Obwohl für die meisten Anwendungen die Wahl des Sensormessprinzips bzw. das Funktionsprinzip des Drucksensors ohne Belang ist, werden wir sehr oft gefragt, wie denn die von uns in unseren Drucksensoren und Drucktransmittern eingesetzte Sensorik funktioniert.
Dazu erst einmal eine allgemeine Definition: Drucksensoren oder Drucksensorelemente sind Messelemente, die die physikalische Messgröße Druck in eine (druckproportionale) elektrische Größe umwandeln. Dabei werden verschiedene physikalische Effekte genutzt und unterschiedliche Sensormaterialien, wie Silizium, Keramik oder Metall eingesetzt.
Bei WIKA kommen die drei gängigsten Druckmessprinzipien aus der industriellen Messtechnik zum Einsatz und werden in eigenen Entwicklungslabors entwickelt und auch selbst gefertigt:
- Dünnfilmsensoren
Basieren auf dem gleichen Prinzip wie Dehnungsmessstreifen (DMS), d. h. meanderförmig angeordneten Widerstandsstrukturen, deren geometrische Dehnung bzw. Stauchung über die resultierende Längen- und Dickenänderung zu einer messbaren Widerstandsänderung führt. Bei Dünnfilmsensoren werden typischerweise vier Widerstände in Form einer Wheatstone Brücke auf einer Membrane angeordnet und erfassen so die Verformung der Membran unter Druck. Im sogenannten Dünnfilmverfahren werden diese Dehnungsmessstreifen auf einen (z. B. metallischen) Grundkörper aufgebracht und strukturiert (sog. Sputtern mit anschl. Photolithografie und Ätzung). - Dickschichtsensoren
Verwenden analog zu den Dünnfilmsensoren ebenfalls typischerweise vier zu einer Wheatstone Brücke zusammengeschaltete Widerstände. Die Widerstandsstrukturen werden in mehreren Schichten mittels Dickschichttechnologie auf einen (z. B. keramischen) Grundkörper „aufgedruckt“ und anschließend bei hoher Temperatur eingebrannt. Hier erfolgt ebenfalls die Widerstandsänderung durch die aus der Verformung der Membran resultierenden auf Dehnung und Stauchung basierenden Geometrieänderung. - Piezoresistive Drucksensoren
Besitzen im Gegensatz zu den ersten beiden Prinzipien eine Messmembrane auf Halbleiter- (Silizium-)basis mit gezielt eindiffundierten Strukturen. Sie nutzen den sogenannten piezoresistiven Effekt, der die Änderung des elektrischen Widerstands in Halbleitermaterialien durch Dehnung oder Stauchung auf eine veränderte Beweglichkeit der Elektronen unter mechanischer Belastung beschreibt.
Aufgrund der verschiedenen Materialien und Konstruktionsprinzipien ergeben sich jetzt einige technologische Unterschiede, die auch für manche Anwendungen relevant sein können. Grundsätzlich verwenden wir bei WIKA in unseren Produkten immer das für die Art der Anwendung am besten geeignete Messprinzip.
Wie wird eigentlich der passende Drucksensor ausgewählt und welche Drucksensoren eignen sich für industrielle Anwendungen? Mehr dazu erfahren Sie auf der WIKA-Website.
Hinweis
Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.