- Silizium-Drucksensor
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Silizium-Drucksensor mit eindiffundierten Widerständen
Ein Silizium-Drucksensor oder piezoresistiver Drucksensor ist ein Drucksensor mit dem Messprinzip, dass sich eine Membran infolge eines mechanischen Druckunterschieds zwischen deren einen Seite und der gegenüber liegenden Seite durchbiegt, wodurch aufgebrachte elektrische Widerstände verändert werden.
Vorzugsweise wird er auf Siliziumbasis hergestellt. Das Siliziumsubstrat wird als dünne Membran ausgeführt, die vier eindiffundierte Dehnungsmessstreifen (DMS) trägt. Diese werden unter dem Druck gedehnt/gestaucht. Auf diese Längenänderungen reagieren zwei DMS mit positiver Änderung ihrer ohmschen Widerstände, zwei mit negativer Änderung.
Die Widerstände sind als Wheatstonesche Messbrücke angeordnet, die ihrerseits auf Widerstandsänderungen mit einer Änderung einer elektrischen Spannung reagiert. Die Messbrücke arbeitet differenz-bildend, wodurch sich gegenläufige Widerstands-Änderungen in der Spannung addieren. Temperatureinflüsse sind auf alle DMS gleich groß und heben sich auf.
Unter idealen Voraussetzungen sind bei einem Bezugsdruck p0 alle Widerstände gleich groß. In diesem Fall ist die Messbrücke abgeglichen; die Brückenspannung ist gleich null. Die druckabhängige Veränderung der Widerstände führt zur Verstimmung der Brücke und somit zum Anwachsen der Brückenspannung. Diese elektrische Spannung wird mit einem Messverstärker verarbeitet, der zwei hochohmige symmetrische Eingänge besitzen muss, mit denen die Potentialdifferenz erfasst wird. Das Ausgangssignal ist mit guter Näherung proportional zum Druckunterschied.
Der Druckunterschied kann auch gegen einen festen Druck gemessen werden. Bei Absolutdruck-Aufnehmern befindet sich auf einer Seite der Membran ein Hohlraum unter Vakuum. Bei Luftdrucksensoren ist dieser Raum auch luftdicht verschlossen, aber unter konstantem Druck in der Nähe des normalen Atmosphärendruckes.
Kategorien:- Sensor
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