Was ist ein Druckaufnehmer?
Ein Druckaufnehmer ist ein Gerät, das Druck in ein kontinuierliches elektrisches Signal umwandelt.
Die Begriffe Drucksensor, Drucktransmitter und Druckumwandler sind austauschbar mit Druckaufnehmern. Es gibt jedoch keinen eindeutigen Unterschied.
Druck kann auf verschiedene Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, z. B. durch Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische, metallische Dünnschicht- und kapazitive Sensoren.
Anwendungen von Druckaufnehmern
Sie werden verwendet, um den Druck, der eine physikalische Größe ist, in ein kontinuierliches elektrisches Signal umzuwandeln, und werden in verschiedene Typen unterteilt, z. B. in solche, die auf einer Leiterplatte montiert sind, und in solche für allgemeine Zwecke.
- Fehlernerkennung
Automobilbremsen, Hydraulikzylinder, Klimaanlagen, usw. - Qualitätserhaltung
Reinraum-Management, Vakuum-Qualitätskontrolle. - Medizinischer Bereich
Sphygmomanometer, Beatmungsgeräte, usw. - Sonstiges
Smartphones, Geräte zur Sturzerkennung, usw.
Funktionsweise von Druckaufnehmern
Der druckempfindliche Teil eines Druckaufnehmers besteht hauptsächlich aus einer Membran. Die Membran verformt sich unter Druck und der Betrag der Verformung wird mit verschiedenen Methoden in eine elektrische Größe umgewandelt.
Es gibt viele verschiedene Arten von Umwandlungsmethoden, darunter Dehnungsmessstreifen-, piezoelektrische, Dünnmetallfilm-, kapazitive, faseroptische und Vibrationsmethoden.
1. Dehnungsmessstreifen
Bei der Dehnungsmessstreifen-Methode wird ein Dehnungsmessstreifen auf der Rückseite der Membran angebracht und die Änderung des DMS-Widerstands gemessen. Der Dehnungsmessstreifen ist ein Widerstandselement, das den Grad der Verformung misst, indem es die Eigenschaft von Metall nutzt, seinen elektrischen Widerstand zu ändern, wenn es verformt wird, und indem es die Verformung dem Druck zuordnet, kann der Druck ausgegeben werden.
In der Regel sind vier davon an einer Membran befestigt, und die Widerstandsänderung wird als Spannungsänderung in einer Brückenschaltung ausgegeben. Es gibt Typen, die Halbleiter in den Dehnungsmessstreifen verwenden. Halbleiter sind Sensoren mit hoher Druckempfindlichkeit, da die Änderung des Widerstands bei Verformung viel größer ist als bei normalen Dehnungsmessstreifen.
2. piezoelektrischer Typ
Der piezoelektrische Typ ist ein Typ mit einem piezoelektrischen Element, das direkt auf dem Druckempfänger montiert ist. Das piezoelektrische Element erzeugt eine Spannung, wenn es einem Druck ausgesetzt wird.
Anhand dieser Spannung kann der Druck gemessen werden. Der Vorteil dieses Typs besteht darin, dass er hochempfindlich ist, miniaturisiert werden kann und robust und langlebig ist.
3. Metall-Dünnfilm-Typ
Beim Metall-Dünnfilm-Typ wird ein Metall-Dünnfilm auf einer Membran gebildet und die Änderung des elektrischen Widerstands des durch den Druck verformten Metall-Dünnfilms gemessen. Er zeichnet sich durch eine höhere Empfindlichkeit als der Dehnungsmessstreifen-Typ aus und kann bei hohen Temperaturen eingesetzt werden.
4. kapazitiver Typ
Der kapazitive Typ misst die Kapazität zwischen einer festen Elektrode und einer Membranelektrode. Die Verschiebung des Diaphragmas, das sich als Reaktion auf Druckänderungen verformt, wird als Kapazitätsänderung gemessen und in Druck umgerechnet. Geeignet für die Messung des Drucks mehrerer Gasarten oder Gasgemische.
5. faseroptischer Typ
Beim faseroptischen Typ wird das Beugungsgitter am Ende des Lichtleiters verformt, wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird, und die Änderung der Wellenlänge des reflektierten Lichts wird gemessen. Es können Hochtemperatur- und Präzisionsmessungen durchgeführt werden, die zur Messung des Drucks von geschmolzenem Harz und des Blutdrucks im Körperinneren verwendet werden.
6. Vibrations Typ
Beim Vibrationstyp befindet sich der Messwertaufnehmer auf einem Siliziummembran-Chip. Wenn die Membran durch Druck verformt wird, ändert sich die Eigenfrequenz des Messwertaufnehmers. Die Frequenzänderung wird erkannt und in Druck umgewandelt. Zu den Merkmalen gehören hohe Genauigkeit, hohe Empfindlichkeit und hohe Auflösung.
Weitere Informationen zu Druckaufnehmern
Ausgangssignal von Druckaufnehmern
Druckaufnehmer haben entweder einen mV-Spannungsausgang oder einen 4-20 mA-Stromausgang. mV-Spannungsausgänge sind nicht temperaturkompensiert und müssen in einem Abstand von weniger als 20 Fuß von der Elektronik verwendet werden. Der 4-20-mA-Stromausgang hingegen ist weniger anfällig für EMI-Störungen und Rauschen und hat keine Entfernungsbeschränkungen.
Der Ausgang von Druckaufnehmern ist ein analoges Signal mit drei Standardausgängen: Spannung mV, verstärkte Spannung V und Strom 4-20 mA. Die Ausgangsspannung ist proportional zur Versorgungsspannung.
Dehnungsmessstreifen und Metall-Dünnfilm-Druckaufnehmer haben einen Ausgang von 2-3 mV pro 1 V Eingang. Piezoelektrische Druckaufnehmer mit moderner MEMS-Technologie können einen Ausgang von 20 mV pro 1 V Eingang liefern.
Für Stromausgänge werden Versorgungsspannungen von 8-28 V DC benötigt, um Ausgänge von 4-20 mA zu erhalten. Nachteilig wirkt sich der hohe Batterieverbrauch aus.