Drukopnemer: wat is het en hoe werkt het?

De werking van een drukopnemer

De werking van een drukopnemer draait om een membraan dat vervormt zodra er druk op komt te staan. Hoe hoger de druk, hoe verder het membraan doorbuigt.

Achter dat membraan zit een meetelement dat de beweging omzet in een elektrisch verschil. In de meeste industriële opnemers zijn dat rekstrookjes, gelijmd op het membraan in een brugschakeling (wheatstonebrug).

Buigt het membraan, dan rekken de strookjes mee en verandert hun weerstand. Andere principes zijn capacitief, waarbij de afstand tussen twee platen wijzigt, piëzo-elektrisch, waarbij het materiaal onder druk een lading opbouwt, en optisch. De opnemer krijgt een stabiele voedingsspanning, de excitatie, en geeft een klein spanningsverschil terug dat evenredig is met de druk.

Dat signaal is zwak, dus het wordt versterkt, geconditioneerd en meestal temperatuurgecompenseerd, want temperatuur beïnvloedt zowel het membraan als de elektronica. Het resultaat is een stabiel uitgangssignaal: 4-20 mA, 0-10 V of een millivolt-signaal per volt voeding (mV/V), en steeds vaker een digitaal signaal.

Een regelaar of indicator leest die waarde uit en gebruikt hem om het proces te sturen of te bewaken. Binnen de meet- en regeltechniek vallen deze instrumenten onder de druksensoren, waarvan de drukopnemer een specifieke uitvoering is.

Soorten drukopnemers

Drukopnemers zijn er in drie hoofdsoorten, ingedeeld naar de drukreferentie die ze gebruiken:

• Absolute drukopnemer: meet ten opzichte van een volledig vacuüm, dus onafhankelijk van hoogte of weersinvloeden. Je gebruikt hem waar de exacte druk telt, los van de omgeving.
• Overdrukopnemer: meet ten opzichte van de heersende luchtdruk. Dit is de meest voorkomende uitvoering, bijvoorbeeld voor druk in leidingen en tanks.
• Verschildrukopnemer: meet het verschil tussen twee aansluitingen, handig voor doorstroming en filterbewaking.

Naast de referentie verschillen opnemers in hun meetprincipe. Rekstrookopnemers zijn robuust en nauwkeurig en dekken het grootste deel van de industriële toepassingen. Capacitieve opnemers zijn gevoelig bij lage drukken, terwijl piëzo-elektrische opnemers vooral snelle drukpieken en dynamische metingen goed volgen.

Tot slot bepaalt de uitvoering waar je de opnemer inzet. Onderdompelbare types hangen aan hun eigen kabel voor niveaumeting, inschroef- en flensuitvoeringen koppel je vast aan een proces, en front-membraanopnemers voorkomen dat viskeuze of vervuilende media zich vastzetten. Welke je nodig hebt, hangt af van het medium, het meetbereik en de omgeving.

De differentiële drukopnemer

Een differentiële drukopnemer meet het drukverschil tussen twee punten in plaats van één absolute waarde. Het membraan zit tussen twee aansluitingen en buigt naar de kant met de laagste druk.

Dit type gebruik je voor doorstroommeting, filterbewaking en niveaumeting in gesloten tanks. Het verschil tussen in- en uitgang vertelt je bijvoorbeeld of een filter dichtslibt of hoeveel weerstand een leiding geeft. In een gesloten tank onder druk corrigeert de tweede aansluiting voor de heersende systeemdruk, zodat je zuiver de vulhoogte overhoudt.

Verschil tussen drukopnemer en druktransmitter

Het verschil tussen een drukopnemer en een druktransmitter zit in het uitgangssignaal. De termen worden vaak door elkaar gebruikt, terwijl ze technisch niet hetzelfde zijn.

Een drukopnemer (pressure transducer) geeft doorgaans een klein, onversterkt signaal af, zoals mV/V. Dat signaal is nauwkeurig, maar gevoelig voor ruis over lange kabels en het vraagt een uitleesunit dichtbij die de excitatie levert.

Een druktransmitter is in feite een opnemer met ingebouwde versterking. Die levert een gestandaardiseerd signaal zoals 4-20 mA of 0-10 V, ongevoelig voor ruis over lange afstanden en direct te koppelen aan een PLC, vaak als eenvoudige tweedraadslus.

Een drukschakelaar is weer iets anders: die meet geen waarde, maar geeft een schakelcontact zodra een ingestelde druk wordt bereikt. Je gebruikt hem voor alarmen en beveiligingen, niet voor continue meting. We hebben het onderscheid tussen drukopnemer, transducer, transmitter en switch apart uitgewerkt, want de keuze bepaalt hoe je het instrument aansluit en uitleest.

Toepassingen van een drukopnemer

Een drukopnemer wordt toegepast om druk te bewaken en te regelen in industriële processen. De opnemer levert de meetwaarde overal waar druk een proces stuurt of beveiligt:

• Hydraulische en pneumatische systemen
• Pomp- en compressorbewaking
• Niveaumeting in tanks en silo's
• Drukregeling in leidingen
• Procesbewaking in de maakindustrie

In een hydraulisch systeem geeft de opnemer een alarm zodra de druk boven de veilige grens komt, zodat de installatie op tijd terugschakelt. Bij niveaumeting vertaal je de hydrostatische druk onderin een tank rechtstreeks naar de vulhoogte, zonder mechanische vlotter.

In de maakindustrie draait het vaak om procesbewaking: een stabiele druk betekent een constante productkwaliteit. Zodra de druk wegloopt, loopt de kwaliteit mee, en dat wil je vóór zijn. Nergens is dat zo duidelijk als in de kunststofverwerking.

Drukopnemers voor smeltdruk in de kunststofverwerking

Drukopnemers voor smeltdruk meten de druk van gesmolten kunststof in een extruder of spuitgietmachine. Dat is een zwaardere toepassing dan een gewone procesdruk, want de opnemer zit direct in de hete materiaalstroom en verwerkt hoge drukken.

Bij extrusie en polymeerverwerking bepaalt de smeltdruk of het proces stabiel loopt. Een te hoge druk wijst op een verstopping of een dichtgeslibde zeef, een schommelende druk op een onregelmatige aanvoer. De smeltdrukopnemer vervult daarbij meerdere rollen:

• Procesbewaking: een constante smeltdruk geeft een constante productkwaliteit.
• Overdrukbeveiliging: bij te hoge druk schakelt de opnemer de machine uit voordat er schade ontstaat.
• Regeling: in combinatie met een smeltpomp houdt de meting de druk aan de matrijs stabiel.
• Kwaliteitsborging: de druk voor de matrijs zegt direct iets over de dikte en maatvastheid van het product.

Constructief werken deze opnemers met een membraan aan de tip dat de druk via een gevuld capillair overbrengt naar het rekstrookelement, zodat de gevoelige elektronica buiten de hitte blijft. Het gangbare uitgangssignaal is de industriestandaard van 3,33 mV/V, en de bereiken lopen op tot 10.000 PSI. Waar je de opnemer plaatst, hangt af van wat je wilt bewaken: voor de zeefwisselaar, voor de smeltpomp of vlak voor de matrijs.

Rokoma levert deze smeltdrukopnemers als officieel Dynisco-dealer in Nederland, in het assortiment Dynisco drukopnemers, met series voor uiteenlopende bereiken en nauwkeurigheden.

Kwikvrije smeltdrukopnemers

Kwikvrije smeltdrukopnemers gebruiken een alternatief vulmedium in plaats van kwik. Traditioneel brengt een kwik- of NaK-vulling de druk van het tip-membraan over naar het meetelement.

Kwikvrije uitvoeringen sluiten milieu- en contaminatierisico's uit en zijn in veel branches gewenst of verplicht, zeker in de voedings- en medische kunststofverwerking. Een voorbeeld is de kwikvrije Vertex-serie, die met een direct meetprincipe en een steviger membraan werkt zonder vulvloeistof.

De juiste drukopnemer kiezen

De juiste drukopnemer kies je op basis van het meetbereik, het medium en de omgeving. Loop de volgende punten na:

• Meetbereik: kies een bereik net boven de maximale druk die in je proces voorkomt, zodat je meetnauwkeurigheid en marge houdt.
• Medium: gas, vloeistof of gesmolten kunststof bepaalt de uitvoering en het membraan.
• Uitgangssignaal: 4-20 mA, mV/V of digitaal, afgestemd op je regeling en de kabellengte.
• Aansluiting: passend op je systeem, bijvoorbeeld inschroefdraad of flens.
• Temperatuur en membraan: doorslaggevend in hete of agressieve processen.

Twijfel je tussen twee bereiken, kies dan niet automatisch het ruimste. Een te groot bereik levert bij lage werkdruk een minder nauwkeurige meting op, terwijl een te krap bereik de opnemer overbelast bij een drukpiek.

Welk membraan past bij jouw drukopnemer?

Het membraan van een drukopnemer kies je op basis van het verwerkte materiaal en de procestemperatuur. Voor standaard extrusie volstaat vaak een DyMax-gecoat roestvrijstalen membraan (15-5PH), dat goed bestand is tegen abrasieve materialen zoals polypropyleen.

Verwerk je corrosieve of sterk hechtende materialen, dan voorkomt een titaniumnitride-coating (TiN) of een ander membraanmateriaal, zoals Hastelloy, hechting en slijtage. In onze uitleg over welk membraan je kiest lees je per materiaal welke coating past. Een verkeerde keuze hier kost juist geld, omdat de opnemer sneller uitvalt of onnauwkeurig gaat meten.

Aan de slag met drukopnemers met Rokoma

Twijfel je welke drukopnemer bij jouw proces past? Bij Rokoma staan er echte technici klaar die met je meedenken, geen verkopers met een keuzemenu.

Wil je sparren over meetbereik, uitgangssignaal of membraankeuze, neem dan gerust contact op. Het volledige assortiment en meer technische uitleg vind je bij Rokoma.