Druck ist als Messgröße definiert: Er kann als die Kraft beschrieben werden, die eine Flüssigkeit oder ein Gas auf eine Oberfläche ausübt, und wird normalerweise in Kraft pro Flächeneinheit gemessen. Gängige Einheiten sind Pascal (Pa), Bar (bar), N/mm² oder psi (Pfund pro Quadratzoll).
Sensordefinition: Ein Sensor ist ein Gerät, das eine physikalische Größe misst und in ein Signal umwandelt. Die gemessene Größe kann Temperatur, Länge, Kraft oder Druck usw. sein. Das Signal ist normalerweise ein elektrisches Signal, es kann aber auch ein optisches Signal sein.
Drucksensordefinition: Ein Drucksensor ist ein Instrument, das aus druckempfindlichen Elementen besteht, die den tatsächlich auf den Sensor ausgeübten Druck bestimmen (unter Verwendung verschiedener Funktionsprinzipien) und die Druckinformationen in ein Ausgangssignal umwandeln.
Prinzipien der Druckmessung
Drucksensoren nutzen eine Vielzahl von Techniken, um genaue Ergebnisse zu liefern.
Dehnungsbasierte Drucksensoren:** Diese verwenden Dehnungsmessstreifen als druckempfindliches Element, typischerweise durch die Verbindung eines Dehnungsmessstreifens aus Metallfolie oder einer Membran mit einem zylindrischen Elastomer. Der größte Vorteil dehnungsbasierter Drucksensoren ist ihre extrem hohe Steifigkeit, die die Messung von Drücken bis zu 15.000 bar ermöglicht. Elektrische Verbindungen werden normalerweise über eine Wheatstone-Brücke hergestellt, was zu äußerst genauen und konsistenten Messungen führt.
Kapazitive Drucksensoren:** Diese nutzen eine Druckkammer und eine Membran, um eine variable Kapazität zu erzeugen. Bei Druckeinwirkung verformt sich die Membran und die Kapazität verringert sich entsprechend. Über den Messkreis wird dann ein spannungsabhängiges elektrisches Signal ausgegeben. Diese Sensoren sind auf niedrige Drücke von etwa 40 bar beschränkt.
Piezoresistive Drucksensoren:** Diese bestehen aus einer Membran, die hauptsächlich aus Silizium besteht und einen integrierten Dehnungsmessstreifen verwendet, um die durch den ausgeübten Druck verursachte Dehnung zu erfassen. Eine Wheatstone-Brücke wird typischerweise verwendet, um die Empfindlichkeit zu verringern und die Leistung zu erhöhen. Aufgrund der verwendeten Materialien ist der Druck auf etwa 1000 bar begrenzt.
Im Gegensatz zu den oben genannten Techniken nutzen resonante Drucksensoren Änderungen in der Resonanzfrequenz des Messmechanismus, um die durch den ausgeübten Druck verursachte Belastung zu messen.** Bei dieser Art von Sensordesign kann das resonante Element einem Medium ausgesetzt werden, wobei die Resonanzfrequenz von der Dichte des Mediums abhängt. Diese Sensoren reagieren typischerweise empfindlich auf Stöße und Vibrationen.
Andere Drucksensoren, die keinen Messkörper verwenden, umfassen thermische oder Ionisationsdrucksensoren, die Dichteänderungen aufgrund des Flusses geladener Teilchen nutzen, um den ausgeübten Druck zu messen.
Druckmesskategorien
Drucksensoren können auf verschiedene Arten klassifiziert werden, unter anderem nach dem Druckbereich, den sie messen, ihrem Betriebstemperaturbereich oder der Art des Drucks, den sie messen.
Absolutdrucksensor: Misst den Druck relativ zu einer Referenzkammer (nahe dem Vakuum).
Überdrucksensor: Oder Relativdrucksensor, der zur Messung des Drucks relativ zum aktuellen Atmosphärendruck verwendet wird.
Versiegelter Überdrucksensor: Ähnlich einem Überdrucksensor, misst jedoch den Druck relativ zu einem festen Druck und nicht zum aktuellen Atmosphärendruck.
Differenzdrucksensor: Ermittelt die Differenz zwischen zwei Drücken und kann zur Messung von Druckabfall, Flüssigkeitsstand und Durchflussrate usw. verwendet werden.
Ein wesentlicher Vorteil von Absolutdrucksensoren besteht darin, dass sie immer gegen den gleichen Referenzdruck (Vakuum) gemessen werden und daher von Änderungen des Atmosphärendrucks und der Temperatur unbeeinflusst sind.
