Langzeitstabilität bei Drucksensoren verstehen

Warum „%FS/Jahr“ nicht die ganze Geschichte erzählt

Bei der Auswahl eines Drucksensors vergleichen Ingenieure häufig eine Angabe wie: Langzeitstabilität: ±0,1 %FS/Jahr

Doch was bedeutet dieser Wert tatsächlich? Bei einem Drucksensor mit einem Messbereich von 1 MPa entsprechen ±0,1 %FS beispielsweise ±1 kPa. Auf den ersten Blick könnte man daraus schließen, dass sich der Sensor innerhalb eines Jahres um maximal diesen Wert verändert.

In der Praxis ist die Langzeitstabilität jedoch wesentlich komplexer.

Stabilität hängt nicht nur von der Zeit ab

Die Drift eines Drucksensors wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, unter anderem:

• Eigenschaften des Sensorelements
• mechanische Spannungen und deren Relaxation
• Gehäuse und Membran
• Dichtungs- und Füllprozesse
• Temperatureinflüsse
• Druckbelastung
• Fertigungsprozesse

Dies ist insbesondere bei MEMS-basierten und ölgefüllten Drucksensoren relevant, da mechanische und verpackungsbedingte Einflüsse die Langzeitdrift beeinflussen können.

Deshalb reicht die Frage „Wie lange wurde der Sensor getestet?“ allein nicht aus. Ebenso wichtig sind die Prüfbedingungen und die verwendete Bewertungsmethode.

Screening kann die Fertigungskonsistenz verbessern

Eine Langzeitstabilität von einem Jahr oder länger lässt sich nicht bei jeder Produktionscharge wirtschaftlich vollständig prüfen.

Stattdessen können geeignete Prozesskontrollen und Kurzzeittests eingesetzt werden, um potenziell instabile Sensorelemente zu erkennen. Beispielsweise kann die Nullpunktdrift eines nicht kompensierten Sensorelements über einen definierten Zeitraum überwacht werden.

Ein solcher Screening-Test sollte jedoch nicht mit einer einjährigen Langzeitprüfung gleichgesetzt werden. Beide Methoden verfolgen unterschiedliche Ziele.

Höhere Anforderungen erfordern eine Qualifizierung

Wenn eine Anwendung beispielsweise eine Langzeitstabilität von besser als 0,05 %FS/Jahr erfordert, reicht es nicht aus, lediglich die Zahl im Datenblatt zu ändern.

Eine solche Anforderung sollte durch zusätzliche Prüfungen, Prozesskontrollen und eine definierte Qualifizierung unter geeigneten Anwendungsbedingungen abgesichert werden.

Aus unserer Sicht sollte Langzeitstabilität deshalb nicht nur als eine weitere Kennzahl im Datenblatt, sondern als Qualifizierungsthema betrachtet werden.

Unser Ansatz

Die standardmäßige Angabe für die Langzeitstabilität des Kümago GP-2710 Intelligent Pressure Sensor beträgt ±0,1 %FS/Jahr.

Für Anwendungen mit höheren Anforderungen können zusätzliche Stabilitätsprüfungen und eine projektspezifische Qualifizierung vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein Zielwert von besser als 0,05 %FS/Jahr unter gemeinsam definierten Prüfbedingungen bewertet werden.

Die entscheidende Frage lautet daher nicht nur:  „Wie hoch ist die Langzeitstabilität?“ 

sondern vielmehr: „Wie wird die Stabilität definiert, welche Faktoren beeinflussen sie und wie wird sie kontrolliert und verifiziert?“

Gerade bei eingebetteten Druckmesssystemen kann diese Betrachtungsweise entscheidend sein, um den geeigneten Sensorkern für eine langfristig zuverlässige Messlösung auszuwählen.