Probleme mit Drucksensor KYP 43 A (Siemens) und Arduino

Ich habe beruflich mal die Aufgabe gehabt, den KPY 43 in 
Vakuumcontrollern von Vacuubrand zu ersetzen. Nach einer Reihe von 
Jahren sind die Sensoren am Ende.
Der Ersatz kostet 55 Euro, und mit ein paar Widerstandsanpassungen ist 
er ein direkter Ersatz.
Falls ich Fragen zu dem KPY 43 oder ähnlich beantworten kann, gerne!

Jochen F. schrieb:
> Ich habe beruflich mal die Aufgabe gehabt, den KPY 43 in
> Vakuumcontrollern von Vacuubrand zu ersetzen. Nach einer Reihe von
> Jahren sind die Sensoren am Ende.
> Der Ersatz kostet 55 Euro, und mit ein paar Widerstandsanpassungen ist
> er ein direkter Ersatz.
> Falls ich Fragen zu dem KPY 43 oder ähnlich beantworten kann, gerne!

Vielen herzlichen Dank für Dein Angebot. Ich würde mich freuen, auf 
Deine Hilfe zurückgreifen zu können.
Wir haben im Labor auch einige Gräte von Vacuubrand, bspw. einen 
Rotationsverdampfer mit integriertem Vakuumcontroller und Membranpumpe 
von Vacuubrand. Ich habe mir zu Hause ein kleines Labor eingerichtet 
(inkl. Abzug) und wie Dir ja sicherlich bekannt ist, kostet bereits ein 
einfacher Vakuumcontroller ohne Vakuumpumpe bereits ein Vermögen von 
einigen hundert EUR. Deshalb habe ich mich auch so gereut, als ich 
diesen Drucksensor zur Verfügung gestellt bekommen habe. Leider hat sich 
die ganze Sache für mich etwas komplizierter herausgestellt, als ich 
gedacht habe.
Zu Beginn würde es mir schon helfen, wenn du mir erkären könntest, wie 
dieser Sensor z. B. an einen Arduino Mega angeschlossen werden könnte 
und wie ich von den Sensordaten dann auf den enstpr. Druck im mBar 
komme. Mir ist bewusst, dass der ADC des Adruino möglicherweise nicht 
ausreicht, um eine gute Auflösung zu erreichen, aber ich denke, dass man 
später ja immer noch zusätzlich einen externen 24-Bit ADC verwerden 
kann.

Vielen Dank für Dein Angebot und Deine Hilfe.

Gruß

Den Bereich der Ausgangsspannung kann man immer mit einem Op-Amp passend 
skalieren, so daß man immer eine optimale Auflösung bekommt. Vacuubrand 
hat m. M. n. auch nur 10 Bit, direkt im Controller.
Ich müßte die Typnummer des anderen Sensors heraussuchen, falls 
Interesse.
Ansonsten kann man das Datenblatt des KPY 43 lesen, um festzustellen, 
wie groß der jeweilige Ausgangsspannungsbereich für die zu erwartenden 
Drücke ist.

Genau daran liegt leider mein Dilemma. Ich kann mit den Werten im 
Datenblatt nicht wirklich viel anfangen. Es stellt für mich komischer 
Weise kein Problem dar, die schwierigsten chemischen Synthesen 
nachzuverfolgen oder deren Synthesegleichung aufzustellen, aber mit 
diesem Sensor komme ich leider nicht klar.

Wo genau liegt das Problem?
Es handelt sich doch "nur" um eine Brückenschaltung, bei der 2 
Widerstände druckabhängig sind. Es gibt also eine Unbalanciertheit, die 
druckabhängig ist. Das ist die Ausgangsspannung, als Differenz zum 
anderen Brückenzweig, der Referenz.

Wenn ich es richtig verstanden habe, muss ich an Pin 2 und 6 die 
Versorungsspannung von 12 V anlegen und Pin 3 und 7 liefern mir ein 
entsprechendes Spannungspotenzial, das Druckabhängig ist? Aber wie kann 
ich diese Spannung anschließend in den Druck (mBar) umrechenen und muss 
ich die Temperatur mit berücksichtigen? Ich habe im Datenblatt den Wert 
"Output Voltage" gefunden und beim KYP43A steht da min. 45 mV bis max. 
100 mV, bedeutet dies, dass 45 mV den untersten Druckbereich und 100 mV 
den höchsten Druckbereich des Sensors wiederspiegeln. Vielleicht 
verstehe ich das Prinzip ja auch vollkommen falsch, aber ein bestimmtes 
Spannungspotenzial von bspw. 56 mV sollte doch eindeutig einem 
bestimmten Druck in mBar entprechen. Bitte korrigiere mich, wenn ich das 
falsch verstehe.

Das Datenblatt ist wirklich nicht das Gelbe vom Ei. Ich hänge mal meine 
Schaltung als PDF an.

Danke dir für Deine Schaltung, ist das die komplette Schaltung, die 
sieht auf der rechten Seite so abgeschnitten aus?

Es sind 2 Seiten geworden.von A3 auf A4 passiert. Aber ich denke, man 
kann es ausdrucken und zusammenkleben. Die PDF-Generierung ist immer 
noch eine Krücke in Eagle.

Vielen herzlichen Dank nochmal für Dein Schaltung. Sobald ich zu Hause 
bin werde ich die nötigen Bauteile bestellen und die Schaltung 
ausprobieren.
Ich hoffe, dass ich mich erneut an Dich wenden darf, wenn nochmals 
Probleme auftauchen sollten, wovon ich ehrlich gesagt ausgehe.

DANKE

Gruß

Ich stehe jederzeit für einen Dialog bereit! Auch ich kann 
wahrscheinlich daraus noch etwas lernen.

BioDOC -. schrieb:
> Wenn ich es richtig verstanden habe, muss ich an Pin 2 und 6 die
> Versorungsspannung von 12 V anlegen und Pin 3 und 7 liefern mir ein
> entsprechendes Spannungspotenzial, das Druckabhängig ist?

12V sind die Maximalwerte, damit heizt du den Sensor sinnlos auf, 
typisch ist 5V.
Der Sensor hat einen Druckbereich von 0 bis 1,6 bar.
Der Sensor ist ein passiver Sensor, das bedeutet der funktioniert erst 
mit einer Schaltung und er muss kalibriert werden.

Im Druckbereich von 0...1.6Bar gibt er bei 5V eine Spannung aus von 44mV 
bis 70,4mV.
ABER das sind typische Werte, er darf und kann bei 0Bar eine Spannung 
von 44mV +- 25 mV ausgeben, also 19mV bis 69mV. Du kannst also nicht mit 
dem Spannungswerten die du misst sagen, laut Datenblatt habe ich diesen 
Druck.

Das war auch ein Punkt, der mich im Datenblatt verwirrte, weil bei 
Versorgungsspannung 12V stand und unter Electrical Characteristics 5V 
genannt wurden.
Bedeutet das also, dass es erst nach Kalibrierung des Sensors möglich 
ist, eine ausgegebenen Spannung in einen entsprechenden Druckwert 
umzurechnen?

Kleiner Nachtrag, der Temperatursensor ist dort auch nicht umsonst 
verbaut, wenn du so ein Sensor während der Messung anfasst und damit 
erwärmst ändert sich auch oft der Druckmesswert.
Wichtig wäre auch noch wie genau das werden soll.

Also wenn möglich wäre eine Genauigkeit von 0,1 mBar schön, also die 
Anzeige einer Nachkommastelle (z. B. 354,3 mBar), das wäre sozusagen der 
Idealfall. Es würde aber auch schon eine Genauigkeit von ± 1 mBar 
ausreichen, also bspw. 354 mBar.

BioDOC -. schrieb:
> Bedeutet das also, dass es erst nach Kalibrierung des Sensors möglich
> ist, eine ausgegebenen Spannung in einen entsprechenden Druckwert
> umzurechnen?

Eigentlich ja, wobei dort zu unterscheiden ist zwischen einer 
Druckänderung und einem absoluten Druckmesswert.
Bei den Toleranzen steht auch eine Abweichung in BFSL, also wird nur die 
Form der Kennlinie bewertet, die darf aber irgendwo lustig im Raum 
verschoben werden.
Ich habe keine Ahnung ob es andere fertige Module gibt, die evtl. 
geeigneter währen. Für die Chem. Resistenz würde ich nach Piezoresestiv 
suchen und/oder die Datenblätter der Sensoren daraufhin checken.
Ansonsten, wenn es denn der Sensor werden muss, könnte ich beim 
kalibrieren auf Arbeit behilfreich sein.

Im Bereich von 35...1300mBar Absolut geht das schnell mal zwischendurch 
(+-0,5mBara), darunter müsste ich an ein anderes Gerät, ist etwas 
aufwändiger und ich will nicht, dass der Chef das mitbekommt. Dauert 
also länger.
Ich kann auch den blanken Sensor ohne Elektronik kalibrieren, falls dir 
das was nützt.
Kosten belaufen sich nur auf Porto. Kann aber etwas Zeit fressen und 
Urlaub kommt auch noch.

BioDOC -. schrieb:
> Also wenn möglich wäre eine Genauigkeit von 0,1 mBar schön, also die
> Anzeige einer Nachkommastelle (z. B. 354,3 mBar), das wäre sozusagen der
> Idealfall. Es würde aber auch schon eine Genauigkeit von ± 1 mBar
> ausreichen, also bspw. 354 mBar.

Puuuh, also der Sensor hat 1600mBar.
8,8mV/V/bar
also bei 5Vin
8,8*5*Pe
44...70,4mV
also 0,0165mV/mBar
also 16,5µV/mbar
und 1,6µV/0,1mBar.

Das wird auch elektrisch und thermisch nicht einfach. Dazu kommt das 
Datenblatt sagt 0,35% BFSL. Also darf der Sensor einen Fehler haben 
(nach Kalibrierung) von 0,35% von 1600mBar = 5,6mBar.

Das wäre wirklich phenomenal, wenn Du das machen könntest.

Unter 35 mBar sollte es schon sein, da es einige Stoffgruppen gibt, die 
sehr temperaturempfindlich sind. Bei einer Vakuumdestillation wird die 
Temperatur immer auf 40°C belassen. Eingestellt wird lediglich der 
Druck, bei dem destilliert wird. So ist z. B.  bei dieser Temperatur für 
n-Xylol ein Druck von 26 mBar und für Dimethylformamide oder n-Pentanol 
ein Druck von sogar nur 11 mBar nötig. Diese Lösungsmittel sind zwar 
nicht temperaturempfindlich, aber manchmal die darin gelösten Produkte. 
Wenn man also ein temperaturempfindliches Produkt vom einem 
Lösungsmittel trennen will, ist das in so einem Fall nur unter 
Vakuumdestillation machbar. Das ist eigentlich meißt der einzige Grund 
für eine Vakuumdestillation, manchmal noch, weil manche Stoffen ohne 
Vakuum sonst einen sehr hohen Siedepunkt haben, auf den man die 
Apperatur sonst erst einmal aufheizen müsste.

Du kannst Dir übrigens alle Zeit dafür nehmen die Du brauchst. Ich bin 
ja froh, überhaupt Hilfe zu bekommen.
Oder kennst du vielleicht einen Sensor, der die gewünschten Genauigkeit 
liefern kann?

Wolfgang schrieb:
> Jochen F. schrieb:
>> Aber ich denke, man kann es ausdrucken und zusammenkleben. Die
>> PDF-Generierung ist immer noch eine Krücke in Eagle.
>
> Wäre es so schlimm, den Schaltplan als PNG-Bild zu exportieren und das
> dann mit einem Programm deiner Wahl im PDF zu "drucken"?

Keineswegs, tatsächlich habe ich den Schaltplan bereits in Illustrator 
zusammengesetzt und als PDF exportiert. Ich habe nur gefragt, weil mir 
nicht aufgefallen ist, dass die PDF über mehrere Seite verteilt war.
Ehrlich gesagt verstehe ich auch diesen Einwand nicht. Niemand hat 
jemals gesagt, dass dies schlimm sei. Unkonstruktiv und für niemanden 
wirklich hilfreich.

Fred F. schrieb:

> Puuuh, also der Sensor hat 1600mBar.
> 8,8mV/V/bar
> also bei 5Vin
> 8,8*5*Pe
> 44...70,4mV
> also 0,0165mV/mBar
> also 16,5µV/mbar
> und 1,6µV/0,1mBar.
>
> Das wird auch elektrisch und thermisch nicht einfach. Dazu kommt das
> Datenblatt sagt 0,35% BFSL. Also darf der Sensor einen Fehler haben
> (nach Kalibrierung) von 0,35% von 1600mBar = 5,6mBar.

Ein baugleicher Sensor wurde in einem kommerziellen Vakuumcontroller der 
Firma Thyracont verbaut, dessen Genauigkeit mit ± 1 angegeben wird. 
Dieser Vakuumcontroller ist zwar nicht mehr erhältlich, wird aber in 
einigen Laboratorien noch immer eingesetzt.

BioDOC -. schrieb:
> Oder kennst du vielleicht einen Sensor, der die gewünschten Genauigkeit
> liefern kann?

Ich könnte mir vorstellen, dass du mit einem Pirani Sensor besser 
bedient wärst. Ist aber nur ne Vermutung.
Ansonsten falls du den mal kalibriert haben willst, schreib einfach wenn 
es soweit ist eine PM. Die Beiträge verschwinden hier schnell in der 
Tiefe, und ich schaue hier nicht regelmäßig rein.

omg schrieb:

>
> ±1 mbar, ±1 mmHg, ±1 % vom Messwert, ±1 % FS, ±1 Digit oder was?

Ich habe leider vesehentlich die Einheit vergessen, es sind aber nicht 
Prozent, sonder ± 1 mBar, bei neueren Geräte von Vcuubrand sind es sogar 
nur ± 0,1 mBar.
Da ich aber auf einen Kommentar von Fred geantwortet hatte, in dem er 
5,6 mBar bereits angiebt, hätten man schon darauf kommen können, das 
hier mBar gemeint sind. Eine Abweichung von 16 mBar hätte möglicherweise 
auch schlimme Folgen in der Synthese. Die Wasserbäder von 
Ratstionsverdampfern werden immer mit einer Temp. Von 40°C betrieben. 
Sinkt nun der Druck zu sehr ab, geht folglich auch mehr Lösungsmittel in 
die Dampfphase über, die Kühlfallen könnten den Überschuss an 
Lösungsmitteldämpfen nicht mehr ausgefrieren und es würde in die 
Vakuumpumpe gezogen, was dieser nicht immer zuträglich ist und solche 
Pumpen kosten schon mal ein paar tausend Euro, wie leider auch die 
kommerziellen Vakuumcontroller.

Achim S. schrieb:
>
>
> Mit einem piezoelektrischen Sensor wie dem KPY43? Da würde mich
> interessieren, von welchem konkreten Gerät du sprichst. Wenn ich bei
> vacuubrand nachschaue, finde eigentlich überhaupt keine piezoresistiven
> Sensoren mehr

bei den Vacuubrand Controllern habe ich mich leider geirrt, das 
Thyracont-Gerät ist das "VD7 B".

Wenn mit Messgenauigkeit ± 1mBar die Anzeige gemeint ist, dann 
verwechsle ich das vielleicht, aber dann ist es auch irreführend, die 
Angaben werden für Chemiker geschrieben und die interessiert in erster 
Linie wie genau dieses Gerät messen kann. kann ein Gerät tatsächlich 
genauere Messwerte Anzeigen, als es messen kann, kommt mir komisch vor.

Es muss übrigens für mich kein piezoresistiver Sensor sein, ich habe den 
nur angeführt, weil ich einen solchen eben besitze. Sollte jemand einen 
besseren Vorschlag haben, bin ich für jede Hilfe dankbar, solange der 
Sensor einigermaßen lösungsmittelbeständig ist und ungefähr der 
gewünschten Genauigkeit entspricht und er sollte natürlich nicht den 
Gegenwert eines Kleinwagens haben.

Achim S. schrieb:
> BioDOC -. schrieb:
>> das
>> Thyracont-Gerät ist das "VD7 B".
>
> Das ist ein Controller, an den unterschiedliche Sensoren
> (unterschiedliche Messprinzipien) angschlossen werden könnten. Als
> piezoresistiven Sensor dafür gibt es den vsc43ma4.
> https://thyracont-vacuum.com/product/vsc43ma4-analogline-piezo/
>
 Tut mir leid, aber dieser Controller ist nicht für unterschiedliche 
Sensoren ausgerichtet. Die Sensorbilder in meinem ersten Beitrag zeugen 
genau den Sensor, der in diesem Controller verbaut ist.

Wenn ich nochmal genau darüber nachdenke dürften 4,2 mBar Ungenauigkeit 
akzeptabel sein, denn wie bereits erwähnt, kann man bei diesen 
Controllern eine Hysterese einstellen (z. B. ±10 mBar) und in diesem 
Bereich hält der Controller dann den Druck.
Ansonsten wäre auch eine sehr teueren Vakuumpumpe nötig, deren Drehzahl 
reguliert werden kann.

nach kurzer Suche bin ich auf folgenden Sensor gestoßen
er ist für extreme Bedingungen ausgelegt, hier der Link zum Datenblatt

https://www.sensata.com/sites/default/files/a/sensata-p1a-compact%20geometry%20pressure%20sensor-datasheet.pdf

heinz schrieb:

hallo zusammen,

ich weis nicht ob das thema noch aktuell ist. darum zur geschichte folgendes. ich bin der ursprüngliche entwickler der beiden thyracont geräte vd81 und vd83. das eine ist basierend auf den kpy43 sensoren von siemens und das andere arbeitet nach dem pirani system. darum die frage: was brauchst du eigentlich genau für einen druckbereich in dem du arbeitest?

vg heinz

Hallo Heinz es tut mir leid, dass ich erst so spät antworte, aber ich habe deinen Post leider übersehen. Der Druckbereich in dem ich arbeite liegt zwischen 950 und 5 mBar. Die zweistufige Drehschieberpumpe die ich verwende ist zwar in der Lage bis zu einem Feinvakuum von 10E-3 mBar zu evakuieren, eine Vakuum-Destillation wird aber fast ausschließlich im Grobvakuumbereich (knapp unter Atmosphäre Normal - 1 mBar) durchgeführt.