Ein Differenzdrucksensor misst nicht einen Druck, sondern den Unterschied zwischen zwei Drücken. Hier erfahren Sie, wie diese speziellen Drucksensoren funktionieren, wo sie eingesetzt werden und welche Vor- und Nachteile sie haben.
Mit gewöhnlichen Drucksensoren wird an einer Stelle der Druck in bar bestimmt. Diesem Messwert lässt sich nachfolgend ein Referenzwert gegenüberstellen. Das kann der Normaldruck der Atmosphäre oder ein vorher festgelegter Vergleichswert sein. Differenzdrucksensoren gehen einen Schritt weiter und ermöglichen es, mit einer Messung zwei Drücke direkt miteinander zu vergleichen. Dadurch sind Druckunterschiede in einem System einfach zu erkennen. Auch ist es möglich, über eine bestimmte Zeitspanne Veränderungen zu beobachten.
Ein Differenzdrucksensor besteht aus zwei Kammern. Eine dünne Membran trennt die beiden Räume und schließt sie luftdicht ab. Beide Kammern sind jeweils mit einem Anschluss versehen. Damit werden sie an die Leitung angeschlossen, an der Sie den Druck messen wollen. Eine kleine Elektronik wandelt die Messergebnisse in einen auslesbaren Messwert um. Das Ganze wird von einem stabilen Gehäuse geschützt.
Für die Messung schließen Sie beide Kammern an den Stellen an, an denen Sie den Druckunterschied in einem System messen wollen. Über die Membran zwischen den beiden hermetisch voneinander getrennten Kammern wird der Differenzdruck gemessen: ist der Druck in einer der Kammern größer, wird die Membran ausgelenkt. Das lässt sich messen.
Dafür wird bei den meisten Sensoren der piezoresistive Effekt genutzt, da sich die Membran bei der Auslenkung dehnt. Der piezoresistive Effekt tritt ein, wenn ein Material verformt oder gedehnt wird: dabei ändert sich der elektrische Widerstand. Um diesen messen zu können, braucht es ein Material, bei dem dieser Effekt deutlich auftritt. Oft wird daher ein Halbleiter wie zum Beispiel Silizium eingesetzt.
An die Membran aus Silizium oder ähnlichem wird Spannung angelegt. Bei der Auslenkung der Membran, also einem Druckunterschied in beiden Kammern, ändert sich ihr Widerstand. Der Spannungsabfall an der Membran wird gemessen und über einen piezoresistiven Drucksensor als Messwert in Bar ausgegeben.
Der Sensor erkennt dabei, in welche Richtung die Membran ausgelenkt wird. Somit erhalten Sie einen positiven oder negativen Wert, je nachdem, in welcher Kammer der Druck höher beziehungsweise niedriger ist.
Im Gegensatz zu normalen Drucksensoren ist es möglich, zwei verschiedene Drücke direkt miteinander zu vergleichen. Das qualifiziert ihn für anspruchsvollere Anwendungsgebiete. Differenzdrucksensoren glänzen wie normale Drucksensoren durch eine schnelle Ansprechzeit und eine hohe Präzision. So brauchen die meisten Sensoren nur etwa 10 ms, um einen präzisen Messwert auszugeben. Die Fehlertoleranz liegt sowohl bei Differenzdrucksensoren wie auch einfachen Sensoren etwa im Bereich von 1-2 Prozent.
Bei einem Aufbau mit zwei normalen Drucksensoren müssten deren Messwerte miteinander verglichen werden, um Differenzen messen zu können. Mit Differenzdrucksensoren ist es hingegen möglich, zwei verschiedene Drücke direkt miteinander zu vergleichen. Das vereinfacht den Aufbau der Messschaltung und reduziert die Fehleranfälligkeit. Denn bei der Verwendung von zwei Sensoren mit jeweils 1-2 Prozent Fehlertoleranz ist die Ungenauigkeit einer Messung höher als bei der Nutzung eines Gerätes.
Der technische Aufbau von Differenzdrucksensoren ist etwas komplizierter als der eines normalen Drucksensors. Somit steigen auch die Kosten bei der Anschaffung – bei einfacheren Messungen müssen Sie also abschätzen, ob sich diese Mehrinvestition lohnt. Durch ihren spezifischen Aufbau erzielen Differenzdrucksensoren an einem gasförmigen Medium die besten Ergebnisse. Für Gewichtsmessungen sind sie eher ungeeignet, während einfache Drucksensoren zum Beispiel auch in Waagen zum Einsatz kommen.
Differenzdrucksensoren eignen sich hervorragend, um Strömungsverläufe zu messen und auf Probleme hin zu untersuchen. Bei derartigen Messungen spielt der absolute Druck nur eine Nebenrolle. Zum Beispiel lassen sich Dieselpartikelfilter auf ihre Sättigung hin untersuchen. Dort reicht es nicht aus, den Druck am Ende des Partikelfilters zu messen. Dies liegt daran, dass der Luftdruck im Auspuff nicht nur von der Sättigung des Filters, sondern auch etwa von der aktuellen Motorlast abhängig ist. Daher macht es hier Sinn, die Druckdifferenz vor und hinter dem Partikelfilter zu messen. Bei einer hohen Druckdifferenz ist es an der Zeit, den Filter zu reinigen.
Darüber hinaus finden spezielle Differenzdrucksensoren auch Anwendung in der Medizin. Hier werden sie eingesetzt, um Verstopfungen in Blutbahnen oder der Luftröhre zu erkennen. Dafür werden kleine Sensoren parallel zur betroffenen Arterie oder Vene gelegt und ein möglicher Druckunterschied gemessen, der auf Fettablagerungen oder ähnliches hinweisen könnte.
Auch können sie nicht nur zur Strömungsüberwachung, sondern auch zu deren Regelung eingesetzt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind hierfür etwa Gasbrenner oder Klimaanlagen. Wird beispielsweise der Luftstrom künstlich reduziert, kann an der Veränderung des Drucks gemessen werden, wie stark der Luftstrom verändert wurde und gegebenenfalls nachjustiert werden. So ist es etwa möglich, bei einer Klimaanlage die Stärke der Frischluftzufuhr oder der Kühlung zu regulieren und zu überwachen.
Es gibt je nach Einsatzgebiet verschiedene Arten von Differenzdrucksensoren. Um den richtigen Sensor für ihr Anwendungsgebiet zu finden, sollten sie auf einige Spezifikationen achten. Ausführliche Angaben und Informationen zu den technischen Daten des Sensors finden Sie in den Produktbeschreibungen und dem Datenblatt des entsprechenden Geräts, das Ihnen auf der Conrad-Website unter „Dokumente & Downloads“ zu jedem Sensor zur Verfügung steht.
Eine wichtige Kennzahl ist der Druckbereich. Dieser Wert gibt die maximale Druckdifferenz in Bar oder Pascal an, die der Sensor messen kann. Im Datenblatt finden Sie außerdem die Medien, für die der Sensor zugelassen ist. Die meisten Sensoren unterstützen etwa Luft oder reinen Stickstoff, für manche Gase sind jedoch spezielle Sensoren notwendig.
Ebenfalls sollten Sie auf den Temperaturbereich achten. Nehmen Sie den Differenzdrucksensor außerhalb des angegebenen Bereichs in Anspruch, kann das Gerät dauerhaft beschädigt werden. Je nachdem, wofür Sie den Drucksensor einsetzen wollen, sollten Sie noch weitere Voraussetzungen und Kennzahlen beachten. Alle Informationen finden Sie in den technischen Daten sowie im Produktblatt.
Sollten Sie sich beim Kauf unsicher sein oder weitere Fragen haben, steht unser Kundenservice Ihnen auch gern mit persönlichem Rat zur Verfügung.
Fazit
Differenzdrucksensoren glänzen dort, wo einfache Drucksensoren an ihre Grenzen kommen. In ihrer Bauweise sind Sie teilweise klassischen Drucksensoren ähnlich, doch unterscheiden sie sich deutlich in ihrer Funktionsweise. Durch die Messung des Druckunterschiedes können viel einfacher Rückschlüsse gezogen werden, wie viel Luft durch die Leitung strömt und ob sie etwa durch eine Verstopfung behindert wird. Somit kann ein Differenzdrucksensor idealerweise dort eingesetzt werden, wo die Luftströmung sehr genau gesteuert werden muss.