Best Of Elektornik
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Allgemein:

Druck ist definiert als Normalkraft auf eine Fläche.

Definition Druck

Einheit Druck Pascal, Newton pro Quadratmeter

Da diese Einheit sehr klein ist, benützt man im allgemeinem die Einheit bar. 1bar = 10000pa
In den USA und England rechnet man mit Pounds per square inch 1psi = 0,069bar.

Arten der Druckmessung

  • über- bzw. Unterdruck:
    über- Unterdruck Messung

    Nachteil: Ergebnis vom Luftdruckabhängig. Dies spielt jedoch bei höheren Drücken (hydraulische Systeme) keine Rolle mehr.

  • Absolutdruckmessung:
    Absolutdruck Messung

    Im abgeschlossenen Messvolumen befindet sich entweder Vakuum oder Normalluftdruck (p=1,0113 bar). Letzteres ist wieder von der Temperatur der Sensoren abhängig.

  • Differenzdruckmessung:
    Differenzdruck Messung

    Die letzteren beiden Messverfahren werden hauptsächlich in der Pneumatik eingesetzt.
    Als Sensor dient die eingespannte Membran, die sich unter Druckbelastung durchbiegt. Dabei entsteht am Rand eine Radiale Dehnung und im Zentrum einen tangentiale.

Ausführungsformen der Drucksensoren

  • Membran-Drucksensoren

    Bestehen aus einer Stahlmembran auf deren Rückseite die Leiterbahnen aufgebracht sind (Metall-DMS). Diese werden für Messungen von Hydraulikdrücken bis zu mehreren 100 bar eingesetzt.

  • Halbleiterdrucksensoren (Piezoresistive Drucksensoren):

    Halbleiterdrucksensor

    Bei diesen besteht die Druckmesszelle aus einer dünn geätzten Silizium Membran, auf der die Widerstandsbahnen eindotiert sind (Halbleiter-DMS). Diese Messzelle kann in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt werden und gemeinsam mit der Signalaufbereitungselektronik in einem IC untergebracht werden.

  • piezoelektrische Sensoren

    Für Drücke bei Festkörpern werden piezoelektrische Sensoren verwendet. Ihre Funktionsweiße beruht darauf, dass bei bestimmten Werkstoffen wie Quarz, Turmalin, Barimtitanat, Bleizirkomat Ladungen im Kristall verschoben werden, wenn eine mechanische Belastung auftritt, diese können mit Elektroden an der Oberfläche abgegriffen werden.

    Bei Deformation des Quarzkristalls werden die positiven Siliziumatome nach oben verschoben, während die negativen Sauerstoffatome nach unten gedrückt werden. Damit ist oben eine positive und unten eine negative Spannung messbar. Praktisch werden immer mindestens 2 Piezos mechanisch in Reihe geschaltet mit dazwischen liegenden isolierten Elektroden, welche elektrisch parallel geschaltet werden.

    Die Ladung Q die beim Deformieren entsteht lädt die Kapazität C auf.

    Formel piezoelektrische Sensoren

    Die Kapazität C setzt sich zusammen aus der Kapazität des Sensors, der des Kabels und der des Verstärkereinganges. Die Spannung Ux wird mit einem sehr hochohmigen Verstärker (Ladungsverstärker) mit Eingangswiderständen bis zu 1014Ω abgenommen. Durch verändern der Eingangskapazität kann der Messbereich umgeschaltet werden. Wegen der geringen Ladungsmengen (pC) kommt es durch den Eingangsstrom des Verstärkers zum Abdriften des Messwertes, d.h. für statische Messungen sind

Weitere Infos über Sensoren finden Sie hier