Ein Druckwandler ist in der Lage, den Druck genau zu messen. Es wandelt den ausgeübten Druck in ein elektrisches Signal um und kann als aktives oder passives Druckmessgerät klassifiziert werden.

Verschiedene Designs von Druckwandler stehen zur Verfügung, je nachdem, ob absolute oder relative Druckmessungen erforderlich sind.

Ursprünglich zur Messung minimaler Druckänderungen entwickelt, fanden Druckwandler in den 1960er und 70er Jahren durch die Einführung von Geräten auf Dünnschicht-, Silizium- und Quarzbasis breite kommerzielle Akzeptanz. Dies machte sie zu einer beliebten Wahl für die Messung sowohl niedriger als auch hoher Drücke.¹

Ein Druckwandler besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem druckempfindlichen Gerät und einem Wandlerelement, das Geräteänderungen in ein elektrisches Signal umwandelt.

Es gibt verschiedene Designs für Druckwandler, bei denen Methoden wie Dehnungsmessstreifenverschiebung oder Membranbewegung zum Einsatz kommen. Die Wahl des Designs hängt von den zu messenden Druckbereichen ab.

Wie funktionieren Druckwandler?

Druckaufnehmer messen statische oder dynamische Drücke, je nachdem, ob das Messobjekt stationär ist oder einer Kraft ausgesetzt ist.²

Zur Messung statischer Drücke werden üblicherweise piezoresistive Dehnungsmessstreifen eingesetzt.

Diese Messgeräte sind an einer Membran befestigt, die sich unter Druck verformt, was zu einer Widerstandsänderung führt, die ein messbares elektrisches Signal liefert. Diese Widerstandsänderung wird mithilfe der Schaltungskonfiguration in eine messbare Spannung umgewandelt.

Bei hochkompakten Druckaufnehmern a mikroelektrochemisches System (MEMS)-Gerät verwendet wird.

MEMS-basierte Druckwandler funktionieren nach ähnlichen Prinzipien wie ihre größeren Gegenstücke, bei denen eine Verformung des Sensormediums ein elektrisches Signal erzeugt. Allerdings sind MEMS-Geräte viel kleiner und reagieren selbst auf geringfügige Druckänderungen besser.³

Für Fernanwendungen wie die Umweltüberwachung in unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) bieten MEMS-Sensoren Vorteile wie geringen Stromverbrauch und leichte Bauweise.⁴

Merit Sensor S-Serie

Die von Merit Sensor entwickelte S-Serie ist eine bemerkenswerte Errungenschaft in der Entwicklung und Herstellung von Sensoren. Diese MEMS-Silizium-Druckmatrizen nutzen eine dünne, flexible Membran als Sensormedium.

Die durch Druck verursachte Auslenkung der Membran verändert die Kapazität zwischen zwei Platten. Diese Änderung kann in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, um Druckmesswerte bereitzustellen.

Um beispiellose Leistung, Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Druckmessung zu bieten, nutzt die S-Serie die hochmoderne MeritUltra™-Technologie von Merit Sensor. Diese Matrizen sind für den effektiven Betrieb bei verschiedenen Drücken von 5 bis 300 psi ausgelegt und eignen sich daher für verschiedene Anwendungen.

Durch die Integration der MeritUltra™-Technologie bieten die Matrizen der S-Serie einen beeindruckenden Temperaturbetriebsbereich von 40 °C bis 150 °C ohne Leistungseinbußen.

Die außergewöhnliche Genauigkeit der Matrizen der S-Serie ermöglicht es Konstrukteuren, Genauigkeiten von mehr als 0.1 % des Skalenendwerts zu erreichen, wodurch sie selbst für die anspruchsvollsten Hochpräzisionsanwendungen geeignet sind. Die S-Serie ist mit und ohne Glas erhältlich.

Unschlagbare Genauigkeit und Zuverlässigkeit

Eine qualitativ hochwertige Kalibrierung ist ein entscheidender Faktor bei der Druckmessung. Um die Bewegung der Membran präzise in aussagekräftige Druckwerte umzuwandeln, ist eine gründliche Charakterisierung der Widerstandsänderung als Reaktion auf den ausgeübten Druck erforderlich.

Um dies zu gewährleisten, muss jeder Matrize der S-Serie Beim Bau in der Waferfabrik von Merit Sensor Systems in South Jordan, Utah, USA, wird es elektrischen Tests auf Waferebene unterzogen. Die Chips können verpackt werden, indem sie auf einer Leiterplatte montiert werden und die erforderliche Signalverstärkungselektronik integriert wird.

Es werden umfangreiche und strenge Test- und Kalibrierungsverfahren eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Matrizen sofort zuverlässige Messungen liefern können.

Die Robustheit, Zuverlässigkeit und herausragende technische Leistung der Matrizen der S-Serie machen sie für viele Ingenieure zur bevorzugten Wahl beim Bau von Druckwandlern.

Ihre Kompatibilität mit einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen, ihre hervorragende Empfindlichkeit und ihre kompakte Stellfläche machen sie ideal für zahlreiche Anwendungen, einschließlich Industrie-, Automobil- und Medizinsektoren, in denen Komponenten zusätzliche behördliche Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Leistung erfüllen müssen.

Unabhängig davon, ob Kunden Druckwandler für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizingerätetechnik oder andere Anwendungen benötigen, können sie durch die Kontaktaufnahme mit Merit Sensor Systems die Vorteile der Integration seiner hochmodernen Druckmessköpfe in ihre Geräte erkunden verbesserte Zuverlässigkeit und Leistung.

Mit der Rückendeckung und fachkundigen Unterstützung der erfahrenen Profiteams von Merit Sensor erhält der Kunde eine hohe Messzuverlässigkeit, umfassenden Pre- und Post-Sales-Support sowie kompetente technische Beratung.

Referenzen und weiterführende Literatur

1. Middelhoek, S. (2000). Feier der zehnten Wandlerkonferenz: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Wandlerforschung und -entwicklung. Sensoren und Aktoren, 82, 2–23. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00395-7
2. Bean, VE (1994). Dynamische Druckmesstechnik. Metrologia, 30, 737. https://doi.org/10.1088/0026-1394/30/6/037
3. Adams, TM und Layton, RA (2010). Einführung in die Herstellung und Anwendung von MEMS. https://doi.org/10.1007/978-0-387-09511-0
4. Jang, JS, & Liccardo, D. (2006). Automatisierung kleiner UAVS mithilfe eines kostengünstigen MEMS-Sensors und einer eingebetteten Computerplattform. 2006. IEEE/AIAA-Konferenz für digitale Avioniksysteme 25, 1–9. https://doi.org/10.1109/DASC.2006.313772

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