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Verschmutzung als Ursache für Drift bei Drucksensoren - STS Switzerland (DE)
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Man kennt das Sprichwort: Wo gehobelt wird, fallen Späne. In der Entwicklung neuer Verbrennungsmotoren bedeutet das konkret: Russpartikel oder Ölablagerungen können die eingesetzte Sensorik verschmutzen.

Die Folge solcher Verschmutzungen sind zunehmend ungenaue Messergebnisse. Wird beispielsweise das Abgassystem eines neuen Verbrennungsmotors mit Druckmessumformern überwacht, so wird sich im Laufe der Zeit mehr und mehr Feinstaub auf der Membran des Sensors absetzen. Die Membranen piezoresistiver Drucksensoren sind sehr dünn, damit sie hochpräzise Messergebnisse liefern. Bildet sich mit der Zeit aber eine Russschicht auf ihr, verringert dies die Empfindlichkeit des Druckmessumformers.

Druckmessumformer vor Feinstaub schützen

Anwender merken diese Drift des Sensors, indem sie Referenzdruckmessungen durchführen. Sie werden erhebliche Differenzen zwischen den Werten dieses Referenzdruckmessers und dem verschmutzten Sensor feststellen. Oftmals geben aber schon die Erfahrungswerte der Anwender Aufschluss, wenn die Messsignale zu stark von den zu erwartenden Ergebnissen abweichen. Auch starke Schwankungen in den Messwerten können ein Indikator für Verschmutzung sein.

Generell empfiehlt STS Anwendern, bei denen der Sensor mit Schmutz in Kontakt kommt, diesen nach maximal 100 Betriebsstunden zu warten. Darüber hinaus kann man auch versuchen, den Sensor so gut wie möglich vor Verschmutzung zu schützen. Dazu gibt es zwei gängige Methoden.

Methode 1: Schutzfolie

Die erste Methode ersetzt nicht die Wartung des Sensors nach maximal 100 Stunden, erleichtert aber die Reinigung und schont die Membran. Hier wird einfach eine metallische, sehr dünne Schutzfolie auf die Membran aufgebracht, um diese vor Verunreinigungen zu bewahren. Nach maximal 100 Betriebsstunden wird diese Folie einfach abgezogen und durch eine neue ersetzt.

Methode 2: Kühladapter

Mit dieser Methode können Anwender zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Indem dem Druckanschluss ein Kühladapter bzw. ein klimatisches Ventil vorgeschraubt wird, wird die Membrane weitestgehend vor Verschmutzung geschützt. Das klimatische Ventil öffnet sich nur, wenn es tatsächlich etwas zu messen gibt. Wenn also keine permanente Drucküberwachung gefordert ist, kann dies eine gute Methode sein, um den Verschmutzungsgrad des eingesetzten Sensors minimal zu halten.

Zur gleichen Zeit lässt sich über dieses Kühlelement auch eine konstante Sensortemperatur sicherstellen. Neben Membranverschmutzung hat schliesslich auch die Temperatur einen Effekt auf die Messgenauigkeit piezoresistiver Druckmessumformer (Mehr zum Einfluss von Temperatur auf die Genauigkeit von Drucksensoren lesen Sie hier).

Reinigung von Drucksensoren bei Ölverschmutzungen

Bei der Entwicklung von Schiffsmotoren kommt es zu Verunreinigungen durch Schweröl. Besonders eingesetzte Additive setzen sich dabei auf der Membran ab und können diese gar beschädigen. Diese Ablagerungen verringern die Sensibilität des Druckmessumformers. Daher muss auch hier regelmässig gewartet werden.

Um die Verschmutzungen und die Folgen davon möglichst gering zu halten, sollte schon bei der Wahl eines Drucksensors auf dessen Beschaffenheit geachtet werden. Empfohlen wird eine Edelstahlmembran, die frontbündig ist und keine Kanäle, in denen sich kleinste Ablagerungen bilden können, aufweist. Auch gilt: je glatter, desto besser. Denn auf einer rauen Membran lagern sich schneller unerwünschte Partikel ab. Sie ist auch schwerer zu reinigen.

Um einen verschmutzten Drucksensor zu reinigen, entfernt man diesen aus der Anwendung. Als Reinigungsmittel empfiehlt sich Isopropanol (IPA). Während das Sensorgehäuse keine besondere Vorsicht erfordert, sollte die Membran ohne starken Druck behandelt werden, beispielsweise mithilfe von Wattestäbchen. Auf keinen Fall sollte mit Druckluft gearbeitet werden. Die Membranen sind sehr dünn, wird zu viel Druck ausgeübt, kommt es zu Verformungen.

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