In line druksensor: waar in het proces je meet

Wat betekent in line bij een druksensor

In line betekent bij een druksensor dat de sensor direct in de processtroom meet, zonder monstername en zonder impulsleiding ertussen. Dat klinkt vanzelfsprekend, maar in de praktijk gebruiken leveranciers de term een stuk losser.

Elke sensor met een procesaansluiting die in een leidingdeel geschroefd wordt, heet dan al inline. Dat is verwarrend, want in line gaat over de plek waar je meet en niet over het schroefdraad dat erop zit. De druksensoren van Dynisco voor smeltdruk zijn per definitie in line, omdat het membraan in de smelt staat en er niets wordt afgetakt.

De begrippen druksensor, transducer, transmitter en drukschakelaar betekenen onderling niet hetzelfde, maar dat onderscheid staat los van de meetpositie en blijft hier verder buiten beschouwing.

Druksensor in-line, on-line, at-line en off-line meten

In-line, on-line, at-line en off-line beschrijven vier verschillende plekken waar een meting plaatsvindt, en het verschil zit in wat er met het materiaal gebeurt.

De eerste twee worden het vaakst door elkaar gehaald. Een on-line rheometer isoleert met een tandwielpomp een zijstroom gesmolten polymeer en stuurt die door een verwisselbare capillaire matrijs.

Dat levert waardevolle procesinformatie op, maar het is geen in line meting, want het materiaal verlaat het proces tijdelijk. Een smeltdruksensor meet altijd wat er op dat moment daadwerkelijk door de machine gaat.

Waarom de meetpositie de meetwaarde bepaalt

Een in line druksensor meet uitsluitend op zijn eigen positie, en dat maakt de meetwaarde zonder die positie betekenisloos. De druk vóór een zeefpakket zegt iets heel anders dan de druk erna, terwijl beide waarden op hetzelfde display in bar verschijnen.

Daarom zit er in een productielijn vaak meer dan één sensor. Niet omdat één meting onbetrouwbaar is, maar omdat pas het verschil tussen twee posities een proces zichtbaar maakt.

Zo werkt een in line druksensor in de smeltstroom

In de smeltstroom staat het tipmembraan van de sensor direct in het hete materiaal. Onder druk buigt dat membraan, en die beweging wordt via een vulmedium overgebracht op een tweede membraan met rekstrookjes.

Bij een vulvrije uitvoering werkt het meetelement rechtstreeks op de doorbuiging van het tipmembraan. Het resultaat is in beide gevallen een elektrisch signaal dat evenredig is met de procesdruk, precies zoals bij elke andere drukopnemer, alleen dan onder omstandigheden waar de meeste sensoren het niet lang volhouden.

Uit dat werkingsprincipe volgt meteen een constructie-eis. De smelt is heet en de elektronica mag dat niet worden, dus zit er altijd een stijve steel tussen het meetpunt en de behuizing, soms aangevuld met een flexibel gepantserd capillair dat de behuizing nog verder van de warmte weghaalt.

Een tweede gevolg is minder zichtbaar maar minstens zo belangrijk: het medium moet blijven stromen. Zodra de smelt op de meetplek stilstaat, meet je een materiaal dat niet meer representatief is voor je proces. Dat maakt de keuze van de meetplaats en de montage geen detail, maar het fundament onder de meting.

Waar in de lijn zet je de druksensor

Waar je de druksensor in de lijn zet, volgt uit de vraag die je wilt beantwoorden en niet uit de montagegaten die er toevallig al zitten.

In een extrusielijn gaat de smelt van de schroef via het smeltkanaal door een zeefpakket in de filterwisselaar, eventueel via een smeltpomp, naar de matrijs. Elke overgang verandert de druk, dus bepaal eerst welke overgang je wilt bewaken.

Voor en na de zeefwisselaar

Een sensor vóór de zeefwisselaar geeft de druk die de schroef opbouwt. Een sensor erna geeft de druk die de matrijs daadwerkelijk ziet. Het verschil tussen die twee waarden is de weerstand van het filterpakket, en dat verschil loopt op naarmate het pakket vervuilt.

In de praktijk is precies dat oplopende drukverschil het signaal om te wisselen, veel eerder dan de absolute druk dat is. Belangrijk detail: dat drukverschil bestaat alleen als er op beide posities in line gemeten wordt. Met één sensor zie je wel dat de druk stijgt, maar niet waar die stijging vandaan komt.

Bij de smeltpomp en de matrijs

Dichter bij het einde van de lijn verschuift de vraag van doorstroming naar productkwaliteit. Rond een smeltpomp bewaak je of de pomp doet wat hij moet doen. Bij spuitgieten gaat het om de druk in de cilinder of de matrijs, omdat die het vulgedrag en daarmee de maatvoering bepaalt.

Op diezelfde smeltlijn zit meestal ook een breekstift als mechanische overdrukbeveiliging. Dat is nadrukkelijk geen meetpunt: een breekstift meet niets, die begrenst alleen.

Montage in de processtroom begint bij het montagegat

De montage van een in line druksensor begint bij het montagegat, want de kwaliteit van de meting wordt voor een groot deel bepaald door het gat waarin de sensor zit. Voor smeltdruksensoren is 1/2-20 UNF met een zitting van 45 graden de facto de standaard, met M18 als metrische variant.

Zit die poort er al en is hij schoon en op maat, dan is de montage zelf een kwestie van minuten. Zit hij er niet, dan is het maken van de poort onderdeel van het project en geen bijzaak. Een gat dat te diep of niet schoon is, veroorzaakt een probleem dat je niet aan de sensor ziet.

In de ruimte tussen het membraan en de smeltstroom blijft materiaal achter dat stilstaat, degradeert en uiteindelijk verkoolt. De sensor meet dan nog steeds keurig een druk, alleen niet meer die van je proces.

De fabrikant noemt installatie in een verkeerd gereinigd of onjuist gemaat gat een van de belangrijkste oorzaken van sensorschade. Bij het vervangen van een sensor loont het daarom om het montagegat schoonmaken als vaste stap in te plannen.

Tot slot het nullen. Een smeltdruksensor stel je op nul bij procestemperatuur en met een drukloze machine, niet als de machine koud is. Het meetpunt en de behuizing zitten namelijk op verschillende temperaturen, en dat verschil verschuift het nulpunt.

Nullen op een koude machine levert daardoor een offset op die je de rest van de productierun meesleept. Let bij het aanhalen ook op het maximale aanhaalmoment van de betreffende uitvoering, dat bij de veelgebruikte PT-serie op circa 56 Nm ligt.

Uitvoeringen voor inline drukmeting

De uitvoeringen voor inline drukmeting verschillen vooral in de manier waarop de behuizing van de hitte wordt weggehouden, en dat is precies wat de montagemogelijkheden bepaalt. De drie hoofdvormen:

• Stijve steel: de standaarduitvoering, met een steellengte van 6 inch als meest gebruikte maat. Geschikt waar er ruimte is rond het montagegat en de omgevingstemperatuur beheersbaar blijft.
• Stijve steel met flexibel capillair: de behuizing zit los van het meetpunt en kan op afstand gemonteerd worden. De keuze bij krappe of hete machineomgevingen.
• Klein meetelement: een meetelement van circa 6 mm voor kleine extruders en rheometers, waar een standaard meetpunt simpelweg niet past.

Qua bereik dekt de smeltdruksensorlijn ruwweg 17 bar tot 690 bar af, oftewel 250 psi tot 10.000 psi in de eenheid die op de meeste datasheets staat. De maximale procestemperatuur verschilt per uitvoering: veelgebruikte uitvoeringen komen tot circa 371 °C aan het meetpunt, uitvoeringen met een NaK-vulling en een Inconel-membraan tot circa 538 °C.

Voor de uitgang geldt een vuistregel: een mV/V-signaal werkt prima naar een indicator vlakbij, 4-20 mA is de keuze zodra het signaal over langere afstand naar een PLC moet. Afwijkende bereiken, steellengtes en uitvoeringen zijn op aanvraag leverbaar.

Zo kies je de juiste in line druksensor

De juiste in line druksensor kies je in een vaste volgorde, en die begint niet bij het product. Bepaal eerst wat je wilt weten, want dat bepaalt de meetpositie. Kijk daarna of die positie al bestaat als montagegat en of dat gat de juiste maat en zitting heeft.

Pas dan komt het bereik in beeld, en daarvoor geldt een simpele regel: kies een bereik net boven de maximale druk die in je proces voorkomt. Te ruim gekozen kost je nauwkeurigheid over het hele meetgebied, te krap gekozen kost je de sensor.

Daarna volgen de omstandigheden. Neem de temperatuur op het meetpunt zelf en niet de ingestelde zonetemperatuur van de machine, want die twee lopen uiteen. Beoordeel vervolgens het polymeer dat je verwerkt op abrasiviteit en corrosiviteit, omdat dat de standtijd van het membraan bepaalt en de vraag oproept welk membraan je kiest.

Speelt contaminatie een rol, zoals in voedings- en medische kunststofverwerking, dan is een kwikvrije of vulvrije uitvoering het uitgangspunt. Kies tot slot de bouwvorm op basis van de ruimte en de warmte rond de machine, en de uitgang op basis van hoe ver je regeling weg staat.

Aan de slag met inline drukmeting met Rokoma

Wil je inline drukmeting opzetten of een bestaande sensor vervangen, dan denken onze technici graag mee over de meetpositie voordat je een sensor kiest. Dat scheelt in de praktijk meer dan het kiezen van een net iets nauwkeuriger type.

Rokoma levert de Dynisco smeltdruksensoren als officieel Dynisco-dealer in Nederland, met maatwerk vanaf één stuk en spoedlevering wanneer een lijn stilstaat.

Met de inmeetservice op locatie leggen we bovendien vast welke sensoren en elementen op welke lijn zitten, zodat je bij een storing meteen weet wat je nodig hebt. Bekijk het assortiment op Rokoma of bel gewoon even.