten van de nominale en piekdrukken helpt bij het naleven van deze regelgeving en het vermijden van boetes en juridische problemen.

Door zowel de nominale druk als de piekdruk te weten en te beheren, kun je ervoor zorgen dat je systeem veilig, betrouwbaar en efficiënt functioneert.

Verschillende manieren van drukmeting

Met piëzo-elektrische druksensoren

Piëzo-elektrische druksensoren zijn sensoren die mechanische druk omzetten in een elektrisch signaal door middel van het piëzo-elektrisch effect. Dit effect treedt op in bepaalde kristallen en keramische materialen die, wanneer ze mechanisch worden belast (bijvoorbeeld door druk of trillingen), een elektrische lading genereren. Wanneer mechanische druk wordt uitgeoefend op een piëzo-elektrisch materiaal, verplaatst de interne structuur van het materiaal zich zodanig dat er een elektrische lading ontstaat. Deze lading is evenredig met de uitgeoefende druk en kan worden gemeten om de grootte van de druk te bepalen. Veelgebruikte piëzo-elektrische materialen zijn kwarts, keramieken zoals loodzirkonaat-titanaat (PZT), en polymeren zoals PVDF (polyvinylideenfluoride).

Piëzo-elektrische sensoren zijn zeer gevoelig voor veranderingen in druk, wat nauwkeurige metingen mogelijk maakt. Ze hebben een snelle reactietijd en zijn daarom geschikt voor dynamische metingen zoals trillingen en schokken. Ze zijn robuust en kunnen extreme omgevingsomstandigheden doorstaan. Piëzo-elektrische sensoren worden o.a. toegepast in machines voor trillings-monitoring, kwaliteitscontrole, en in gereedschapsmachines en in de automobielindustrie voor het meten van druk in motoren, en uitlaatsystemen. Piëzo-elektrische sensoren kunnen gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen, wat kan leiden tot onnauwkeurige metingen. Ze zijn minder geschikt voor statische of langdurige drukmetingen omdat de elektrische lading kan weglekken over tijd.

Hoe piëzo-resistieve druksensoren beschermen

Om de druk van agressieve en geleidende drukmedia te meten, wordt het siliciummembraan in een metalen capsule geplaatst met een metalen (meestal roestvrij staal of Inconel) scheidingsmembraan. De capsule wordt gevuld met siliconenolie onder hoog vacuüm. De druk die op het scheidingsmembraan wordt uitgeoefend, wordt dan hydraulisch overgebracht op het siliciummembraan.

Met capacitieve druksensoren

Bij capacitieve druksensoren zorgt de druk ervoor dat de afstand tussen twee condensatorplaten verkleint, waardoor de capaciteit verandert. Deze methode is zeer robuust en kan hoge drukken aan, maar deze sensoren zijn duurder en groter dan piëzo-sensoren, soms tot 25 keer zo groot.

Verschillende soorten druksensoren

Het kiezen van de juiste druksensor hangt sterk af van de specifieke eisen van uw toepassing, zoals het drukbereik, nauwkeurigheid, omgeving, en veiligheidseisen. Door een goed begrip van de verschillende soorten druksensoren en hun toepassingsgebieden, kunt u een weloverwogen keuze maken die de prestaties en betrouwbaarheid van uw systeem optimaliseert. De keuze van de technologie hangt sterk af van de specifieke vereisten van uw toepassing, zoals drukbereik, nauwkeurigheid, omgeving en veiligheidsbehoeften. Elk van de onderstaande sensortypes kan é╬n of meerdere technologieën gebruiken, afhankelijk van de specifieke ontwerp- en prestatie-eisen.

Extra overwegingen bij de keuze van druksensoren

Bij het selecteren van een druksensor zijn er een aantal aanvullende overwegingen die u in uw overweging mee kunt nemen:

Omgevingsfactoren: Denk aan de temperatuur, vochtigheid en mogelijke aanwezigheid van corrosieve stoffen die invloed kunnen hebben op de prestaties en levensduur van de sensor.

Response tijd: Afhankelijk van uw toepassing kan de snelheid waarmee een sensor op drukveranderingen reageert cruciaal zijn. Snellere sensoren zijn nodig voor dynamische toepassingen waar druk snel kan variëren.

Kalibratie en onderhoud: Overweeg hoe gemakkelijk de sensor te kalibreren is en welke onderhoudsvereisten er zijn. Regelmatige kalibratie kan nodig zijn om nauwkeurige metingen te garanderen.

Compatibiliteit met uw systeem: Zorg ervoor dat de sensor compatibel is met de bestaande systemen en meetapparatuur. Dit kan gaan om elektrische aansluitingen, data-uitgangen, en communicatieprotocollen.

Levensduur en betrouwbaarheid: Kijk naar de verwachte levensduur en de betrouwbaarheid van de sensor in jouw specifieke toepassing. Dit kan op de lange termijn kosten besparen en de operationele efficiëntie verbeteren.

Veiligheidsvoorschriften en certificeringen: Controleer of de sensor voldoet aan relevante veiligheidsvoorschriften en industriestandaarden, vooral bij toepassingen met gevaarlijke of medische materialen.

Door al deze factoren mee te nemen, kunt u een weloverwogen keuze maken voor de druksensor die het beste bij uw specifieke toepassing past.

Toekomstige trends in drukmeting

De technologie rond druksensoren blijft zich ontwikkelen, en er zijn enkele opkomende trends die interessant kunnen zijn:

Meer over zelfdiagnose en zelfkalibratie

Zelfdiagnose verwijst naar het vermogen van een druksensor om zichzelf te controleren en mogelijke problemen of afwijkingen te identificeren zonder externe interventie. Zelfkalibratie verwijst naar het vermogen van een druksensor om automatisch zijn eigen metingen aan te passen en te corrigeren zonder menselijke tussenkomst. Dit is belangrijk voor het behouden van nauwkeurigheid en betrouwbaarheid over tijd en onder veranderende omstandigheden.

Door bijvoorbeeld continuïteitstests kan de sensor continu de status van zijn eigen elektrische circuits monitoren en melden als er een onderbreking of kortsluiting wordt gedetecteerd. Ook kan de sensor gegevens vergelijken met een bekende externe referentiebron, zoals atmosferische druk of een externe kalibratiebron, en zichzelf dienovereenkomstig aanpassen. De sensor kan de prestaties van zijn interne componenten volgen en meldingen geven als deze buiten de gespecificeerde toleranties vallen, zoals een verslechtering van het piëzo-element of een verandering in capacitieve metingen.

Door gebruik te maken van geavanceerde algoritmen en machine learning, kan de sensor patronen in de meetgegevens analyseren en voorspellen wanneer kalibratie nodig is. Dit kan leiden tot proactieve aanpassingen en verbeterde nauwkeurigheid.

Tot slot

Druksensoren zijn cruciaal in een breed scala aan industriële en wetenschappelijke toepassingen, variërend van eenvoudige vloeistofniveaumetingen tot complexe monitoring van zware industriële processen. Door de juiste sensor te kiezen – of het nu gaat om piëzo-elektrische, piëzo-resistieve,capacitieve, of rekstrooktechnologieën – kunt u de prestaties, veiligheid en betrouwbaarheid van uw systeem aanzienlijk verbeteren.

Innovaties zoals zelfdiagnose en zelfkalibratie bieden een glimp van de toekomst, waarin druksensoren niet alleen nauwkeuriger en betrouwbaarder worden, maar ook slimmer en autonomer. Blijf via ons op de hoogte van deze ontwikkelingen en profiteer optimaal van de mogelijkheden die moderne druksensoren te bieden hebben. Uiteindelijk leidt dit niet alleen tot betere prestaties en lagere operationele kosten, maar ook tot een veiligere en efficiëntere werkomgeving.