Drucksensoren sind wichtige Geräte in verschiedenen industriellen Anwendungen, und ihre Leistung hängt stark von der verwendeten Kerntechnologie ab. Das Druckmesselement oder der Kern ist das Herzstück dieser Geräte und bestimmt ihre Genauigkeit, Stabilität und Eignung für spezifische Anwendungsfälle.
In diesem Artikel werden wir die am häufigsten verwendeten Arten von Drucksensoren untersuchen, einschließlich gesputterter Dünnfilm-Drucksensoren, piezoresistiver Silizium-Drucksensoren, Dehnungsmessstreifen-Drucksensoren, keramischer Dickfilm-Drucksensoren und keramischer kapazitiver Drucksensoren. Wir werden ihre Arbeitsprinzipien, Vorteile, Einschränkungen und idealen Anwendungen vergleichen.
1. Gesputterter Dünnfilm-Drucksensor
Arbeitsprinzip
Die Sputter-Dünnfilm-Technologie beinhaltet das Aufbringen einer dünnen Metallschicht oder Metalllegierung auf ein Substrat, normalerweise eine Keramik- oder Siliziumbasis. Der Dünnfilm wird in Widerstandselemente gemustert, die ihren Widerstand ändern, wenn sie Druck ausgesetzt werden. Diese Sensoren werden typischerweise in Hochleistungsanwendungen aufgrund ihrer hohen Stabilität und Genauigkeit eingesetzt.
Vorteile
Hohe Langzeitstabilität und Genauigkeit: Gesputterte Dünnfilmsensoren bieten außergewöhnliche Langzeitstabilität und hohe Präzision.
Großer Druckbereich: Sie können einen großen Druckbereich bewältigen, von niedrig bis sehr hoch.
Temperaturkompensation: Sie sind weniger von Temperaturänderungen betroffen im Vergleich zu piezoresistiven Sensoren.
Hohe Überlastfähigkeit: Sie können Bedingungen standhalten, die ihre Nennwerte überschreiten, ohne Schaden oder signifikante Leistungseinbußen zu erleiden, geeignet für Anwendungen, bei denen Druck-, Temperatur- oder andere Betriebsbedingungen unerwartet schwanken können.
Einschränkungen
Höhere Kosten: Aufgrund des komplexen Herstellungsprozesses sind diese Sensoren tendenziell teurer.
Anwendungen
Sputter-Dünnfilm-Sensoren werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der industriellen Automatisierung, in Hochdrucksystemen, in Hydrauliksystemen und in schweren Geräten eingesetzt.
2.Piezoresistiver Silizium-Drucksensor
Arbeitsprinzip
Piezoresistive Drucksensoren arbeiten nach dem Prinzip, dass sich der Widerstand bestimmter Halbleitermaterialien (typischerweise Silizium) ändert, wenn sie mechanischer Belastung ausgesetzt werden. Typischerweise wird eine Silizium-Membran verwendet, und wenn Druck ausgeübt wird, verformt sich die Membran. Diese Verformung verursacht eine Änderung des Widerstands des Materials, die dann gemessen und in eine Druckanzeige umgewandelt wird.
Vorteile
Hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit: Siliziumbasierte Drucksensoren sind bekannt für ihre hervorragende Empfindlichkeit und präzisen Messungen. Und die Stabilität ist ebenfalls gut.
Kleine Größe: Die Technologie ermöglicht kompakte Designs, ideal für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist.
Kostengünstig: Piezoresistive Sensoren sind relativ kostengünstig in der Herstellung.
Einschränkungen
Temperaturanfälligkeit: Diese Sensoren können empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren, was eine zusätzliche Kompensation erfordern kann.
Begrenzter Druckbereich: Sie werden typischerweise für mittlere Druckanwendungen verwendet und können unter extremen Bedingungen möglicherweise nicht gut funktionieren.
Anwendungen
Piezoresistive Siliziumsensoren werden häufig in der Automobilindustrie, in medizinischen Geräten und in HLK-Systemen eingesetzt, wo hohe Genauigkeit und Kompaktheit entscheidend sind.
3. Dehnungsmessstreifen-Drucksensor
Arbeitsprinzip
Dehnungsmessstreifen-Drucksensoren arbeiten, indem sie einen Dehnungsmessstreifen verwenden, der ein Widerstand ist, der seinen Widerstand ändert, wenn er gedehnt oder komprimiert wird. Der Dehnungsmessstreifen ist typischerweise an einer Membran befestigt, die sich unter Druck verformt. Die Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens wird dann gemessen, um den ausgeübten Druck zu bestimmen.
Vorteile
Hohe Genauigkeit: Dehnungsmessstreifen sind bekannt für ihre hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
Großer Anwendungsbereich: Sie sind vielseitig einsetzbar und können für verschiedene Druckbereiche verwendet werden, von niedrig bis sehr hoch.
Niedrige Kosten: Diese Technologie ist ziemlich ausgereift und bietet wirtschaftlich Sinn.
Einschränkungen
Temperatureffekte: Dehnungsmessstreifen können von Temperaturänderungen beeinflusst werden, was eine Kompensation erfordern kann.
Komplexe Kalibrierung: Systeme auf Basis von Dehnungsmessstreifen erfordern eine präzise Kalibrierung, um Genauigkeit zu gewährleisten.
Anwendungen
Dehnungsmessstreifen-Sensoren werden in Anwendungen eingesetzt, die hohe Genauigkeit erfordern, wie in Flugzeugen, medizinischen Instrumenten und industriellen Maschinen.
4. Keramische Dickschicht-Drucksensoren
Funktionsprinzip
Keramische Dickschichtsensoren basieren auf einem Keramiksubstrat, das mit einem resistiven Film beschichtet ist. Dieser Film wird mittels eines Dickschichtverfahrens aufgebracht, bei dem ein leitfähiges Material auf die Keramik aufgetragen wird. Der Widerstand des Sensors ändert sich, wenn Druck ausgeübt wird, was dann in ein lesbares elektrisches Signal umgewandelt wird.
Vorteile
Hohe Haltbarkeit: Keramische Drucksensoren sind beständig gegen raue Umgebungen, hohe Temperaturen und aggressive Chemikalien. Sie sind stark korrosionsbeständig.
Breiter Druckbereich: Sie sind sowohl für niedrige als auch für hohe Druck- und Temperaturanwendungen geeignet.
Kosteneffektiv: Sie sind günstiger in der Herstellung als Dünnschichtsensoren.
Einschränkungen
Niedrigere Genauigkeit: Im Vergleich zu Dünnschicht- und piezoresistiven Sensoren haben keramische Dickschichtsensoren typischerweise eine geringere Genauigkeit.
Anwendungen
Keramische Dickschichtsensoren werden häufig in Automobilsystemen, medizinischen Geräten, Hydrauliksystemen und Kühlsystemen eingesetzt.
5. Keramische kapazitive Drucksensoren
Funktionsprinzip
Keramische kapazitive Drucksensoren nutzen eine Membran, die Teil eines Kondensators ist. Wenn Druck ausgeübt wird, bewegt sich die Membran und verändert den Abstand zwischen den Kondensatorplatten, wodurch sich die Kapazität ändert. Diese Kapazitätsänderung wird gemessen und in Druckdaten umgewandelt.
Vorteile
Hohe Genauigkeit und Stabilität: Diese Sensoren sind hochgenau und stabil über die Zeit, selbst bei schwankenden Umgebungsbedingungen.
Hohe Empfindlichkeit: Keramische kapazitive Sensoren bieten eine hervorragende Empfindlichkeit, insbesondere bei niedrigen Druckbereichen.
Niedriger Stromverbrauch: Diese Sensoren benötigen weniger Strom als andere Typen.
Einschränkungen
Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Stößen: Sie können empfindlich auf mechanische Stöße und Vibrationen reagieren, was ihre Leistung beeinträchtigen kann.
Anwendungen
Keramische kapazitive Drucksensoren werden in hochpräzisen Anwendungen eingesetzt, einschließlich medizinischer Geräte, Automobilsensoren und industrieller Drucküberwachungssysteme.
6. Wie wählt man die richtigen Drucksensoren aus?
Da es so viele Arten von Drucktransmittern auf dem Markt gibt, wie wählen wir den richtigen aus? Im Allgemeinen hängt es von den folgenden Faktoren ab.
Druckbereich
Wählen Sie einen Sensor, der zum Druckbereich Ihrer Anwendung passt. Stellen Sie sicher, dass der Sensor den maximalen und minimalen Druck, den Sie messen möchten, bewältigen kann.
Art des Drucks
Der Druck wird in Relativdruck, Absolutdruck und Differenzdruck unterteilt. Relativdrucksensoren messen den Druck relativ zum atmosphärischen Druck. Absolutdrucksensoren messen den Druck relativ zu einem perfekten Vakuum. Differenzdrucksensoren messen den Unterschied zwischen zwei Drücken. Wählen Sie basierend auf Ihren Anwendungsanforderungen.
Umgebungsbedingungen
Stellen Sie sicher, dass die Sensoren innerhalb der erforderlichen Temperaturgrenzen und Umgebungen arbeiten können. Wählen Sie die richtigen Materialien für unterschiedliche Umgebungen.
Genauigkeit
Stellen Sie sicher, dass der Sensor die benötigte Genauigkeit bietet. Höhere Genauigkeit ist für kritische Anwendungen unerlässlich.
Ausgangssignal
Verschiedene Sensoren bieten unterschiedliche Signale, zum Beispiel analoge Ausgänge (z. B. 4-20mA, 0-10V, 0,5-4,5V) und digitale Ausgänge (z. B. RS485, Modbus).
Stromversorgung
Wählen Sie einen Sensor mit einer Stromversorgung, die den Anforderungen Ihres Systems entspricht. Zum Beispiel Gleichstromversorgung, Batteriebetrieb oder Sonarstrom.
Haltbarkeit und Lebensdauer
Berücksichtigen Sie die IP-Schutzart des Sensors, die explosionsgeschützte Leistung. Sensoren, die für raue Umgebungen ausgelegt sind, halten in der Regel länger und erfordern weniger Wartung.
Kosten
Berücksichtigen Sie neben den Produktkosten auch die Wartungs- und Kalibrierungskosten im Laufe der Zeit.
7. Fazit
Die Wahl des richtigen Drucksensors erfordert die Bewertung mehrerer Schlüsselfaktoren und der Sensortechnologie. Ob piezoresistiv, kapazitiv, Sputterfilm oder Keramik, sollte zu Ihren spezifischen Anwendungsanforderungen passen.
