Prinzipanalyse verschiedener Arten von Drucksensoren

Drucksensoren sind die in der industriellen Praxis am häufigsten verwendeten Sensoren. Sie werden in verschiedenen industriellen Automatisierungsumgebungen eingesetzt, die Wasserwirtschaft und Wasserkraft, Schienenverkehr, intelligente Gebäude, Produktionsautomatisierung, Luft- und Raumfahrt, Militärindustrie, Petrochemie, Ölquellen, Elektrizität, Schiffe, Werkzeugmaschinen, Pipelines und viele andere Branchen umfassen. Im Folgenden werden die Prinzipien und Anwendungen einiger häufig verwendeter Sensoren kurz vorgestellt.

Ein Drucksensor ist ein Gerät oder eine Vorrichtung, die Drucksignale erfassen und diese nach bestimmten Regeln in nutzbare elektrische Ausgangssignale umwandeln kann. Ein Drucksensor besteht normalerweise aus einem druckempfindlichen Element und einer Signalverarbeitungseinheit.

1. Piezoresistiver Drucksensor

Dehnungsmessstreifen sind eine der Hauptkomponenten vonPiezoresistiver DrucksensorDas Funktionsprinzip des metallischen Dehnungsmessstreifens beruht auf dem Phänomen, dass sich der Widerstandswert des auf dem Trägermaterial aufgebrachten Dehnungswiderstands bei mechanischer Verformung ändert, was allgemein als Dehnungsmessstreifeneffekt bekannt ist.

2. Keramischer Drucksensor

The Keramischer Drucksensorbasiert auf dem piezoresistiven Effekt. Der Druck wirkt direkt auf die Vorderseite der Keramikmembran und verursacht eine leichte Verformung. Der Dickschichtwiderstand ist auf der Rückseite der Keramikmembran aufgedruckt und zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet. Aufgrund des Piezowiderstandseffekts erzeugt die Brücke ein hochlineares Spannungssignal, das proportional zum Druck und zur Erregerspannung ist. Das Standardsignal wird je nach Druckbereich auf 2,0/3,0/3,3 mV/V kalibriert und ist mit Dehnungsmessstreifensensoren kompatibel.

3. Drucksensor mit diffundiertem Silizium

Das Funktionsprinzip des Drucksensors mit diffundiertem Silizium basiert ebenfalls auf dem piezoresistiven Effekt. Durch Nutzung des piezoresistiven Effekts wirkt der Druck des Messmediums direkt auf die Membran des Sensors (Edelstahl oder Keramik), sodass die Membran eine zum Druck proportionale Mikroverformung erfährt. Dadurch ändert sich der Widerstandswert des Sensors. Eine elektronische Schaltung erkennt diese Änderung und wandelt sie in ein druckproportionales Standard-Messsignal um.

4. Piezoelektrischer Drucksensor

Der piezoelektrische Effekt ist das Hauptarbeitsprinzip des piezoelektrischen Sensors. Der piezoelektrische Sensor kann nicht für statische Messungen verwendet werden, da die nach der Krafteinwirkung entstandene Ladung nur erhalten bleibt, wenn die Schaltung eine unendliche Eingangsimpedanz aufweist. In der Realität ist dies nicht der Fall, daher ergibt sich, dass derPiezoelektrischer Drucksensornur dynamische Spannungen messen kann.

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