Drucksensoren – viele Anwendungen in der Industrie

Druck ist eine physikalis­che Ein­heit, bei der es um eine Kraft geht, die auf ein­er Fläche wirkt. Physik­er sprechen hier­bei von der Formel Druck gle­ich Kraft durch Flächen­in­halt (p=F/A), während Kraft gle­ich Masse mal Geschwindigkeit (F=m×V) ist. Druck­sen­soren messen den Grad der Kraftein­wirkung auf ein­er Fläche, die durch bes­timmte Gase und Flüs­sigkeit­en her­vorgerufen wird. Ursäch­lich für die Mes­sung ist immer ein druck­empfind­lich­es Ele­ment, das auf eine mess­bare Weise auf Druck reagiert. Der Druck kann abso­lut, rel­a­tiv und als Dif­ferenz (durch Verän­derun­gen des Drucks) erfasst werden.

Drucksensoren viele Anwendungen in der Industrie

Die Geschichte der Drucksensoren

His­torisch begin­nt die Geschichte der Druck­sen­soren im 17. Jahrhun­dert mit den Forschun­gen Galileo Galileis zur hydraulis­chen Pumpe zur Über­win­dung von Höhe­nun­ter­schieden in der Land­wirtschaft. Evan­ge­lista Tor­ri­cel­li übertrug die Fallge­set­ze Galileis auf ausströ­mende Flüs­sigkeit­en und erfand das noch heute beliebte Ther­mome­ter auf Basis von Queck­sil­ber. Blaise Pas­cal kon­nte bere­its das Gewicht der Luft bes­tim­men und ent­deck­te auf dieser Grund­lage das Wesen des Luft­drucks. Ihm zu Ehren ist die SI-Ein­heit des Drucks nach ihm benan­nt. Zuläs­sig ist eben­falls die Maßein­heit Bar.

Welche Druck­sen­soren gibt es?

Da jedes Gas und jede Flüs­sigkeit nicht nur mit Blick auf die Dichte unter­schiedliche Eigen­schaften aufweisen, gibt es je nach Ver­wen­dung unter­schiedliche Arten von Druck­sen­soren, die im Fach­han­del von Anbi­etern wie Sen­siri­on erwor­ben wer­den kön­nen. Die Band­bre­ite umfasst kapaz­i­tive, induk­tive, piezoelek­trische und piezore­sis­tive Messgeräte. 

Wir stellen die Eigen­heit der unter­schiedlichen Messsys­teme vor. Wichtig zum Ver­ständ­nis ist, dass sämtliche Druck­sen­soren darauf basieren, Druck in elek­trische Sig­nale umzuwan­deln, mith­il­fe der­er sich der Grad des Drucks bes­tim­men lässt.

Kapaz­i­tive Drucksensoren

Bei kapaz­i­tiv­en Druck­de­tek­toren lassen sich anhand des Abstandes zweier Kon­den­sator­plat­ten in einem Siliz­ium­chip zueinan­der Verän­derun­gen des Drucks wahrnehmen. Der Name rührt daher, dass die Kapaz­ität des Drucks für seine Bes­tim­mung entschei­dend ist.

Induk­tive Drucksensoren

Die Bes­tim­mung des Drucks läuft bei induk­tiv­en Druck­sen­soren berührungs­los ab. Hier wirken sich Verän­derun­gen des Drucks dadurch aus, dass sich eine Mem­bran unter­schiedlich stark ver­formt, was wiederum andere Auswirkun­gen auf den Eisenkern ausübt, der auf der Mem­bran platziert ist. Diese Unter­schiede lassen sich durch eine automa­tisierte Analyse des elek­tro­mag­netis­chen Wech­selfeldes ermitteln.

Piezoelek­trische Drucksensoren

Piezoelek­trisch Vorgänge wirken sich durch Verän­derun­gen der elek­trischen Span­nung durch elastis­che Ver­for­mungen aus. Jede Ver­for­mung des Kristalls ermöglicht die Her­leitung der elek­trischen Span­nung. Die Druckmes­sung durch piezoelek­trische Sen­soren eignet sich bei dynamis­chen Mes­sun­gen ab 100 Kilo­hertz (kHz).

Piezore­sis­tive Drucksensoren

Bei piezore­sis­tiv­en Druck­sen­soren wird der Druck in einem Raum oder Medi­um anhand von Hal­bleit­er­chips oder Dehnungsstreifen erfasst. Auch hier wirkt sich der Grad der Ver­for­mung in einem mess­baren Ver­hält­nis auf den Grad des elek­trischen Wider­standes aus.

Die Vielfalt mod­ern­er Druck­sen­soren lässt sich wun­der­bar durch einen Blick auf das Ange­botsspek­trum von Sen­siri­on erfassen, denn jed­er Sen­siri­on Druck­sen­sor weist rund um seinen Ver­wen­dungszweck sein eigenes Leis­tung­spro­fil auf.

Unter­schiede in der Vorge­hensweise von Drucksensoren

Während absolute Druck­sen­soren als Ref­eren­zw­ert immer ein Vaku­um haben, weisen rel­a­tive Druck­sen­soren den Umge­bungs­druck als Ver­gle­ichs­maßstab auf. Druck­sen­soren auf Basis der Dif­ferenz haben hinge­gen die Funk­tion, Verän­derun­gen des Drucks zu detek­tieren und anzuzeigen. Es ist möglich, dass ein Gerät mehrere Messsys­teme beherrscht.

Wo wer­den Druck­sen­soren verwendet?

Die Fähigkeit, durch Druck­sen­soren den Druck auf ver­schiedene Gase und Flüs­sigkeit­en zu bes­tim­men, bietet in der Indus­trie unter­schiedliche Betä­ti­gungs­felder. Beliebte Beispiele für Anwen­dun­gen sind folgende:

  • Mete­o­rolo­gie
  • Kühlsys­teme
  • Tankstellen
  • Kaf­feemaschi­nen
  • Wasser­stand­sanzeiger in Haushaltsgeräten
  • Überwachung des Sauer­stof­fge­halts im Blut
  • Beat­mungs­maschi­nen
  • Hal­bleit­er­fer­ti­gung
  • Alar­man­la­gen
  • Hydraulik
  • Bes­tim­mung des Radonge­halts in Gebäuden
  • Motor­sport
  • Mes­sung des Schalldrucks

Druck­sen­soren ste­hen für Fortschritt

Druck­sen­soren sind hochkom­plexe Sys­teme, die für ver­schiedene Anforderun­gen in der Forschung, Medi­zin und Indus­trie geeignet sind. Sie leis­ten den Unternehmen und Wis­senschaftlern wertvolle Dien­ste und tra­gen entschei­dend zum tech­nol­o­gis­chen Fortschritt in unser­er hochkom­plex­en Lebenswelt bei, in der nur noch ein Ele­ment Bestand hat: der Wandel.

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