Grundlagen der Sensorik: Dehnung, Magnetfeld & Druckmessung

Verschiebungssensoren und -messung

Halbleiter-Dehnungsmessstreifen

Ein Halbleiter-Dehnungsmessstreifen ist ein hochempfindliches Gerät aus Silizium. Diese extensiometrischen Sensoren weisen einen wesentlichen piezoresistiven Effekt auf. Diejenigen, die diesen Effekt entwickeln, zeigen eine Änderung des elektrischen Widerstands in bestimmten Halbleitern unter mechanischer Spannung.

Piezoelektrische Dehnungsmessstreifen

Wenn eine Kraft auf eine Kristallstruktur einwirkt, die gedehnt oder verformt wird, erzeugt diese Verformung eine elektrische Ladung an den Klemmen des Kristalls. Die Verformung wird unterbrochen, wenn die Belastung schnell beendet wird.

Magnetismus und Sensoren

Hall-Effekt-Sensor

Der Hall-Effekt-Sensor wird häufig zur Detektion von Magnetfeldern eingesetzt. Der Sensor basiert darauf, dass, wenn ein Magnetfeld ein Goldplättchen durchdringt, in dem Strom fließt, eine Spannung erzeugt wird.

Magnetowiderstand

Die Struktur des Magnetowiderstands ähnelt fotoresistiven Geräten. Hierbei wird Indiumarsenid in Serpentinenform abgeschieden. Wenn ein Magnetfeld auf einen Halbleiter trifft, verzerrt es die Flugbahn der Ladungsträger. Obwohl der Magnetowiderstand keine Verzerrung des Trägerpfades bewirkt, reduziert er effektiv die Querschnittsfläche des Leiters, wodurch der Widerstand erhöht wird.

Druckmessung und -wandler

U-Rohr-Manometer

Ein U-Rohr-Manometer ist ein Messgerät für Differenzdruck, das aus einem U-förmigen Glasrohr besteht. Das Rohr enthält eine Flüssigkeit, deren Zusammensetzung von der Anwendung abhängt. Die Druckdifferenz bewirkt, dass sich die Flüssigkeit im rechten Schenkel bewegt, bis sich die Drücke ausgleichen.

Elastische Verformungswandler

Alle elastischen Verformungswandler basieren auf dem gleichen Prinzip des Materials vor der Transduktion. Der Druckwandler, meist aus Metall, führt zu einer Verformung. Diese Verformung nennen wir Abweichung. Wir können sagen, dass dies Druck-Positions-Wandler sind.

Bourdon-Rohr

Das Bourdon-Rohr ist ein glattes Metallrohr. Der Eingangsdruck wird in den inneren Bereich des Geräts geleitet. Da der mitgeteilte Druck im Rohrinneren größer ist, rollt sich der Schlauch ab, wie eine Papierrolle, die sich abwickelt. Die Reaktion ist nicht linear.

Faltenbalg

Ein Faltenbalg besitzt zylindrische Wellen entlang der Ränder. Wenn der Druck im Faltenbalg steigt, dehnt er sich nach oben aus. Die Verschiebung der Achswelle kann ein Indikator für die elektrische Verschiebung sein.

Membran

Eine Membran ist eine flexible Druckplatte, die bei Druck zu einer Bewegung nach oben führt.