Differenzdrucksender sind ein entscheidendes Messgerät in der industriellen Prozesssteuerung, um die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten zu messen und diese in Standardsignalausgänge umzuwandeln. Der Kernarbeitsfluss kann in drei Teile unterteilt werden: Druckerfassung, mechanische Umwandlung und elektronische Signalübertragung.
Druckerkennung und mechanische Umwandlung
Das Kernsempfungselement eines Differenzdrucksenders ist in der Regel eine Membran oder ein Wellenrohr. Es verfügt über eine hohe (H) und eine niedrige (L) Druckkammer, die zwei Drucke P1 und P2 einführt, die verglichen werden müssen.
Wenn der Druck auf beiden Seiten unterschiedlich ist, wirkt sich die Druckdifferenz (ΔP = P1-P2) auf die empfindliche Membran aus, wodurch sie eine kleine Veränderung erzeugt. Diese Formvariable ist proportional zum Differenzdruckwert ΔP, d.h. je größer der Differenzdruck ist, desto größer ist die Formverschiebung. Dieser Prozess führt zur Umwandlung unsichtbarer Druckdifferenzen in messbare mechanische Verschiebungen.
Signalverkennung und Umstellungsmechanismus
Kleine Verschiebungen der Membran müssen genau erkannt und umgewandelt werden. Traditionelle und moderne Transmitter verwenden unterschiedliche Mechanismen:
Kapazitives Prinzip (Mainstream-Technologie): Die Membran selbst dient als aktive Elektrode des Kondensators, und die Festelektroden auf beiden Seiten bilden mit ihr zwei Kondensatoren. Wenn sich die Membran aufgrund des Differenzdrucks verschiebt, ändert sich der Kapazitätswert beider Kondensatoren (einer erhöht und einer verringert). Die Detektionsschaltung misst genau diesen Kapazitätsdifferenzwert, der direkt dem Eingangsspannungsdifferenzwert entspricht.
Beanspruchungsprinzip: Die Verschiebung der Membranfliege wird durch die Füllflüssigkeit auf eine metallische Beanspruchung übertragen, um sie zu deformieren. Der Wert des Spannungswiderstands, der auf die Spannungsvariante festgelegt wird, ändert sich anschließend, und die Widerstandsänderung wird über die Whistlestone Bridge-Schaltung in ein Spannungssignal umgewandelt.
Elektronische Signalübertragung und -ausgabe
Das elektrische Signal (die Menge der Spannungs- oder Kapazitätsänderungen), das durch die Schaltung erfasst wird, ist sehr schwach und nicht linear. Es wird in die Signalkonditionierungsschaltung zur Verstärkung, Linearisierung und Temperaturkompensation gesendet, um die Auswirkungen von Umgebungsstörungen zu beseitigen.
Schließlich wird das verarbeitete Signal von einer Mikroprozessor-gesteuerten Schaltung in ein analoges 4-20mADC-Signal oder ein digitales Signal umgewandelt, das spezifischen Protokollen entspricht (z. B. HART, Profibus-PA). Dieses Standard-Signal ist in einer präzisen linearen Beziehung zu dem Differenzialdruck gedrückt und kann auf weite Entfernung an ein Steuersystem, ein Logger oder ein Anzeigegerät übertragen werden, um eine präzise Überwachung und Steuerung des Prozessdrucks zu ermöglichen.
Zusammenfassend hat der Differenzdrucksender durch die Kettenreaktion von "Druckdifferenz → Mechanische Verschiebung → Änderung des elektrischen Signals → Standardsignals" eine präzise Umwandlung von physikalischen Größen in standardisierte Informationen erreicht und wird zu einem "Wahrnehmungsnerv" im Bereich der industriellen Automatisierung.