Was ist eine Membrandichtung?
Ein Druckmittler ist eine dünne, gewellte Scheibe, die dazu dient, das Messmedium vom Druckmessgerät zu isolieren. Der Raum zwischen der Membran und dem Manometer, Prozesstransmitter oder Druckschalter ist mit Systemflüssigkeit gefüllt, die den Druck hydraulisch von der flexiblen Membran überträgt. Aufgrund der gewellten Struktur der Membran ist die Kontaktfläche zwischen Medium und Membran relativ groß, was insbesondere bei extrem niedrigen Drücken (kleiner oder gleich 8,7 bar / 600 mbar) genauere Druckmessungen gewährleistet.
Durch die Verhinderung des direkten Kontakts zwischen dem Medium und dem Druckmesselement bietet die Membrandichtung außerdem:
Beseitigt Verstopfungen und Kristallisation im Messgerät
Minimiert Korrosion
Schützt das Sensorelement vor extremen Temperaturen
Bei Verwendung mit Druckmittler kann das Messgerät in einem Temperaturbereich von -90 bis +399 Grad F (-90 bis +399 Grad) und bei korrosiven, hochviskosen oder toxischen Medien eingesetzt werden. Für anspruchsvolle Industrieanwendungen wie die Bioethanolproduktion, die Düngemittelproduktion und die Abwasserfiltration stehen verschiedene Membrandichtungsdesigns, Materialien und Transferflüssigkeiten zur Verfügung.
Warum Membrandichtungen verwenden?
Eine gut konstruierte Membrandichtung kann wirksamen Schutz bieten und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Genauigkeit minimieren. Daher können Membrandichtungen die Lebensdauer von Druckmessgeräten verlängern und dem Anwender auf lange Sicht erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen bescheren.
Membrandichtungen unterstützen auch die entfernte Installation vom Druckanschluss über ein maßgeschneidertes-Kapillarrohr, das auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten ist. Darüber hinaus erfüllen Druckmittler aufgrund ihrer breiten Palette an Prozessanschlüssen, Materialien und Zubehör zahlreiche Industriestandards.
Membranabgedichtete Drucktransmitter sind Flanschdrucktransmitter. Diese Drucktransmitter messen Druck, Differenzdruck, Füllstand und Durchfluss durch den Einbau einer Membrandichtung.
Messprinzip von Membrandrucktransmittern
Bei einigen chemischen oder sanitären Anwendungen ist es erforderlich, das Messgerät vom Druck der Prozessflüssigkeit zu isolieren.
Der Druckmittler fungiert als schützende Schnittstelle zwischen der Messeinheit und dem Prozessmedium.
Die Membran und die Kontaktteile bestehen aus einem prozessflüssigkeitsbeständigen Material und sind an der Unterseite der Messeinheit angeschweißt.
Die Verbindung zwischen Druckmittler und Sensor innerhalb der Messeinheit erfolgt über ein Kapillarrohr oder eine Verbindungsmuffe.
Dieser Spalt muss unter Vakuum entgast, anschließend mit geeignetem Öl gefüllt und verschlossen werden.
Der gemessene Druck übt eine Kraft auf die Außenfläche der Membran aus.
Wenn sich die Membran nach innen biegt, versucht sie, die Füllflüssigkeit im Inneren des Instruments zu komprimieren.
Da diese Füllflüssigkeit inkompressibel ist, wird die Kraft direkt auf die Messeinheit übertragen.
Das gesamte Funktionsprinzip eines Membrandrucktransmitters basiert auf dem Pascalschen Prinzip.
Dieses Prinzip besagt, dass der auf eine Flüssigkeit einwirkende Druck verlustfrei in alle Richtungen übertragen wird.
Damit dieser Vorgang ordnungsgemäß funktioniert, muss die Kraft, die zum Bewegen der Membran erforderlich ist, größer sein als die Kraft, die zum Bewegen des Sensorelements innerhalb der Messeinheit erforderlich ist.
In der Praxis bedeutet dies: Je weniger Kraft zum Bewegen des Messelements erforderlich ist, desto einfacher ist der Aufbau eines präzisen Dichtungssystems.
Wie wählt man einen Membrandrucktransmitter aus?
Zuverlässiges und robustes Design
Zuverlässige Montagestruktur
Komplett-Geschweißtes Design, gewindelose Verbindungen
100 % Helium-getestet, um Leckagen zu vermeiden
Das gebogene Design der Membran schützt die Integrität der Membrandichtung.
Mehrere Prozessverbindungsoptionen
Wir bieten eine Vielzahl von Membrandichtungen für unterschiedliche Installations- und Anwendungsanforderungen an:
DN40 bis DN100 Flansch-Membrandichtungen mit bündiger Membran, geeignet für allgemeine Anwendungen
Membrandichtungen mit Verlängerungen (50 bis 200 mm), geeignet für verstopfungsanfällige-viskose Flüssigkeiten oder bündig-Montage an Tankwänden, um Prozessblockaden zu verhindern
Membrandichtungen mit Flanschadaptern, Schweiß- oder Gewindeanschlüssen, geeignet für Prozessanschlüsse mit kleinem Durchmesser und verbesserter Leistung
Membrandichtungen mit Lebensmittelsicherheitsanschlüssen vom Typ DIN, SMS oder Klemm-, geeignet für Sanitäranwendungen
Adaptermontageoptionen ermöglichen die Anpassung von Membrandichtungen an spezielle Verbindungen und verbessern insbesondere die Sensorempfindlichkeit unter besonderen Bedingungen.
Bitte kontaktieren Sie uns für spezifische Informationen zu Membrandichtungen.
Starre Montage
Wenn die Temperatur 150 Grad nicht überschreitet, können Drucktransmitter mit Membrandichtungen starr montiert oder direkt montiert werden.
Kapillarbaugruppe
Durch die Verwendung einer Kapillare kann der Einfluss der Prozesstemperatur auf die Instrumentengenauigkeit begrenzt werden.
Eine Kapillarlänge von 500 mm kann die Gerätetemperatur auf Raumtemperatur senken.
Die Kapillarlänge sollte so kurz wie möglich sein, da sie sich auf die Messgenauigkeit und Reaktionszeit auswirkt.
Die Kapillarlängen reichen von 0,5 m bis 15 m und sind mit Schutzhülsen aus PVC (-10 bis +80 Grad) oder Edelstahl (-40 bis 350 Grad) ausgestattet.
Der Innendurchmesser beträgt 1 mm für Standardanwendungen und 2 mm für Spezialanwendungen.
Temperaturschwankungen entlang der Länge der Kapillare beeinträchtigen die Genauigkeit des Instruments.
Die Kapillarlänge ist sowohl für die Niederdruck- als auch für die Hochdruckseite des Ausgleichssystems geeignet.
Bei starrer Montage kann die Kapillare nur auf der Niederdruckseite eingebaut werden; Bei abgesetzt montierten Einzel-Druckmittlersystemen kann die Kapillare nur auf der Hochdruckseite installiert werden. Zur Gewährleistung der Genauigkeit muss im Werk eine Temperaturkompensation durchgeführt werden.
Membranmaterialien
Für Anwendungen mit korrosiven Flüssigkeiten sind Membrandichtungen aus verschiedenen korrosionsbeständigen Materialien erhältlich (Edelstahl, Hastelloy C, Monel, Tantal, Titan, Zirkonium, Nickel usw.).
Oberflächenbeschaffenheit
Für Hygiene- und Reinigungsanwendungen (-Reinigung vor Ort) ist die Oberflächenqualität der Membran und der flüssigkeitsberührenden Komponenten von entscheidender Bedeutung.
Um eine Kontamination durch Produktreste oder Mikroorganismen zu verhindern, muss die Oberflächenbeschaffenheit überprüft werden.
Für Membrandichtungen stehen verschiedene mittlere Rauheitswerte zur Verfügung: Ra kleiner als 0,4 bis 0,8 µm für glatte Oberflächen und Ra kleiner als 1,6 µm in der Nähe von Schweißnähten.
Membrandicke und Materialien
Eine Membran ist ein flexibles metallisches Messelement.
Für optimale Flexibilität und Empfindlichkeit sollte die Membrandicke möglichst groß sein.
Es ist in verschiedenen Materialien erhältlich (Edelstahl, Hastelloy C, Monel, Tantal usw.) und kann beschichtet werden (PFA, PVDF, Gold usw.), um dem chemischen Angriff der Messflüssigkeit zu widerstehen.
Die Dicke variiert je nach Material. Die Membran ist mit der Membrandichtung verschweißt und wir prüfen die Dichtung mittels Heliumtests.
Verpackungsflüssigkeit
Die verwendete Füllflüssigkeit muss für den Anwendungstemperaturbereich geeignet sein.
Dabei müssen die Mindest- und Höchsttemperaturen der zu prüfenden Flüssigkeit sowie die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden.
Darüber hinaus muss die Füllflüssigkeit mit der zu prüfenden Flüssigkeit kompatibel sein, insbesondere mit Flüssigkeiten wie Sauerstoff.
Für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie kann mineralisches Füllöl verwendet werden, um im Falle eines Membranbruchs eine Kontamination der zu prüfenden Flüssigkeit zu verhindern.
Spülring
Spülringe sind optional für Membrandichtsysteme erhältlich und werden in verschiedenen Materialien angeboten.
Der Spülring wird zwischen Druckmittler und Prozessflanschanschluss eingebaut.
Es ist die Komponente, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt.
Der Ring verfügt über ein oder zwei Löcher zum Spülen und Reinigen der Membranoberfläche.
Durch Druckausübung durch diese Löcher kann er auch als Kalibrierring verwendet werden.
Technische Daten
Genauigkeit: ±0,1 bei 20 Grad
Diese Werte müssen zur Genauigkeitsklasse des Drucktransmitters addiert werden: ±0,065 % für Differenz- und Relativdruck und 0,2 % für Absolutdruck.
Es kann jedoch nicht garantiert werden, dass die Vakuumgenauigkeit der Standardmodelle 20 Torr (27 mbar abs.) überschreitet.
Dies liegt daran, dass die meisten Verpackungsflüssigkeiten Spuren von eingeschlossener Luft oder Gas enthalten, die sich nahe dem absoluten Nullpunkt erheblich ausdehnen.
Diese Erweiterung wirkt sich auf die Messeinheit des Instruments aus.
Prozessflüssigkeitstemperatur: Minimum -90 Grad, Maximum +400 Grad, abhängig von der Art der verwendeten Packungsflüssigkeit und dem verwendeten Membranmaterial.
Der Einfluss der Temperatur
Membrangedichtete Drucktransmitter bestehen aus einer Membrandichtung (mit oder ohne Kapillare) und einer Druckmesseinheit.
Das Instrument ist mit einer Verpackungsflüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur (typischerweise +20 ±2 Grad) gefüllt, die als Referenztemperatur bezeichnet wird.
Änderungen der Umgebungstemperatur oder der Temperatur der gemessenen Flüssigkeit führen zu einer proportionalen Änderung des Volumens der Packungsflüssigkeit. Dies wirkt sich auf den Innendruck des Messsystems aus und führt zu Fehlern.
Um diesen Fehler zu minimieren, müssen temperaturbedingte Volumenänderungen kompensiert werden.
Membranen mit kleinem -Durchmesser können nur kleine Volumenänderungen ausgleichen.
Daher empfehlen wir, abhängig von den Prozessbedingungen, den Druckmittler mit dem größtmöglichen Durchmesser zu verwenden.
Wenn die Prozesstemperatur zwischen +150 Grad und +250 Grad liegt, muss zwischen Druckmittler und Messzelle ein Kühlkörper eingesetzt werden, um eine Temperaturdiffusion zu verhindern.
Wenn die Temperatur über 250 Grad liegt, muss eine Kapillarmembrandichtung verwendet werden, um das Gerät vor den Auswirkungen von Hochtemperaturprozessen zu schützen.
Dadurch wird die Temperatur der Messzelle auf nahezu Umgebungstemperatur gesenkt.
Um die Auswirkungen der Temperatur zu minimieren:
Verwenden Sie eine geeignete Füllflüssigkeit;
Wählen Sie den größtmöglichen Membrandurchmesser;
Minimieren Sie das Innenvolumen des Instruments so weit wie möglich;
Verwenden Sie Kapillarbaugruppen oder Kühlkörper, um den Temperatureinfluss auf den Sensor zu reduzieren.
Isolieren Sie den Sensor und die Kapillare von der Umgebungstemperatur und/oder verwenden Sie eine Tracer-Kapillare;
Fordern Sie eine werkseitige Druck- und Temperaturkompensation an.
Was sind die Vorteile membrangedichteter Drucktransmitter?
Die Funktion eines Druckmittlers besteht darin, ein Druckmessgerät vom Prozessmedium zu isolieren. Es wird häufig bei den komplexesten Messaufgaben eingesetzt. Im Folgenden sind einige der Hauptvorteile membrangedichteter Drucktransmitter aufgeführt:
(a) Minimale Auswirkung auf die Genauigkeit: Eine gut konstruierte Membrandichtung kann wirksamen Schutz bieten und gleichzeitig die Auswirkung auf die Genauigkeit minimieren. Daher können Druckmittler die Lebensdauer von Druckmessgeräten verlängern und dem Anwender auf lange Sicht deutlich Zeit und Geld sparen.
(b) Mehrere Prozessanschlussoptionen: Membrandichtungen unterstützen auch die entfernte Installation vom Druckanschluss über ein kundenspezifisches Kapillarrohr, das an Ihre spezifische Anwendung angepasst werden kann. Darüber hinaus kann es aufgrund der Verfügbarkeit mehrerer Prozessanschlussoptionen (Flansch, Gewinde usw.) viele Industriestandards erfüllen.
(c) Geeignet für eine Vielzahl rauer Messmedien: Bei Verwendung von Druckmittlern können Messgeräte in einem Temperaturbereich von -130 bis +750 Grad F (-90 bis +399 Grad) eingesetzt werden und können mit korrosiven, hochviskosen oder giftigen Medien verwendet werden. Für Hochtemperaturmessungen benötigen Drucktransmitter in bestimmten Situationen möglicherweise einen Kondensator.
(d) Genaue Messung bei extrem niedrigen Drücken: Der Vorteil von Druckmittlern liegt in der relativ großen „Kontaktfläche“ zwischen Druckmedium und Membran. Daher sind genaue Druckmessungen insbesondere bei extrem niedrigen Drücken gewährleistet (< 600 mbar). Furthermore, low-pressure transmitters are easy to disassemble, for example, for cleaning or calibration. More importantly, the relatively large contact area between the medium and the diaphragm ensures even more accurate pressure measurements.
Welche industriellen Anwendungen gibt es für Membrandichtungen?
Membrandichtungen werden typischerweise verwendet, um Drucktransmitter vor einem oder mehreren schädlichen Faktoren im Prozessmedium zu schützen. Druckmittlersysteme eignen sich zur Messung von Füllstand, Dichte, Durchfluss und Druck und werden in folgenden Szenarien eingesetzt:
Extrem hohe oder niedrige Flüssigkeitstemperaturen;
Ätzende Flüssigkeiten, die Materialien, mit denen sie in Kontakt kommen, angreifen können;
Unter Druck stehende Flüssigkeiten, die die Verbindung zum Sensor verstopfen und verhindern können, dass der Druck die Messeinheit eines herkömmlichen Drucktransmitters erreicht;
Viskose Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten, bei denen die Gefahr besteht, dass sie in der Verbindung zum Sensor verfestigen (austrocknen oder polymerisieren), wodurch verhindert wird, dass der Druck die Messeinheit erreicht, oder dass die Membran eines herkömmlichen Drucktransmitters unbeweglich wird;
Flüssigkeiten, die bei sinkenden Temperaturen gefrieren können;
Wird in Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen verwendet, die spezielle Oberflächenbedingungen erfordern, um Bakterienwachstum zu verhindern;
Wird bei Wasserstoffpermeationsanwendungen verwendet: wenn Wasserstoffionen (H+) vorhanden sind und das Diaphragma durchdringen können;
Für Vakuumanwendungen werden membranabgedichtete Vakuumdrucktransmitter unterhalb des Hochdruckanschlusses montiert, um die Auswirkung des Vakuums auf die Füllflüssigkeit des Transmitters zu reduzieren. Die minimale Kapillarlänge hängt vom Abstand zwischen dem Montageort des Senders und dem Niederdruckanschluss ab. Alle Hohlräume innerhalb der Baugruppe sind mit Öl gefüllt, einschließlich der Membran, der Kapillare und des membranversiegelten Druckmessumformergehäuses. Während der Herstellungsprozess dazu beiträgt, eine qualitativ hochwertige Ölfüllung zu gewährleisten, bleiben temperaturbedingte Fehler eine inhärente Einschränkung membrangedichteter Systeme.
Zur Füllstandmessung kann der Kapillar-Differenzdrucktransmitter eingesetzt werden. Bestimmen Sie die zu messenden minimalen und maximalen Druckdifferenzen
Niedrigster Flüssigkeitsstand:
PMin=(SGp xa) – (SGf xd)
Das heißt: Minimaler messbarer Druck (LRV), wenn der Tankbodendruck hoch ist
Das heißt: Maximal messbarer Druck (-URV), wenn der Tankbodendruck niedrig ist
PMax=(SGp xb) – (SGf xd)
Das heißt: Maximal messbarer Druck (URV), wenn der Tankbodendruck hoch ist
Das heißt: Maximal messbarer Druck (-LRV), wenn der Tankbodendruck niedrig ist
Wo:
Niedrigster Flüssigkeitsstand bei 4mA
Höchster Flüssigkeitsstand bei 20mA
a=Abstand zwischen dem untersten Messpunkt und dem niedrigsten Flüssigkeitsstand
b=Abstand zwischen dem untersten Messpunkt und dem höchsten Flüssigkeitsstand
d=Abstand zwischen den beiden Messpunkten
SGf=Spezifisches Gewicht der Kapillarfüllflüssigkeit
SGp=Spezifisches Gewicht der Prozessflüssigkeit
Dichte- oder Grenzflächenmessung
Berechnen Sie die zu messenden minimalen und maximalen Druckdifferenzen
Pmin=(SGmin – SGf) x (d);
Minimale Dichte, 4-mA-Ausgang
Pmax=(SGmax – SGf) x (d);
Maximale Dichte, 20 mA Ausgang
Wobei: d=Abstand zwischen den beiden Sonden
SGmax=Maximales spezifisches Gewicht
SGmin=Minimales spezifisches Gewicht
SGf=Spezifisches Gewicht der Kapillarfüllflüssigkeit
