Der Sensor-Chip piezoresistiver Drucktransmitter ist gewöhnlich von einer Stahlmembran umgeben. Auch für die Gehäuse der Messinstrumente wird für die meisten Anwendungen Edelstahl verwendet. Bei Kontakt mit Wasserstoff kann der Werkstoff spröde werden und reißen.
Wasserstoffversprödung tritt nicht nur bei Stahl, sondern auch bei anderen Metallen auf. Daher ist die Verwendung von Titan beispielsweise keine Alternative für Wasserstoffanwendungen.
Wasserstoffversprödung bezeichnet einen Verlust der Duktilität im Material. Duktilität beschreibt die Eigenschaft von Materialien, sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor sie brechen. Stahl kann sich je nach Sorte um mehr als 25 Prozent verformen. Materialien, die diese Fähigkeit nicht haben, nennt man brüchig.
Auch duktile Werkstoffe können brüchig, also spröde werden. Ist die Versprödung des Materials die Folge von Wasserstoffabsorption, spricht man von Wasserstoffversprödung. Wasserstoffversprödung tritt auf, wenn atomarer Wasserstoff in den Werkstoff diffundiert. Die Voraussetzung für Wasserstoffversprödung ist in der Regel Wasserstoffkorrosion.
Wasserstoffkorrosion, auch Säurekorrosion genannt, findet immer dann statt, wenn Sauerstoffmangel besteht und Metall in Kontakt mit Wasser kommt. Als Endprodukt der Redoxreaktion bleibt reiner Wasserstoff zurück, der das Metall oxidiert. Das Metall geht als Ionen in Lösung. Das Material wird dabei gleichmäßig abgetragen.
Der durch die Redoxreaktion freigesetzte Wasserstoff diffundiert dank seiner geringen Atomgröße von nur etwa 0,1 Nanometer in den Stahl. Direkt im Metallgitter des Werkstoffs besetzt der Wasserstoff als Atom Zwischengitterplätze. Gitterstörungen vergrößern dabei das Aufnahmevermögen. Es kommt zu einer chemischen Materialermüdung, die schließlich schon bei geringen Belastungen plötzlich Risse von innen nach außen entstehen lassen kann.
Aufgrund der sehr geringen Größe kann Wasserstoff nicht nur in das Material eindringen, sondern es auch gänzlich durchdringen. Es kann also nicht nur zu einer Versprödung des Werkstoffs kommen. Die Metallmembranen von piezoresistiven Drucksensoren sind sehr dünn – je dünner, desto empfindlicher und genauer arbeitet der Sensor. Diffundiert Wasserstoff in und durch die Membran (Permeation), kann er mit der den Sensor-Chip umgebenden Übertragungsflüssigkeit reagieren. In der Folge kommt es durch Wasserstoffanlagerungen zu Veränderungen der messtechnischen Eigenschaften der Messbrücke. Gleichzeitig kann es durch die Einlagerungen auch zu einer Druckerhöhung kommen, die in einer Wölbung bis hin zur völligen Zerstörung der Sensormembran resultiert.
Neben einer dickeren, wenn auch etwas ungenaueren Membran kann dieser Prozess durch eine Goldlegierung stark verzögert und die Lebensdauer optimiert werden.
Unsere neueste Generation von Drucksensoren und -transmittern ist speziell für die präzise Messung von Wasserstoffdruck entwickelt worden. Durch die innovative Verwendung einer goldbeschichteten Membran bieten diese Sensoren herausragende Leistung und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Wasserstoffanwendungen.
Die goldbeschichtete Membran dient als wirksame Barriere gegen Wasserstoffpermeation und verhindert somit unerwünschte Reaktionen mit dem Sensor-Chip und der Übertragungsflüssigkeit. Dadurch bleiben die messtechnischen Eigenschaften der Sensormembran stabil und unbeeinträchtigt. Gleichzeitig wird das Risiko einer Wasserstoffversprödung deutlich reduziert, was die Lebensdauer und die Betriebssicherheit des Drucksensors erheblich erhöht.
Die goldbeschichtete Membran ermöglicht eine präzise und wiederholbare Druckmessung im Wasserstoffumfeld, ohne Kompromisse bei der Empfindlichkeit und Genauigkeit eingehen zu müssen. Diese Sensoren zeichnen sich durch ihre hohe Beständigkeit gegenüber Wasserstoffkorrosion aus und gewährleisten somit eine langfristige und zuverlässige Leistung, selbst unter anspruchsvollen Bedingungen.
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