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Die Datenblätter der Hersteller von Drucktransmittern enthalten oft viele verschiedene Angaben zum Thema Genauigkeit. In den meisten Anwendungsfällen sind jedoch nicht alle Angaben relevant. In diesem Artikel wird erläutert, welche Angaben wann zu berücksichtigen sind. Zudem wird erklärt, weshalb langzeitstabile Drucktransmitter in anspruchsvollen industriellen Applikationen die Voraussetzung für Kostenoptimierungen darstellen.

Genauigkeit = Richtigkeit + Präzision

Die Genauigkeit in der Messtechnik setzt sich zusammen aus der Richtigkeit und der Präzision. Mit der Richtigkeit ist die Annäherung des gemessenen an den wahren Wert, bei der Präzision dagegen im Wesentlichen die Wiederholbarkeit des Messergebnisses unter identischen Bedingungen gemeint. Somit zeigt ein präzises Messinstrument bei jeder Messung den gleichen Wert an. Dieser Wert kann richtig oder falsch sein. Nur wenn dieser Wert richtig ist, ist das Instrument auch genau. Somit muss ein genaues Instrument sowohl richtig als auch präzise sein.

Wann immer von Genauigkeit bei Messwerten gesprochen wird, ist eigentlich die maximale Messwertabweichung gemeint. Diese wird in Prozent der gesamten Messspanne angegeben. Diese maximal zulässige Messwertabweichung ist die Unsicherheit, mit der ein Messwert behaftet ist. Deshalb wird auch oft der Begriff Messunsicherheit oder Messwertunsicherheit gebraucht.

Temperatur beeinflusst den Messwert

Unterschiedliche äussere Faktoren haben einen Einfluss auf den Messwert. Deshalb werden in Datenblättern die entsprechenden Verursacher von Messunsicherheiten jeweils separat ausgewiesen. Bei Drucktransmittern ist neben der eigentlichen Druckmessunsicherheit die Temperatur der Haupteinflussfaktor auf die Messgenauigkeit. Einfachheitshalber wird meist eine Grundgenauigkeit bei Raumtemperatur (i.d.R. 20–25 °C) gemacht. Zusätzlich werden dann noch die Fehler ausgewiesen, die durch höhere oder tiefere Temperaturen entstehen. Typischerweise werden sie in Prozent Abweichung pro 10 K ausgewiesen.

Genauigkeitsangaben.

Es sind sowohl die Medium- als auch die Umgebungstemperaturen, die einen erheblichen Einfluss auf den Messwert haben können. Wenn nun ein Transmitter ungefähr bei Raumtemperatur eingesetzt wird, kann der Temperatureinfluss vernachlässigt werden. Die wichtigsten Angaben bei Raumtemperatur sind Nullpunkt- und Endwertabweichung, sowie Nichtlinearität und Hysterese (meist in einem Wert als NLH zusammengefasst). Diese Abweichungen werden zusammengefasst – nicht addiert – in der Messwertabweichung bei Raumtemperatur (bei Trafag auch Genauigkeit @25 °C genannt).

Messung der Druckänderung

Wenn in einer Anwendung vor dem eigentlichen Betrieb der Messwert des Drucktransmitters in der Steuerung auf null gesetzt wird, ist für die Funktionalität der Maschine de facto nur die NLH relevant. Denn durch das Nullsetzen wird der Nullpunkt-Fehler – und damit auch oft ein grosser Teil der Endwertabweichung – für die konkrete Anwendung eliminiert. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Pumpendruck überwacht wird und in der Steuerung alle Messwerte beim Aufstarten auf null gesetzt werden – dies, sofern der Pumpendruck beim Starten der Anlage immer 0 bar beträgt.

Wenn nur die Druckänderung für die Steuerung der Maschine benötigt wird, ist ebenfalls nur die NLH entscheidend. Bei hydraulischen Steuerungen (oder auch bei Pumpen) soll bei einer bestimmten Abweichung vom Sollwert eine Aktion hervorgerufen werden, beispielsweise die Pumpe wieder eingeschaltet oder ein Ventil geöffnet werden, um den anliegenden Druck in einem eng kontrollierten Fenster zu halten. Somit ist der effektive Druck beim Wunschzustand – ob er beispielsweise nun tatsächlich 10.0 bar oder 9.98 bar beträgt – von untergeordneter Bedeutung; denn die meisten Maschinen werden bei der Inbetriebnahme auf bestimmte Basisparameter individuell eingestellt. Somit spielt nur noch die Präzision – also im Wesentlichen die NLH inkl. Reproduzierbarkeit – eine Rolle. Die absolute Richtigkeit ist zweitrangig.

In den meisten anderen Fällen, wo nicht nur Präzision, sondern auch Genauigkeit gefragt ist, sind sowohl Nullpunkt- und Endwertabweichung als auch NLH relevant. Somit kommt die Angabe zur Messwertabweichung bei Raumtemperatur zum Tragen.

Statische und dynamische Temperatureinflüsse

Mit den temperaturinduzierten Fehlern verhält es sich ähnlich: Wird der Transmitter nach Erreichen einer statischen Betriebstemperatur in der Steuerung auf null gesetzt, oder – was deutlich häufiger ist – geht es nur um die Regelung bei Abweichungen von einem Sollwert unter gleichen Bedingungen, beispielsweise bei der Inbetriebnahme, ist der Temperaturfehler des Transmitters von untergeordneter Bedeutung. Die Messwertabweichung des Drucktransmitters aufgrund des Temperatureinflusses wird ebenfalls in Offset- und Hysterese-Effekte unterteilt. Bei nichtstatischen Temperaturverhältnissen in einer Anwendung sind zumindest die Hysterese-Effekte immer relevant.

Ob nun die Temperatur-Effekte der Druckmessung kompensiert werden müssen oder nicht, muss bei der Produktauswahl berücksichtigt werden. Denn die Kompensation von Temperatureinflüssen bei einem Drucktransmitter bedeutet in der Herstellung einen Mehraufwand, der sich im Produktpreis niederschlägt.

Messung des genauen Druckwerts

Wenn in einer Anwendung der genaue Druckwert gemessen werden muss – beispielsweise in einer Lastüberwachung, bei welcher auf die wirkenden Kräfte geschlossen werden soll – und dies auch unter wechselnden Temperaturverhältnissen erfolgen muss, ist das Gesamtfehlerband (TEB – Total Error Band) entscheidend. Hier sind alle Einzelabweichungen zusammengeführt. Da der Gesamtfehler mit zunehmender Abweichung von der Raumtemperatur zunimmt, sind in den Trafag Datenblättern diese Angaben einerseits auf die Endwerte des kompensierten Temperaturbereichs bezogen ausgewiesen. Andererseits wird die Angabe des Gesamtfehlers über den Einsatztemperatur-Verlauf in einer Grafik dargestellt.

Life cycle testing: Extremtests mit Lastwechseln zeigen, dass nach 10 bzw. 20 Millionen Zyklen und doppeltem Nenndruck die Sensoren von Trafag noch immer stabil sind und meist weniger als 0.1 % vom Anfangswert abweichen.

Alterung, Materialmüdigkeit und Verschleiss

Alle Spezifikationen der Hersteller beziehen sich auf Ex-Works-Bedingungen. Mit zunehmender Einsatzdauer der Drucktransmitter nimmt in der Regel die Abweichung der Messwerte zu, aufgrund von Alterungserscheinungen, Materialermüdung und Verschleiss. Dieser Prozess ist sehr individuell und hängt von den Anwendungsbedingungen, der eingesetzten Sensortechnologie und dem Design und der Qualität des Transmitters als Ganzes ab. Während die von Trafag entwickelte Dünnfilm-auf-Stahl-Technologie ein asymptotisches Langzeitdrift-Verhalten aufweist, das sich auf einem Wert unterhalb des dreifachen Ein-Jahres-Wertes einpendelt, gibt es Wettbewerbsprodukte, die bei Lebensdauertests eine über viele Jahre fast lineare, manchmal sogar progressive Zunahme der Messwertabweichungen zeigen. Insbesondere eine erhöhte Temperatur manifestiert sich in einem erheblichen Einfluss auf die Langzeitstabilität. Wenn beispielsweise ein Drucktransmitter mit einem Ex-Works-Genauigkeitswert von 0.3 % eingesetzt wird, kann dieser – selbst bei geringen Driftraten wie 0.1 % pro Jahr – bereits so nach vier bis fünf Jahren unbrauchbar sein. Für hochwertige und teure Maschinen und Anlagen muss die Lebensdauer und Langzeitstabilität eines Drucktransmitters besonders hoch sein. Denn ein Betriebsunterbruch – oder sogar ein Betriebsausfall – führt schnell zu hohen Kosten. Aus diesem Grund muss ein Drucktransmitter ausgewählt werden, bei welchem die Genauigkeit über Jahre hinweg garantiert ist. Die Kosten bei der Beschaffung von Drucktransmittern zu senken, ist somit fehl am Platz.

Langzeitstabilität der Sensortechnologie

Hier kommt der Vorteil der Trafag Drucktransmitter zum Tragen: Im ersten Jahr weisen sie typischerweise unter 0.1 % Drift auf. Selbst nach zehn Jahren weichen die Messwerte meist weniger als 0.3 % vom Auslieferzustand ab.

Weil es keine genormten Tests oder Prüfkriterien gibt, hat Trafag einige forcierte Lebensdauertests etabliert, die sehr effizient die Schwachstellen von Instrumenten aufzeigen. Einer der härtesten Tests ist der Lastwechseltest, bei welchem 20 Millionen Lastzyklen mit mindestens 1.5-fachem Nenndruck gefahren werden. Nur die wenigsten Drucktransmitter von Mitbewerbern können Instrumente anbieten, die diesen Test überstehen, ohne dass der Sensor beschädigt wird. Trafag Dünnfilm-auf-Stahl-Sensoren hingegen wiesen selbst nach dem 20-Millionen-Lastwechsel-Test eine Drift von deutlich weniger als 0.05 % auf; d.h. sie blieben praktisch im Originalzustand und waren unbeschädigt.

Für Hersteller von Maschinen und Anlagen, die über viele Jahre korrekt und störungsfrei funktionieren sollen, ist es von höchstem Interesse, dass die von ihnen verbaute Sensorik auch nach jahrelangem Einsatz unter härtesten Bedingungen stets einwandfrei funktioniert. Denn in industriellen Anwendungen sind Genauigkeit, Richtigkeit und Präzision mit einer hervorragenden Langzeitstabilität des Messsignals ein Muss.

Trafag AG sensors & controls

Trafag ist ein weltweit führender Anbieter von qualitativ hochstehenden Sensoren und Überwachungsgeräten für Druck, Temperatur und Gasdichte. Neben einer breiten Palette von standardisierten, konfigurierbaren Produkten entwickelt Trafag auch massgeschneiderte Lösungen für OEM-Kunden.

Trafag, gegründet 1942 mit Hauptsitz in der Schweiz, verfügt über ein breites Vertriebs- und Servicenetz in über 40 Ländern weltweit. Dieses ermöglicht eine individuelle und kompetente Kundenberatung und stellt den bestmöglichen Service sicher. Leistungsstarke Entwicklungs- und Produktionsabteilungen garantieren, dass Trafag Produkte von höchster Qualität und Präzision schnell und zuverlässig geliefert und Kundenwünsche rasch umgesetzt werden können.

Kumagra ist seit 25 Jahren DER Spezialist für Klebstoffe und Verbrauchsmaterialien für die Graphische- und Verpackungs-Industrie. Eckpfeiler des Erfolgs sind erstklassige Produkte, ein umfassendes Know-how sowie ein Dienstleistungspaket, das seinesgleichen sucht. So sind die meisten der rund 4 500 Artikel sofort ab Lager lieferbar, viele davon auch in Klein- oder Kleinstmengen. Ein prompter und kompetenter technischer Support gehört bei der Verarbeitung von hauseigenen Materialien selbstverständlich dazu, kann aber auch für Fremdprodukte angeboten werden.

SERVICE und KOMPETENZ werden beim Kumagra-Team grossgeschrieben.

Kleben – wie auch immer

Klebstoffe sind seit jeher das Kerngeschäft von Kumagra. Das Sortiment umfasst sämtliche branchentypischen Arten, vom traditionellen Kleister oder Glutinleim über Dispersionen, Etikettierklebstoffen bis hin zu herkömmlichen oder PUR-Hotmelts. Kumagra arbeitet eng mit international führenden Herstellern zusammen, ist auch an Entwicklungsprojekten beteiligt und bringt immer wieder Innovationen auf den Schweizer Markt.

Heften und Binden

Ebenfalls schon seit bald 25 Jahren verkauft Kumagra Drahtwaren zum Heften, Klammern oder für Ballenpressen auf allen gängigen Spulentypen. Wirodraht für Bücher, Blocks oder Kalender wird in allen Farben und Dimensionen ab Rolle oder auf Wunschformat geschnitten geliefert. Für diese Warengruppe stehen auch Stanz- und Schliessanlagen jeder Grösse und in allen Automatisierungsgraden bereit.

Überziehen und Veredeln

Eine besondere Dienstleistung bietet Kumagra im Bereich Überzugsmaterialien für Faltschachteln, Mappen und Buchdecken an: Diese werden nicht nur als Rollenware geliefert, sondern auch als massgeschnittene Bogen. Angeboten wird ein breites Programm an vinylbeschichteten und geschäumten Texturen und Farben, die auch geprägt oder bedruckt werden können.

Verarbeiten und Ausrüsten

Das Thema Kleben hört bei Kumagra nicht beim Klebstoff auf. Zum Ausrüsten oder für das Anbringen von Beilagen besteht eine breite Produktepalette, die clevere Lösungen zur manuellen wie auch automatischen Verarbeitung bietet. Für viele dieser Artikel wie auch für Klebstoffe sind passende Verarbeitungsgeräte und Anlagen sowie praktische Werkzeuge und Helfer im Programm.

Banderolieren und Verschliessen

Für Klebebänder aller Art sowie Banderolen aus Papier, Folie oder Schaumfolie ist Kumagra der richtige Ansprechpartner. Alle gängigen Dimensionen sind für alle Anlagentypen in der Regel sofort ab Lager verfügbar. Auch Banderolieranlagen können geliefert werden.

Reinigen und Schmieren

Ein kompetentes Programm an teilweise für Lebensmittel verarbeitende Betriebe zugelassenen Reinigern sowie Trenn- und Schmiermitteln für Druckweiterverarbeitung und Verpackung rundet das Angebot von Kumagra ab.

Wir wissen wie …

Das jahrzehntelang aufgebaute und umfassende Know-how über die verkauften Materialien und deren Verarbeitung geben die Kumagra-Profis gerne weiter, sei es an Seminaren oder vor Ort. Nicht selten werden dadurch Optimierungen bei Prozessen und Sicherheit möglich. Für bestehende Kunden ist dieser Service kostenlos. Aber auch Verarbeitern von Wettbewerbsprodukten wird gerne geholfen.

Elektronische Drucktransmitter und -schalter mit Anzeige

Drucksensoren mit Anzeige – oft auch Display-Druckschalter genannt – sind heute sehr verbreitet: Einerseits ermöglichen sie eine elektronische Druckmessung mit kontinuierlichem, analogem Ausgangssignal. Andererseits verfügen sie über ein bis zwei frei konfigurierbare Schaltausgängen welche direkt vor Ort über eine Anzeige konfiguriert werden können. Dieser Vorteil kommt dann zum Tragen, wenn die Steuerung mit der Anzeige aller Anlagen-Parameter weit vom Messpunkt entfernt ist, aber beispielsweise der Maschinen- oder Anlagen-Operator direkt vor Ort die Information über den Messwert benötigt, um allenfalls manuell bestimmte Eingriffe in den Betrieb vorzunehmen. Dies ist häufig der Fall bei Wasseraufbereitungsanlagen oder bei der Füllstandsüberwachung von Tanks in Prozessanlagen: Hier wird an verschiedenen Stellen der Anlage der Druck direkt gemessen, beispielsweise bei Tanks, Pumpen, Ventilen, Filtern etc. Die Anlagensteuerung selbst befindet sich jedoch in einem anderen Gebäudeteil. Wenn die Ventile bei einer Betriebsstörung oder im Fall einer Wartung manuell vor Ort geöffnet oder geschlossen werden müssen – beispielsweise um eine Fehlerursache zu identifizieren –, kann der Anlagenführer die Auswirkungen seiner Eingriffe direkt am Messpunkt über die Anzeige des Drucksensors unmittelbar überprüfen.

Mit Trafags Drucksensoren: Aussagekräftige Werte vor Ort

Normalerweise zeigt das Display des Drucksensors nur den Druck an, den es vor Ort misst. Dieser Wert wird in der Anlagensteuerung mit einem Sollwert verglichen oder – im Falle der Füllstandsüberwachung – über die Dichte der Flüssigkeit in den Pegel umgerechnet. Diese Anzeige ist auf dem Display nicht ohne weiteres möglich. Aus Kostenüberlegungen werden praktisch immer standardisierte Schnittstellen verwendet, die im Fall von Sensoren lediglich über ein Ausgangssignal verfügen, was eine echte Zwei-Weg-Kommunikation mit der Anlagensteuerung verunmöglicht. Aus diesem Grund kann der Druckwert von der Steuerung nicht an den lokalen Drucksensor übermittelt werden bzw. der Wert kann nicht auf dem Display angezeigt werden.

Trafags Drucktransmitter und -schalter mit Anzeige bieten neu die Möglichkeit, die Anzeige über die Android-App so zu konfigurieren, dass dem Operator vor Ort aussagekräftige Werte und nicht einfach der Druck angezeigt wird. Welche Funktionen die Trafag Geräte bieten, soll anhand einiger praktischer Beispiele aufgezeigt werden.

Anzeigewert in Prozent

Wenn an verschiedenen Stellen – z. B. bei mehrstufigen Pumpen oder bei Tanks mit unterschiedlichem Inhalt – anlagebedingt ein unterschiedlicher Nominaldruck vorliegt, müsste der Operator für jede Messstelle wissen, welcher Wert wirklich gefordert ist. Dies ist oft nicht praktikabel und fehleranfällig, gerade wenn im Störungsfall unter Zeitdruck der angezeigte Wert eingeordnet werden muss. Besser ist es, wenn einfach an jeder Messstelle der Messwert in Prozent angezeigt wird. Zusammen mit der Möglichkeit, den Messbereich im Gerät um bis zu 50% zu skalieren, kann der 100%-Wert genau auf den Zielwert angepasst werden.

Benutzerdefinierter Anzeige-Wert

In einigen Fällen möchte man nicht einfach den Prozentsatz der Messspanne angezeigen, sondern beispielsweise den noch vorhandenen Tankinhalt in Litern. Mit dem Trafag Drucktransmitter und -schalter kann der Anzeigewert parametriert werden: Sowohl der untere als auch der obere Endwert kann mit einem beliebigen Wert eingegeben werden.

Aus konstruktiven Gründen kann der Drucksensor unterhalb des Minimalpegels angebracht sein, beispielsweise unterhalb des regulären Abflusses. Wegen des vorhandenen Rests im Tankinhalt, der jedoch für den Prozess nicht mehr zur Verfügung steht, liegt trotzdem ein Druck an. Damit die Anzeige effektiv Null anzeigt, wenn das Minimal-Niveau erreicht ist, kann der Wert bei Nulldruck mit einer negativen Zahl parametriert werden. Diese Einstellung beeinflusst allerdings nur den Anzeigewert, nicht aber das analoge Ausgangssignal. Für eine solche Korrektur müsste in der Steuerung eine Formel hinterlegt werden.

Skalier- und verschiebbarer Messbereich

Soll nun das Ausgangssignal den unteren Grenzwert nicht bei Nulldruck, sondern bei einem höheren Druck innerhalb des Messbereiches ausgeben, muss dies über die Parametrierung des Messbereiches ausgeführt werden. Dazu kann über eine Zusatzfunktionalität der untere Endpunkt des Messbereiches um bis zu 50 % der Messspanne erhöht werden. Der Endpunkt kann schon in der Standardausführung um bis zu 50% der Messspanne nach unten verschoben werden. Durch die Kombination dieser beiden Funktionen – also durch die Anpassung von Nullpunkt und Endwert der Messspanne – kann das Ausgangssignal auf einen beliebigen Bereich innerhalb des ursprünglichen Messbereiches parametriert werden. Die verbleibende Messspanne muss jedoch mindestens 50% der Original-Spanne betragen (vgl. Grafik).

Anpassung des Ausgangssignals

Einige der gebräuchlichen Standard-Ausgangssignale haben als unteren Endwert 0 V. Dies verunmöglicht jedoch die Detektion eines Leitungsbruchs. Deshalb können die Ausgangssignale unabhängig vom eingestellten Messbereich angepasst werden: So kann z. B. ein 0…10 VDC Ausgangssignal auf 0.1…10.1 VDC parametriert werden. Bei gleichbleibender Spanne von 10 V erzwingt dies einen minimalen Signalpegel von 0.1 VDC und macht dadurch Wackelkontakte oder Leitungsbruch einfach erkennbar.

a) b) c)

a) Messbereich Nullpunkt (P_nP): Wertebereich: 0 … 50 % FS Nenndruckbereich

b) Messbereich Endpunkt (P_EP): Wertebereich: 50 … 100 % FS Nenndruckbereich

c) Kombination von Null- und Endpunkteinstellung: Wertebereich: (P_EP – P_nP) > 50 % FS Nenndruckspanne

Viele Möglichkeiten – einfache Parametrierung mittels Android-App

Diese zahlreichen Einstellmöglichkeiten können sowohl mit den Tasten auf der Anzeige als auch mit der Android-App über die NFC-Schnittstelle vorgenommen werden. Im übersichtlichen Menu der App kann die Parametrierung einfach und kontrolliert erfolgen. Zudem können vorgespeicherte Parametersets direkt von der App des Smartphones auf den Sensor geladen werden. Dies vereinfacht die Parametrierung (beispielsweise im Ersatzteilfall) erheblich und macht den Austausch sicherer.

Diese zahlreichen Möglichkeiten der Parametrierung von Anzeige, Messbereich und Ausgangssignal können auch kombiniert werden. Allerdings können sie sich dabei gegenseitig beeinflussen, derart, dass unerwünschte Effekte auftreten können. Falls dies vorkommen sollte, können mittels Factory-Reset alle Werte auf den Original-Zustand zurückgestellt und der Prozess einfach nochmals von vorne begonnen werden.

Trafag Produkte – Vorteile

– NN Parametrierbar auch über NFC-Smartphone App (Android)

– NN Anzeige und elektrischer Anschluss unabhängig drehbar 335°/343°

– NN Analogausgang umschaltbar mA oder V

– NN Integrierter Datenlogger

– NN Messbereich einstellbar

DPS 8381, DPC 8380 und DTP 8180: Temperaturschalter und Transmitter mit Anzeige.

Trafag AG sensors & controls

Trafag ist ein weltweit führender Anbieter von qualitativ hochstehenden Sensoren und Überwachungsgeräten für Druck, Temperatur und Gasdichte. Neben einer breiten Palette von standardisierten, konfigurierbaren Produkten entwickelt Trafag auch massgeschneiderte Lösungen für OEM-Kunden.

Trafag, gegründet 1942 mit Hauptsitz in der Schweiz, verfügt über ein breites Vertriebs- und Servicenetz in über 40 Ländern weltweit. Dieses ermöglicht eine individuelle und kompetente Kundenberatung und stellt den bestmöglichen Service sicher. Leistungsstarke Entwicklungs- und Produktionsabteilungen garantieren, dass Trafag Produkte von höchster Qualität und Präzision schnell und zuverlässig geliefert und Kundenwünsche rasch umgesetzt werden können.