In so gut wie allen Anwendungen, die im Zusammenhang mit Kompressoren, Turbinen und Motoren stehen, kommt es zu Vibrationen, die natürlich auch auf die Messsensorik wirken. Ohne entsprechende Vorkehrungen, kann dies die Funktionalität der eingesetzten Druckmessumformer beeinträchtigen.
Die Auswirkungen von Vibrationen auf Drucksensoren können gravierend sein: Einerseits kann durch Überlagerung das Messsignal gestört werden. Überträgt sich die Schwingung auf das Ausgangssignal, erhalten Anwender keine brauchbaren Messergebnisse. Dieser Effekt lässt sich ohne zeitliche Verzögerung beobachten. Durch Dauerbelastung kann es auch zu einer Materialermüdung kommen. Schweissnähte können brechen, Schraubverbindungen lösen sich. Ob verfälschte Messergebnisse oder gebrochene mechanische Verbindungen: Vibrationen können Drucksensoren unbrauchbar machen. Zum Glück lassen sich diese unerwünschten Effekte weitestgehend minimieren.
Schäden an der Druckmesstechnik durch Vibrationen vorbeugen
Prävention ist die beste Massnahme. Dazu gehört, dass Anwender Kenntnis von den auftretenden Vibrationen in der jeweiligen Anwendung haben. Es gilt also im ersten Schritt, die Vibrationsfrequenz einer Anwendung zu ermitteln. Vibrationen verursachen nicht per se Schäden. In den Datenblättern der Hersteller ist oft unter „Prüfungen“ aufgeschlüsselt, in welchem Frequenzbereich keine Störungen auftreten. Dabei findet die Norm DIN EN 60068-2-6 Anwendung. Bei dem beschriebenen Prüfverfahren wird der Prüfling über eine vorgegeben Prüfdauer einem definierten Frequenzbereich unterworfen. Ziel ist es, die charakteristischen Frequenzen des Prüflings zu spezifizieren. Das Prüfverfahren wird in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Qualifizierung eines Prototypen: Drucksensor wird in einen Aluminiumblock eingeschraubt, der mechanisch (Vibration, Beschleunigung) belastet wird.
Ist mit starken Vibrationen zu rechnen, die die Spezifikationen des Drucksensors übersteigen, kommen in erster Linie zwei Herangehensweisen in Betracht. In der ersten geht es um die räumliche Dimension: Wie gross ist der Druckmessumformer und wo wird er montiert? Es gilt: Je schwerer und grösser ein Druckmessumformer, desto grösser die Wirkung der Schwingungen und umso geringer die Widerstandsfähigkeit. Es kann also von Vorteil sein, einen kleinen Drucksensor in stark schwingenden Anwendungen zu verwenden, wie beispielsweise den ATM.mini, der aufgrund seiner geringen Masse von Vibrationen wenig beeinträchtigt wird.
Abgesehen von den Dimensionen des Druckmessumformers ist auch dessen Position in der Anwendung entscheidend. Liegt er in der Vibrationsachse, bekommt er weniger Schwingungen ab. Wird er allerdings quer zur Vibrationsachse montiert, muss er das volle Ausmass der Vibrationen aushalten.
Darüber hinaus kann der Druckmessumformer selbst so ausgerüstet werden, dass er Vibrationen besser verkraftet. Hierfür wird der Drucksensor mit einer weichen Vergussmasse aufgegossen, die die Vibrationen dämpft und somit die mechanischen Teile entsprechend schützt. In Abbildung 2 ist diese Vergussmasse als transparent-gläzend zu erkennen.
Abbildung 2: Drucksensor mit Vergussmasse
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass starke Vibrationen die Messsensorik schädigen können. Durch die Wahl eines für die Anwendung passenden Drucksensors (Frequenzbereich, Dimensionen) sowie einer optimalen Montage (bspw. in der Vibrationsachse) lassen sich die Auswirkungen der Schwingungen minimieren. Weiteren Schutz bietet das Aufgiessen des Sensors mit einer dämpfenden Vergussmasse (siehe Abbildung 2).
