Techniklexikon

Drucksensor

Druckaufnehmer. Sensor, der die physikali sehe Größe Druck erfaßt und in eine elektrische Größe wandelt. Neben den klassischen Meßverfahren, wie sie z. B. bei der Druckmeßdose oder beim piezoelektrischen Druckaufnehmer (Effekt, piezoelektrischer) angewendet werden, hat sich eine Reihe von auf der Basis von Halbleitern arbeitenden Meßverfahren international durchgesetzt. Am verbreitetsten sind die Halbleiter-D. (Halbleitersensor), die mit Hilfe des piezoresistiven Effekts (Effekt, piezoresistiver) Drücke erfassen und in elektrische, mit elektronischen Meßwertverarbeitungssystemen auswertbare Signale wandeln können. Derartige D. bestehen aus einer n-dotierten Siliciummembran, in die vier p-dotierte Widerstände (Piezowider-stand) in Form einer Wheatstoneschen Brücke eindiffundiert oder implantiert sind. Da Halbleiter ihren elektrischen Widerstand ändern, wenn sie mechanisch verformt werden, ändert sich in Abhängigkeit vom auf die Membran wirkenden Druck die an der Widerstandsbrücke gemessene Spannungsverteilung. Die Position der Einzelwiderstände wurde deshalb so gewählt, daß beim Biegen der Membran jeweils die beiden in gleicher Achsrichtung liegenden Widerstände in ihrem Wert zunehmen, während die anderen zwei abnehmen. Dadurch ist eine gute Proportionalität zwischen dem wirkenden Druck und der Ausgangsspannung erreichbar. Mit derartigen D. lassen sich Relativ- und Differenzdrücke von 0 bis 100 MPa und darüber erfassen. Auch Absolutdruckmessung ist möglich, wenn der Raum oberhalb der Membran evakuiert ist. Auf dem Siliciumchip, aus dem die Membran durch Ätzen auf der Rückseite erzeugt wird, sind bei einigen Ausführungsformen auch Schaltungen zur — Temperaturkompensation und die Auswerteelektronik integriert. D. sind vielfältig einsetzbar. StrömungsmechanikFestkörperphysikElektronik, Halbleiterphysik, Druckaufnehmer, Druckmessfühler, Bauelement zur Messung von Drücken, das Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt. Weit verbreitet sind Druckmessdosen, die mit Dehnungsmessstreifen oder kapazitiv (über die Änderung des Luftspaltes zwischen zwei Kondensatorplatten) oder induktiv (Übertragung einer Membrandurchbiegung auf den Tauchanker einer Spule) arbeiten. Daneben werden piezoelektrische Drucksensoren eingesetzt, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen, sowie auf dem piezoresistiven Effekt beruhende Halbleiter-Drucksensoren. Bei letzteren sind typischerweise in eine n-dotierte Siliciummembran mehrere p-dotierte Piezoelemente eindiffundiert oder implantiert, die eine Wheatstone-Brücke bilden. Bei Verformung ändert sich der elektrische Widerstand der Piezoelemente und dadurch in Abhängigkeit von dem auf die Membran wirkenden Druck die an der Brücke gemessene Spannung. (Druckmessverfahren, Sensoren)

Drucksensor: Beispiel für einen piezoelektrischen Drucksensor.