Artikel als PDF - Keller AG

Differenzdruck-Modulnach KundenwunschÜberdruckfester Durchflussregler –flexibel durch Digitalisierungvon Bernhard Vetterli, Dipl. El.-Ing. HTLSchon in der Phase der Produktentwicklung führen engeAbsprachen z.B. zwischen einem Komponenten- und einemGerätehersteller zu deutlich optimierten Lösungen. Hierist Flexibilität auf beiden Seiten und vor allem die digitaleSignalaufbereitung von Vorteil, wie das folgende Beispieleines Differenzdruck-Messmoduls zeigt, das mittlerweilevielfach in einem Durchflussregler zum Einsatz kommt, derfür die Prozessmesstechnik auf Kundenanfrage entwickeltwurde.Für die Blechbearbeitung wird ein Sprühsystem benötigt,das eine exakte Dosierung von Schmierstoffen ermöglicht.Diese Applikation stand am Anfang der Entwicklung einerLiquid Flow Controller Serie von Bürkert und diente alsPilotprojekt. Sensorik, Regelelektronik, Stellglied unddie üblichen elektrischen Prozessschnittstellen waren ineinem kompakten Gerät unterzubringen, das – wie meistin der Prozessmesstechnik – für sorglosen Dauerbetriebauszulegen war.Liquid Flow Controllers von Bürkert im Einsatzwichtigsten der geforderten Eigenschaften – insbesonderebezüglich Überlastbarkeit – bereits liefern konnte“, erinnertsich Geschäftsführer Wolfgang Braun.Druckdifferenz- oder Differenzdruck-TransmitterDurchflussmessung per DifferenzdruckAus Gründen der eher robusten Prozessumgebung undder allgemeinen Betriebssicherheit entschied man sich,die Messung der Durchflussmenge über den Druckabfalldes Messmediums beim Passieren einer Messblende mitdefiniertem Durchmesser zu realisieren – und zwar mit zweiindividuellen Drucksensoren. In diesem Planungsstadiumkamen die bereits guten Kontakte zur Deutschen Niederlassungder Schweizer Keller AG für Druckmesstechnik insSpiel. „Wir hatten damals mit der Serie PD-39X nämlichbereits einen Druckdifferenz-Transmitter vorgestellt, der dieBei üblichen Differenzdruck-Transmittern werden beideSeiten einer Messmembran mit dem Messmedium beaufschlagt.Mit typischen Messbereichen von 500 mbar undSystemdrücken bis 10 bar könnte die einseitige Unterbrechungder Druckbelastung dazu führen, dass eine 20-fache Überlastung der Membran entsteht. Die lässt sich ohneaufwändige und entsprechend teure konstruktive Massnahmennicht auffangen und führt zwangsläufig zur Zerstörungdes Transmitters. Solche Risiken wollten die Spezialisten fürFluid Control Systems bei Bürkert ausschliessen und warendeshalb sehr an dem Modul zur Messung der Druckdifferenzinteressiert.- November 2013 - www.keller-druck.com

Querschnitt eines LiQuid FLow controLLersDie Differenzdruck-Transmitter arbeiten mit zwei selektierten,gekapselten Silizium-Drucksensoren, die in etwa20 mm Abstand montiert werden. Sie liefern ihre jeweiligenAusgangssignale an die Eingänge eines Xemics-Mikroprozessors, mit dessen Rechenleistung nach einerkomfortablen 16 bit A/D-Wandlung alle reproduzierbarenNichtlinearitäten und Temperaturabhängigkeiten mit mathematischenMitteln weitestgehend eliminiert werden. Mitdiesem Verfahren erreicht Keller bei seinen Druckdifferenz-Transmitternein Gesamtfehlerband von besser als±0,1 %FS über weite Temperaturbereiche. Das analogeAusgangssignal des Moduls wird bis zu 200 Mal in derSekunde aktualisiert und liefert eine gute Dynamikreservefür den Folgeprozess. Als Daumenregel lässt sich sagen,dass der Messbereich bei dieser Art von Differenzdruckmessungetwa 20% des Vordrucks betragen sollte.Neben den analogen Standardsignalen von 4…20 mA und0…10 V bietet der Prozessor eine digitale RS485 Halbduplex-Schnittstelle.Über diese Schnittstelle können u.a.die Druck- und Temperaturmesswerte der individuellenSensoren ausgegeben werden, also nicht nur die Werteder Druckdifferenz. Durch die Digitalisierung ist die Spannedes analogen Ausgangssignals flexibel an die gewünschteSpanne des Eingangssignals (Druckdifferenz) anzupassen.Am Ende der Gespräche zwischen Keller und Bürkert undeiner Vielzahl von Tests stand eine Liefervereinbarung überDifferenzdruck-Messmodule, die der gemeinsam ausge-Anschlussstecker fürSollwert, Istwert,Betriebsspannung etc.arbeiteten Spezifikation entsprechen. Seither sind die LiquidFlow Controller in verschiedensten Applikationen im Dauerbetrieb.Der mechanische Anschluss der Drucksensoren an denHauptkanal des Durchflussreglers erfolgt übrigens jeweilsüber eine durch einen definierten Spülprozess zu entlüftendeKapillare, die auch gleichzeitig als Tiefpassfilter fürDruckspitzen ausgelegt ist. Alle vom Messmedium berührtenTeile sind (bis auf die Dichtungsringe) aus Edelstahl.IntegrationRegelelektronikProportionalventilFeldbussteckerDurchflusssensorEdelstahlgrundkörperFluidischer Eingangmit integr. FilterDie Liquid Flow Controller werden bei Bürkert als Prozessmessgerätekundenspezifisch für jeden konkretenEinsatz nach Auftrag gefertigt. Mit nur drei unterschiedlichbestückten Druckdifferenz-Transmittern lassen sich jeFunktionsprinzip der Messwerterfassung:Gemessen wird nach demDifferenzdruckverfahren.Eine Blende im Hauptkanalerzeugt bei Durchfluss einenDruckabfall, welcher vondem vorhandenen Differenzdrucksensorerfasst wird. DerDifferenzdrucksensor liefertein präzises und temperaturkompensiertesMesssignal,aus dem der Durchflussberechnet wird.- 2 - www.keller-druck.com

nach Vordruck Durchflussendwerte zwischen 0,9 l/h und36 l/h realisieren. Die Feinabstimmung der Messbereicheerfolgt über die speziellen, im Strömungskanal integriertenBlenden – wobei die angestrebte Differenz von Eingangsdruckund Ausgangsdruck bei typisch 500 mbar liegt.Schliesslich setzten die Konstrukteure bei Keller weitereDetails nach Kundenwunsch um: Das Lieferformat derflexiblen Platine mit den Details der elektrischen Anschlüssesowie die mechanische Einbindung wurden ebenso gemeinsamspezifiziert wie das Ausgangssignal beim Nenndurchfluss,das jetzt mit 2,5 V deutlich von der Katalogware abweicht.Durch die digitalisierte Signalverarbeitung und die digitaleSchnittstelle des Mikroprozessors stehen die individuellenSensorsignale für den Eingangsdruck und Ausgangsdruckzur Verfügung und können im Durchflussregler intern genutztwerden um Grenzwerte zu setzen, Überlastungen zudetektieren oder andere Diagnosefunktionen zu realisieren.Bei der Kalibrierung der Durchflussmessung (üblicherweisemit Wasser oder einer Flüssigkeit, die eine ähnliche Viskositätwie die Prozessflüssigkeit hat) können die Kalibrierdatenim Prozessor des Differenzdruck-Transmitterskomplett neu parametriert werden. Das erlaubt einen Abgleichauf die ganz individuellen Prozesse der Kunden unddamit für viele Anwender eine optimale Lösung.Zusammenfassung/AusblickZwei Spezialisten – einer für Durchflussregelung und einerfür Druckmessung – konnten durch konstruktive Zusammenarbeiteine sehr konkrete Kundenanfrage gemeinsamlösen. Die auf einem Mikroprozessor aufbauende Signalverarbeitungdes mit zwei Drucksensoren arbeitenden Differenzdruck-Transmittersvon Keller hat die Integration ineinen Durchflussregler für den Dauerbetrieb in der Prozesstechnikwesentlich vereinfacht und die Realisierung einerReihe von Funktionalitäten ermöglicht. Das Modul zeigt sichin einer Reihe von Applikationen deutlich überlegen gegenüberklassischen Differenzdruck-Transmittern mit nur einerMembran – insbesondere in Bezug auf Überlastbarkeit. DieDigitalisierung der Sensor-Signalverarbeitung bietet vorallem bei kundenspezifischen Anwendungen eine Reihevon Vorteilen, die sich auch in einer Gesamtkostenrechnungdeutlich niederschlagen. █KELLER Doppelsensor-Modul Serie PD-9 FLX,mit Elektronik- 3 - www.keller-druck.com