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Langzeitstabilität bei Drucksensoren verstehen

Long-term stability

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.

 

GP-402 I²C Digitaler Drucksensor

24-Bit Analog-Digital-Wandler Druck- und Temperaturausgabe über I²C Messbereich von -100 kPa bis 3,5 MPa Geringe Leistungsaufnahme Medienberührte Teile aus Edelstahl 316L Membran-Schutz

GP-2710 Intelligenter Drucksensor

Integrierter MCU für intelligente Signalverarbeitung RS485-, I2C- und SPI-Schnittstellen Programmierbar über Modbus via RS485 Genauigkeit bis ±0,03 % FS (TEB) Integrierter hochpräziser Temperatursensor Unterstützt Low-Power-Betrieb für Embedded-Systeme

CWY300 Digitaler Druckkalibrator

Messbereich -1 bis 2500 bar
Genauigkeit bis 0,02%FS
Für Gas und Flüssigkeit geeignet
USB und RS485/RS232 Schnittstellen
Integrierte Datenspeicherung
Robustes IP65 Gehäuse

PID-4100 Dynamisch-statischer Drucksensor

Vollverschweißte Konstruktion Hohe TEB-Genauigkeit Bis zu IP67 oder IP68 Kompakte Größe bis zu 19 AF Langfristige Stabilität Hoher EMI-Schutz