Lifetime-Transmitter

Dipl.-Ing. Matthias Klüh

Die Messzelle des ST3000-Lifetime-Transmitters basiert auf einem piezoresistiven Messelement und besteht im Innern aus insgesamt drei Messaufnehmern: dem Differenzdruckaufnehmer, einem Temperatursensor und einem Sensor zur Kompensation des statischen Drucks. Diese Messzellentechnologie ermöglicht ein Turn-down-Verhältnis von 400:1, d. h. der kleinstmögliche Messbereich beträgt z. B. beim Differenzdruckmessumformer 2,5 mbar während die größtmögliche Spanne 1000 mbar beträgt. Aufgrund dieses Messspannenverhältnisses kann man mit wenigen Transmittervarianten ausgekommen, was die Kosten im täglichen Betrieb reduziert. Einen noch größeren Einfluss auf die Cost of Ownership hat jedoch die Zuverlässigkeit und die Langzeitstabilität eines Transmitters. Mit einer MTBF (Mean Time Between Failure) von 470 Jahren setzen die ST3000-Transmitter Maßstäbe. Dass dieser Wert nicht nur eine theoretische, weil berechnete Größe ist, zeigt eine aktuelle Anwendung mit 1800 Transmittern an einem Standort und lediglich zwei Transmitterausfällen im Zeitraum von neun Monaten. Dies entspricht einer MTBF von über 600 Jahren. Geht man davon aus, dass ein solcher Transmitter die Lebensdauer der Gesamtanlage übertrifft, so kommt der Langzeitstabilität der gemessenen Werte eine überaus hohe Bedeutung zu. Die Lifetime-ST3000-Transmitter haben eine Stabilität von 0,01% pro Jahr – und dies über die gesamte Transmitterlebensdauer. Im täglichen Einsatz bedeutet dies, dass sich die Kalibrierintervalle gegenüber Transmittern üblicher Bauart um den Faktor 2 bis 5 verlängern lassen, ohne dass unakzeptable Genauigkeitsabweichungen auftreten. Die Stabilität wird bei den ST3000-Transmittern in % pro Jahr angegeben, ein Indiz für den nahezu linearen Verlauf der Stabilität über die Lebensdauer (Lifetime) des Transmitters. Neben der Stabilität und Zuverlässigkeit eines Transmitters ist die Genauigkeit, also der maximal mögliche Fehler, für den praktischen Einsatz von herausragender Bedeutung. Übliche Genauigkeiten (Fehler) liegen zwischen 0,5 und 0,05%. Die Lifetime-Transmitter bieten eine Referenzgenauigkeit von 0,0375% der kalibrierten Spanne.

Dieser Wert wird noch unterschritten, wenn das Ausgangssignal nicht konventionell als Stromsignal übertragen, sondern eines der digitalen Kommunikationsprotokolle verendet wird. Die Referenzgenauigkeit darf nicht verwechselt werden mit dem maximal möglichen Fehler TPE (Total Propable Error), der üblicherweise um den Faktor 3 bis 4 und darüber liegt. In diesen Fehler gehen die Quadrate der Werte für Referenzgenauigkeit, Temperaturfehler und Absolutdruckfehler ein. Der maximal mögliche Fehler variiert in Abhängigkeit des Messwertes und erreicht sein Maximum üblicherweise bei Werten kleiner 50 mbar für Differenzdrucktransmitter. Bei diesen Drücken addieren sich die Einzelfehler schnell zu Gesamtwerten von > 1%. Mit Werten von 0,135% für den maximal möglichen Fehler auch bei kleinen Drücken eignen sich die ST3000-Lifetime-Transmitter für anspruchsvolle Differenzdruckmessungen in Durchflussapplikationen.

Die in den ST3000-Transmittern verwendete Technologie nutzt eine aktive Fehlerkompensation für die durch Veränderungen des statischen Drucks hervorgerufenen Fehler sowie eine aktive Temperaturkompensation. Hierzu verfügt der piezoresistive Sensorchip über zwei Drucksensoren und einen Temperatursensor. Der im Transmitter eingebaute Mikroprozessor verarbeitet die gemessenen Signale zu einem druck- und temperaturkompensierten Messsignal. Diese Kompensationsmethode ermöglicht eine sehr viel genauere Kompensation über den gesamten Druck- und Temperaturhub als die einfacher aufgebauten passiv arbeitenden Kompensationen anderer Transmitterbauarten.

Im Speicherchip der ST3000-Transmitter wird bei der Herstellung die Kennlinie der Messzelle abgelegt. Um eine optimale Kompensation zu erreichen, wird ein Kennlinienfeld abgespeichert, das die im praktischen Einsatz am häufigsten vorkommenden Betriebszustände des Transmitters berücksichtigt.

Muss ein Lifetime-Transmitter nach mehreren Jahren doch einmal kalibriert werden oder soll er durch Neuparametrierung einer neuen Messaufgabe angepasst werden, steht mit dem MC-Toolkit ein Werkzeug zur Verfügung, das die Konfiguration vereinfacht.

Halle 10.2, Stand B36-E43