Differentiaaldruksensoren meten het verschil tussen 2 absolute drukken p1 en p2 in gassen, stoom en vloeistoffen. Naast andere toepassingen zijn ze te vinden in filterbewaking, niveaumeting in afgesloten systemen. Ze worden vaak verschildruktransmitters of verschildruktransducers genoemd.
Een verschildruksensor bestaat uit twee hermetisch afgesloten kamers, elk met een procesaansluiting, gescheiden door een flexibel membraan met een gelijmde weerstandsbrug. De procesaansluitingen zijn stroomopwaarts en stroomafwaarts van een eventuele drukval verbonden, zodat de drukken in tegengestelde richting op het membraan werken. Als de druk in de kamers gelijk is, blijft het membraan vlak. Als de druk in een van de kamers af- of toeneemt, kantelt het membraan naar de kamer met de laagste druk. De mate van vervorming komt overeen met het verschil tussen de twee drukken: p2-p1=Δp. Deze vervorming kan worden gedetecteerd door de verandering in de weerstandswaarde, die kan worden omgezet in een elektrisch signaal voor verdere verwerking.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen piëzoresistieve en capacitieve metingen. De meeste drukverschilsensoren zijn nu gebaseerd op het piëzoresistieve effect (de verandering in elektrische weerstand van een materiaal veroorzaakt door spanning of druk). Dit effect wordt bereikt door metalen rekstrookjes, die op het eerder genoemde elastische membraan worden gelijmd, of door silicium wafers. In tegenstelling tot rekstrookjes zijn de meetweerstanden rechtstreeks in het siliciummembraan geïntegreerd, zodat er geen rekstrookjes hoeven te worden gelijmd. Op deze manier worden de meetnauwkeurigheid, temperatuurbestendigheid en duurzaamheid verhoogd. Bovendien zijn siliciumsensoren aanzienlijk goedkoper dan dunne-filmsensoren. Alle piëzoresistieve drukverschilsensoren zijn vrijwel driftvrij.
Capacitieve transmitters voor verschildruk hebben een condensator geïntegreerd in een silicium chip, waardoor conclusies kunnen worden getrokken over het resulterende drukverschil door veranderingen in de capaciteit.
Differential pressure sensors are found wherever pressure ratios have to be continuously measured and checked (for example in filter monitoring or flow measurement).
In ventilatiesystemen kan de verontreinigingsgraad van een filter worden afgeleid uit het drukverschil, indien de drukken vóór en na het filter worden gemeten. Hoe meer het filterelement is vervuild, hoe meer weerstand het biedt aan het medium dat er doorheen stroomt.
Een veel voorkomende toepassing van drukverschil is flowmeting in leidingen. Bij deze drukverschilmethode wordt een drukverschilsensor in de pijpleiding geïnstalleerd. In de leiding is een venturi geïnstalleerd, deze zijn er in diverse uitvoeringen. De venturi veroorzaakt in de leiding een weerstand voor het stromende medium die door de geometrie van de venturi wordt bepaald. Dit resulteert in een plaatselijke toename van de stroomsnelheid op het punt van de vernauwing, die op zijn beurt een verandering veroorzaakt in de statische druk stroomopwaarts (p1 stat) en stroomafwaarts (p2 stat) van de drukverschilopnemer. De drukaansluitingen voor de meting bevinden zich vóór en na de verschildrukopnemer. Het drukverschil is een indirecte maat voor de doorstroming of flowsnelheid.
Flowmeting middels drukverschil
p
1stat
- statische druk voor de venturi-ring
p
2stat
- statische druk na de venturi delta
∆p - Drukverschil is een indirecte maat voor de doorstroomhoeveelheid
Meettoestellen worden blootgesteld aan een grote verscheidenheid aan mechanische, thermische of chemische spanningen, zodat de meetwaarden na verloop van tijd veranderen en aan nauwkeurigheid inboeten. Nul-offsets of hysteresis kunnen bijvoorbeeld leiden tot veiligheidsrisico's en een vermindering van de procesefficiëntie. Regelmatige kalibratie kan dergelijke veranderingen niet voorkomen, maar wel op tijd detecteren. Voor mechanische en elektrische drukmeetapparatuur wordt daarom aanbevolen om eenmaal per jaar een kalibratieuit te voeren.
Drukverschilsensoren en drukverschiltransmitters zijn verkrijgbaar in talloze uitvoeringen. Of een sensor in een bepaalde toepassing kan worden gebruikt, hangt voornamelijk af van het minimale en maximale drukniveau dat kan worden verwerkt, de omgevingsinvloeden van de toepassing en de geschiktheid van de media. Capacitieve druksensoren leiden bijvoorbeeld tot meetonnauwkeurigheden in toepassingen met sterke trillingen; niet elke sensor kan agressieve gassen en vloeistoffen verdragen. Afhankelijk van het type toepassing zijn bepaalde goedkeuringen vereist. Voorbeelden zijn SIL 2/SIL 3 volgens DIN EN 61508, PL volgens DIN EN 13849 of een versie voor explosievrije ruimtes. In geval van onzekerheid moet een gedetailleerd advies worden aangevraagd.