Warum tritt Hysterese in Drucksensoren auf? Ursachen für Hysteresefehler in Drucksensoren

Hysterese bezeichnet im Allgemeinen die Differenz zwischen dem Schaltpunkt und dem Rücksetzpunkt, ausgedrückt als prozentualer Anteil des Messbereichs.

Sie entsteht durch die materialbedingten Eigenschaften des druckempfindlichen Sensorelements.

Mit anderen Worten: Ändert ein Sensor seinen Schaltzustand, beispielsweise von „offen“ zu „geschlossen“, liegt der Punkt, an dem er wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt, nicht exakt auf demselben Druckwert. Die Differenz zwischen diesen beiden Punkten wird als Hysterese bezeichnet.

Eine korrekt eingestellte Hysterese bei Drucksensoren verhindert, dass das System im Bereich des Schaltpunkts zwischen zwei Zuständen pendelt und dadurch instabil wird.

Hysterese in Drucksensoren – Beispiel

Betrachten wir als Beispiel einen Drucksensor zur Steuerung einer Trinkwasserpumpe, dessen Schaltpunkt und Rückstellpunkt auf 6 bar eingestellt sind. Wird dieser Wert überschritten, aktiviert der Sensor den Schaltausgang und stoppt die Pumpe. Dadurch sinkt der Druck unter 6 bar, woraufhin die Pumpe erneut startet.

Bei solchen Einstellungen, bei denen Schalt‑ und Rückstellpunkt identisch sind, kann sich dieser Vorgang bereits bei geringsten Druckschwankungen in kurzen Abständen wiederholen. Dies führt zu einer instabilen Pumpensteuerung und erhöhtem Verschleiß.

Um einen vorzeitigen Ausfall der Pumpe zu vermeiden, ist es daher notwendig, einen prozessangepassten Schalt‑ und Rückstellpunkt einzustellen. Auf diese Weise kann die Schaltfunktion stabil betrieben werden.

Hysterese bei Drucksensoren

Das Phänomen der Hysterese tritt sowohl bei mechanischen als auch bei elektronischen Drucksensoren sowie bei Temperatur‑, Füllstands‑ und Durchflusssensoren auf.

Mechanische vs. elektronische Druckmessumformer im Zusammenhang mit Hysterese

Mechanische Drucksensoren verfügen in der Regel über eine vom Hersteller vordefinierte Hysterese, während elektronische Druckmessumformer häufig individuell konfiguriert werden können.

Mechanischer Druckmessumformer

Die Hysterese mechanischer Druckmessumformer ist den technischen Herstellerangaben zu finden. In der Regel beträgt sie etwa 10% bis 20% des eingestellten Schaltpunktwerts.

Elektronischer Drucksensor

Elektronische Drucksensoren wie der DELOS S02 Drucksensor mit Display verfügen über konfigurierbare Schaltausgänge. Die Parametrierung – beispielsweise von Schalt‑ oder Rückstellpunkten – kann je nach Gerätevariante über Bluetooth mit der JUMO smartCONNECT‑App oder über IO‑Link erfolgen.

Vorteile einer einstellbaren Hysterese in elektronischen Drucksensoren

Der Vorteil einer einstellbaren Hysterese besteht darin, dass der Schaltbereich je nach Anwendung angepasst werden kann. Dadurch lassen sich Schalt‑ und Rückstellpunkt exakt festlegen, was eine bessere Kontrolle über das Verhalten des technischen Systems ermöglicht.

DELOS S02 – Schaltausgänge

Das Verhalten des Schaltausgangs des hochgenauen Drucksensors JUMO DELOS S02 kann gewählt werden:

• Hysterese Schließer
• Hysterese Öffner
• Fensterfunktion Schließer
• Fensterfunktion Öffner

Hysterese-Schaltfunktion – Anwendungsbereiche

Viele Drucksensoren verfügen über eine integrierte Sicherheitsfunktion und werden unter anderem zur Überwachung kritischer Schwellenwerte eingesetzt. Die aufgrund ihrer einfachen Anwendung am häufigsten eingesetzte Druckschaltfunktion ist die Hysterese.

Bei mechanischen Druckmessumformern stellt die Hysterese in der Regel die einzige verfügbare Schaltfunktion dar. Elektronische Drucksensoren bieten darüber hinaus zusätzliche Schaltfunktionen, wie beispielsweise die Fensterfunktion.

Hysterese-Schaltfunktion vs. Fensterfunktion – Funktionsprinzip und Unterschiede

Die Hysterese‑Schaltfunktion überwacht, ob ein definierter Grenzwert (Schaltpunkt) erreicht oder überschritten wird, während die Fensterfunktion überwacht, ob sich der gemessene Prozesswert innerhalb eines eingestellten Bereichs zwischen unterer und oberer Grenze befindet.

Der Drucksensor ändert seinen Schaltzustand (z. B. offen → geschlossen oder aktiv → inaktiv), wenn der Grenzwert erreicht oder die festgelegten Grenzen des definierten Messbereichs über- oder unterschritten werden.

Die Hysterese eignet sich daher für Anwendungen, bei denen ein einzelner Sollwert überwacht werden muss, während die Fensterfunktion für Anwendungen mit definierten unteren und oberen Grenzwerten vorgesehen ist.