Absolutdrucksensoren – die Zukunft der Druckmessung?

Drucksensoren, häufig auch als Drucktransmitter bezeichnet, dienen zur kontinuierlichen Messung des Drucks von Gasen und Flüssigkeiten in der Industrie. Mit der rasanten Entwicklung der Technologie haben sich auch diese Geräte weiterentwickelt. Bis vor kurzem waren Drucksensoren auf Basis kapazitiver und piezoresistiver Technologien am weitesten verbreitet. Heutzutage werden sogenannte intelligente Drucktransmitter auf Basis von Mikroprozessoren immer beliebter. Zu diesen zählen auch Absolutdrucksensoren.

Absolutdruck – Definition und Messprinzip

Der Absolutdruck wird durch Messung des Zieldrucks gegenüber einem bekannten absoluten Vakuumdruck ermittelt. Dies lässt sich mit der Temperaturmessung in Kelvin vergleichen, bei der die niedrigstmögliche Temperatur 0 K beträgt.

Mit dem Vakuum als Referenzpunkt ergeben alle Messungen einen Wert, der größer ist als das durch das Vakuum festgelegte absolute Minimum. Dies ist für genaue Messungen unerlässlich, da nach dem Boyle-Gesetz der Druck eines Gases bei konstanter Temperatur umgekehrt proportional zu seinem Volumen ist. Daher führt alles, was kein perfektes Vakuum ist, dazu, dass der Messwert des Absolutdrucksensors mit der Temperatur variiert.

Die Erzielung eines perfekten Vakuums ist jedoch nicht einfach, insbesondere wenn der Preis des Sensors erschwinglich sein soll. Daher haben Drucktransmitter meist einen ungefähren Wert, der in der Regel im Bereich von 35 Mikrobars (0,0005 PSI) liegt.

Relativdruck und Absolutdruck – die Unterschiede

Die meisten Drucksensoren ermitteln den Messwert anhand der Verformung einer Membran. Ist diese auf einer Seite dem Prozessdruck ausgesetzt und auf der anderen Seite zur Atmosphäre entlüftet, wird die Membranverformung durch den Umgebungsdruck reduziert. Der Relativdruck entspricht somit der Differenz zwischen Prozessdruck und Atmosphärendruck.

Absolutdrucksensoren sind hingegen anders aufgebaut: Die dem Medium abgewandte Seite des Wandlers befindet sich in einer dauerhaft versiegelten Absolutvakuumkammer. Dadurch wird die Membranverformung nicht vom atmosphärischen Druck beeinflusst, sondern nutzt das Vakuum als festen Referenzpunkt.

Zusammenfassend liegt der wesentliche Unterschied zwischen relativer und absoluter Druckmessung im Nullpunkt der Skala, also im verwendeten Referenzdruck. Während der Absolutdruck stets gegenüber einem absoluten Vakuum gemessen wird, bezieht sich der Relativdruck auf den aktuellen Umgebungsdruck.

Funktionsweise von Absolutdrucksensoren

In Absolutdrucksensoren wird zunächst ein Vakuum erzeugt, das anschließend hermetisch versiegelt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass das Messergebnis nicht durch externe Einflüsse wie aktuelle Wetterbedingungen oder die jeweilige Höhenlage des Geräts verfälscht wird. Diese Eigenschaft macht Absolutdrucksensoren besonders geeignet für Anwendungen in der Luftfahrt sowie in der Meteorologie.

Absolutdrucksensoren – Arten industrieller Anwendungen

Meteorologie

Absolutdrucksensoren werden häufig zur Messung des Luftdrucks eingesetzt, beispielsweise in Höhenmessern zur Bestimmung der Höhe über dem Meeresspiegel. Da der Absolutdruck unabhängig von wetter- oder höhenbedingten Schwankungen erfasst wird, sind diese Sensoren besonders für meteorologische Anwendungen geeignet.

Automobilindustrie

In Fahrzeugen mit Benzin- und Dieselmotoren kommen Absolutdruckwandler in Form von MAP‑Sensoren (Manifold Absolute Pressure) zum Einsatz. Sie messen den Druck im Ansaugkrümmer des Motors. Die elektronische Steuereinheit (ECU) nutzt diese Informationen, um die Zusammensetzung des Kraftstoff‑Luft‑Gemischs sowie den Zündzeitpunkt optimal zu regeln.

Lebensmittelindustrie

In vielen industriellen Prozessen ist die Erzeugung eines Teilvakuums erforderlich. Ein typisches Beispiel ist die Lebensmittelverpackung, bei der der verbleibende Restdruck beziehungsweise Restsauerstoff die Haltbarkeit der Produkte beeinflusst. Absolutdrucksensoren ermöglichen eine zuverlässige Überwachung und stellen sicher, dass in jeder Verpackung ein gleichbleibender Druck herrscht.

Weitere industrielle Anwendungen

Absolutdrucksensoren werden unter anderem auch in folgenden Bereichen eingesetzt:

• wissenschaftliche Labore
• Luft- und Raumfahrtindustrie
• Medizintechnik, z. B. bei der sterilen Verpackung medizinischer Produkte zur Vermeidung von Kontamination
• chemische Industrie
• Raffinerie‑, Öl‑ und Gasindustrie
• pharmazeutische Industrie

JUMO-Absolutdrucksensoren

Für die Messung von Relativ- und Absolutdruck stehen verschiedene Drucksensoren zur Verfügung, darunter:

• Drucksensor mit IO-Link-Schnittstelle JUMO dTRANS p35
• Drucksensor für explosionsgefährdete Bereiche JUMO dTRANS p20