Messen und Steuern
Die Messtechnik befasst sich damit, mithilfe verschiedener Geräte physikalische Größen zu bestimmen wie beispielsweise Länge, Masse, Kraft, Druck, elektrische Stromstärke, Temperatur oder Zeit. Damit ist sie der erste Schritt zur Automatisierung und heute unverzichtbar, da sie im Produktentstehungsprozess nicht nur die Qualität des Produktes in Form von Mess- und Prüfdaten überwacht, sondern auch für die Sicherheit im Produktionsprozess sorgt.
Das Messen der physikalischen Größen übernehmen die Sensoren, die es je nach Messmethode in unterschiedlichen Ausführungen gibt. Der Sensor, auch „Messwert-Aufnehmer“ genannt, misst einen Ist-Wert und leitet ihn an eine Datenverarbeitung weiter, um mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen zu werden. Aus unserem Alltag sind uns solche Sensoren bekannt und sie sorgen für unser Komfort und Sicherheit wie z.B. automatische Türen, Rauchmelder und all die Technik in unseren Autos. Im Folgenden geben wir einen Überblick, wie Sensoren im chemischen Anlagenbau eingesetzt werden.
Temperatur
Elektrische Temperaturmesstechnik Grundlage aller Messgeräte der elektronischen Temperaturmesstechnik ist ein Sensor, der die gemessene Temperatur in ein elektrisches Signal umwandelt.
- Thermoelemente - bestehen aus zwei zusammengeschweißten Drähten unterschiedlichen Materials. Die Schweißstelle stellt die eigentliche Messstelle dar.
- Widerstandsthermometer - Bei einem Widerstandsthermometer ändert sich der Messwiderstand je nach Temperatur.
- Temperaturschalter - Temperaturschalter geben neben der Messung der Temperatur Steuerungs- und analoge Ausgangssignale in die Prozesse ab.
- Temperatur-Transmitter - Temperaturtransmitter werden auf einer Hutschiene im Schaltschrank oder im Anschlusskopf direkt an der Messstelle montiert.
Mechanische Temperaturmesstechnik Dabei handelt es sich um sogenannte Ausdehnungsthermometer, da das Messprinzip auf der Ausdehnung temperaturabhängiger Materialien basiert.
- Bimetallthermometer - bestehen aus zwei verbundenen Metallstreifen mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten. Die daraus resultierende Krümmung ist das Maß für die Temperatur.
- Gasdruckthermometer - sind mit einem inerten Gas oder Gasgemisch gefüllt. Die temperaturabhängige Gasdruckänderung führt über eine Kapillarleitung zur Anzeige der Temperatur.
- Tensionsthermometer - beinhalten ein flüssigkeitsgefülltes Messsystem, bei dem es ebenfalls bei Temperaturänderung zu einer Druckänderung kommt, die über ein integriertes Zeigerwerk angezeigt wird.
Infrarot-Temperaturmesstechnik
Die Grundtechnologie basiert auf Halbleiterprodukten und bietet ein Angebot an berührungslos messenden Temperatursensoren.
- Infrarot-Thermometer
- Wärmebildkameras
Druck
Der Druck ist neben der Temperatur eine der wichtigsten physikalischen Zustandsgrößen. Je nachdem welchen Druck man als Bezugsgröße für die Messung festlegt, unterscheidet man unterschiedliche Arten des Druckes:
Absolutdruck
Die Bezugsgröße für diese Druckartist der Druck Null, der im luftleeren Raum des Universums herrscht. Zur notwendigen Unterscheidung von anderen Druckarten wird er mit dem Index abs gekennzeichnet.
Atmosphärischer Luftdruck
Er entsteht durch das Gewicht der Lufthülle, die die Erde bis zu einer Höhe von ca. 500 km umgibt. Bis zu dieser Höhe, in der der absolute Druck = Null herrscht, nimmt seine Größe ständig ab. In Meereshöhe beträgt er im Schnitt
1013,25 mbar.
Differenzdruck
Die Differenz zweier Drücke wird als Druckdifferenz bezeichnet. Um Differenzdruck zu messen, werden in einem Messgerät demnach zunächst zwei unterschiedliche Drücke erfasst. Nur wenn die gemessenen Werte unterschiedlich sind, wird ein Differenzdruck angezeigt. Das Messen von Differenzdruck kommt beispielsweise in der Füllstandsmessung und in Überwachungsanlagen zum Einsatz.
Überdruck (Relativdruck)
Der am häufigsten zu messende Druck im Bereich der Technik ist die atmosphärische Druckdifferenz. Sie ist die Differenz zwischen einem absoluten Druck und dem jeweiligen Atmosphärendruck und wird kurz Überdruck oder Relativdruck genannt.
Absolutdruck
Die Bezugsgröße für diese Druckartist der Druck Null, der im luftleeren Raum des Universums herrscht. Zur notwendigen Unterscheidung von anderen Druckarten wird er mit dem Index abs gekennzeichnet.
Atmosphärischer Luftdruck
Er entsteht durch das Gewicht der Lufthülle, die die Erde bis zu einer Höhe von ca. 500 km umgibt. Bis zu dieser Höhe, in der der absolute Druck = Null herrscht, nimmt seine Größe ständig ab. In Meereshöhe beträgt er im Schnitt
1013,25 mbar.
Differenzdruck
Die Differenz zweier Drücke wird als Druckdifferenz bezeichnet. Um Differenzdruck zu messen, werden in einem Messgerät demnach zunächst zwei unterschiedliche Drücke erfasst. Nur wenn die gemessenen Werte unterschiedlich sind, wird ein Differenzdruck angezeigt. Das Messen von Differenzdruck kommt beispielsweise in der Füllstandsmessung und in Überwachungsanlagen zum Einsatz.
Überdruck (Relativdruck)
Der am häufigsten zu messende Druck im Bereich der Technik ist die atmosphärische Druckdifferenz. Sie ist die Differenz zwischen einem absoluten Druck und dem jeweiligen Atmosphärendruck und wird kurz Überdruck oder Relativdruck genannt.
Von einem positiven Überdruck wird gesprochen, wenn der absolute Druck größer ist als der Atmosphärendruck. Im umgekehrten Falle spricht man vom negativen Überdruck, fälschlicherweise auch Unterdruck genannt.
Druckmesstechnik
- Manometer - millionenfach bewährt sind die mechanischen Druckmessgeräte (Manometer) für Überdruck, Absolutdruck und Differenzdruck. Für die optimale Lösung verschiedenster Anwendungen stehen Messsysteme in der Rohr-, Platten- oder Kapselfeder-Technologie zur Auswahl. Die Manometer verfügen über Anzeigebereiche von 0 … 0,5 mbar bis 0 … 6.000 bar bei Anzeigegenauigkeiten bis zu 0,1 %.
- Drucksensor - bzw. Druckmessumformer wandelt die physikalische Größe Druck in ein Standard-Industriesignal um. Das Drucksensor-Portfolio umfasst Genauigkeiten ab 0,05 %, Messbereiche von 0,05 bis 15.000 bar, digitale Schnittstellen wie CANopen und IO-Link sowie diverse internationale Zulassungen für den explosionsgefährdeten Bereich.
- Druckschalter - öffnet oder schließt einen entsprechenden Schaltkontakt, sobald ein voreingestellter Druck erreicht wird. Je nach Anforderung kommen Druckschalter mit mechanischen oder elektronischen Schaltkontakten, mit und ohne Display und verschiedenen Einstellmöglichkeiten zum Einsatz.
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