ENGINEERINGNET.BE - Ze combineren een hoge mate van procesveiligheid met uitstekende langetermijnstabiliteit en verminderen bekende knelpunten zoals corrosie, olievullingen en kwetsbare impulsleidingen. Bovendien worden keramische sensoren steeds vaker gezien als dé oplossing voor moderne waterstoftoepassingen.
Wanneer in een chemische fabriek de druk in een kritische reactor onverwacht stijgt of daalt, gaan onmiddellijk alarmbellen rinkelen. Heeft dit gevolgen voor de veiligheid van de installatie? Wordt de productkwaliteit beïnvloed? En wat is de onderliggende oorzaak? Door de drukwaarden te analyseren in combinatie met andere procesparameters – zoals temperatuur, debiet en niveau – kan snel worden vastgesteld of het probleem procesmatig is, of dat een sensor mogelijk onjuiste waarden levert.
Druk is, na temperatuur, de meest gemeten procesvariabele in de chemische industrie. Niet alleen reactoren, maar ook filters, leidingen, vaten en niveaumetingen zijn afhankelijk van (differentiaal)drukmetingen. Daarmee speelt drukmeting een sleutelrol in zowel procesveiligheid als kwaliteitsborging. Tegelijkertijd worden sensoren in deze sector blootgesteld aan extreme omstandigheden: agressieve media, hoge temperaturen en wisselende drukken.
Grenzen van metalen sensortechnologie
Metalen druktransmitters – doorgaans vervaardigd uit roestvast staal of speciale legeringen – vormen al jarenlang de ruggengraat van industriële drukmeting. Hun mechanische robuustheid maakt ze geschikt voor toepassingen met hoge drukken en temperaturen. Door de grote variatie aan procescondities is in de loop der jaren een breed scala aan uitvoeringen en meettechnieken ontstaan.
Toch kennen metalen sensoren ook beperkingen. Langdurige blootstelling aan corrosieve stoffen kan het membraan aantasten, terwijl materiaalveroudering leidt tot drift in meetwaarden en nulpunt. Om de nauwkeurigheid te waarborgen, zijn regelmatig herkalibraties noodzakelijk, wat extra onderhoud en kosten met zich meebrengt.
Keramische sensoren: corrosiebestendig en duurzaam
Sinds de jaren negentig winnen keramische druksensoren gestaag terrein. Hun grootste troef is de uitzonderlijke weerstand tegen corrosie, waardoor ze uitermate geschikt zijn voor agressieve chemische processen. Daarnaast onderscheiden ze zich door een zeer hoge stabiliteit op lange termijn en minimale drift.
Hoewel keramische meetcellen inzetbaar zijn in naar schatting 60 tot 70 procent van alle chemische toepassingen, worden ze soms nog onterecht als kwetsbaar beschouwd. In werkelijkheid is het tegenovergestelde waar: keramische membranen hebben een aanzienlijk hogere overbelastingsweerstand dan metalen varianten. Waar een metalen membraan blijvend kan vervormen bij extreme druk, veert een keramisch membraan terug naar zijn oorspronkelijke vorm zonder blijvende schade.
Een bijkomend voordeel is het droge meetprincipe. In tegenstelling tot metalen sensoren, die werken met een oliegevulde transmissie, bevatten keramische meetcellen geen vulvloeistof. Ze functioneren als een capacitief systeem waarbij drukveranderingen een minimale doorbuiging van het membraan veroorzaken, wat resulteert in een meetbare capaciteitsverandering. Deze technologie voorkomt het risico op lekkage van olie in het proces en draagt bij aan een hoge meetbetrouwbaarheid, zelfs bij hoog vacuüm.
Geavanceerde technologie voor veeleisende processen
De CERTEC-meetcel van VEGA vormt het hart van de VEGABAR-druktransmitters. Tijdens de productie worden membraan en basislichaam vervaardigd uit ultrazuiver aluminiumoxidekeramiek en onder cleanroomcondities voorzien van goudgeleiders. Vervolgens worden de componenten met glassoldeer bij hoge temperatuur samengevoegd tot één uiterst nauwkeurige meetcel.
Om ook onder snel wisselende procescondities betrouwbare meetwaarden te garanderen, heeft VEGA de temperatuurcompensatie verder verfijnd. Naast de temperatuurmeting in de sensorbehuizing wordt een extra temperatuursensor direct achter het keramische membraan geplaatst. Hierdoor worden zelfs minimale temperatuurveranderingen razendsnel gedetecteerd en via slimme algoritmen gecompenseerd. De temperatuurdata zijn bovendien afzonderlijk beschikbaar voor verdere procesanalyse.
Superieure prestaties bij vacuüm en waterstof
In toepassingen met hoog vacuüm of waterstof tonen keramische sensoren hun duidelijke meerwaarde ten opzichte van oliegevulde metalen meetcellen. In vacuüm kan transmissieolie gaan koken, wat leidt tot gasvorming en meetfouten. Bij waterstof speelt diffusie een cruciale rol: waterstofmoleculen kunnen door metalen membranen dringen, reageren met de olie en blijvende meetafwijkingen veroorzaken. Daarnaast kan waterstofverbrossing optreden, wat de mechanische integriteit van metalen aantast.
Keramische meetcellen zijn ongevoelig voor deze effecten. Zelfs als waterstof de meetcel zou binnendringen, veroorzaakt dit geen schade of meetfouten. Daarmee zijn keramische druksensoren bij uitstek geschikt voor waterstofproductie via elektrolyse, waar nauwkeurige metingen bij relatief lage drukken vereist zijn.
Extra veiligheid bij toxische media
Bij het meten van agressieve en giftige gassen, zoals fosgeen, is maximale veiligheid essentieel. In dergelijke toepassingen geven veel operators de voorkeur aan keramische meetcellen zonder olievulling. VEGA combineert hierbij chemisch bestendige kunststoffen met een zogenaamde “Second Line of Defense”. Hierbij zijn meetcel en elektronica gescheiden door een gasdichte glazen doorvoer, wat extra bescherming biedt bij membraanschade. Deze veiligheidsfunctie is beschikbaar voor onder andere de VEGABAR 82- en 83-serie.
Differentiaaldrukmetingen worden veel toegepast voor debiet-, niveau- en filterbewaking. Traditioneel gebeurt dit via impulsleidingen, die echter gevoelig zijn voor verstopping, bevriezing en meetfouten door gasinsluitingen. VEGA biedt hiervoor een alternatief door twee afzonderlijke, elektronisch gekoppelde sensoren te gebruiken. Deze oplossing maakt nauwkeurige drukverschilmeting mogelijk zonder de nadelen van complexe en onderhoudsgevoelige leidingconstructies.
Conclusie
Keramische meetcellen vormen een krachtig en toekomstbestendig alternatief voor metalen druksensoren in de chemische industrie. Hun hoge mate van veiligheid, weerstand tegen corrosie en uitstekende langetermijnstabiliteit maken ze bijzonder geschikt voor veeleisende processen – van agressieve chemicaliën tot waterstoftoepassingen.
Processensoren met keramische meetcel
De VEGABAR 82 (zie ook foto boven) is de veelzijdige allrounder binnen het VEGA-assortiment en meet betrouwbaar van absoluut vacuüm tot 100 bar bij temperaturen van –40 tot 150 °C. Dankzij de robuuste keramische meetcel worden temperatuurschokken gecompenseerd, waardoor de sensor breed inzetbaar is in chemische processen. Voor extreem corrosieve media en zware procescondities biedt de VEGABAR 81 een meetbereik tot 1000 bar en temperaturen tot 400 °C. Door twee sensoren uit de VEGABAR 80-serie te combineren, is bovendien nauwkeurige drukverschilmeting mogelijk zonder gebruik van impulsleidingen.
Tekst en foto's: VEGA
