Allgemeines ber Druck Die Formel f r den Druck lautet: p F

1. Allgemeines �ber Druck� Die Formel f�r den Druck lautet: p = F/A (sprich: Druck gleich Kraft dividiert durch Fl�che) Druck wird in verschiedenen Einheiten angegeben. Die h�ufigst verwendeten Einheiten sind: mbar (millibar), bar (1 Newton/cm2), Pascal (1 Newton/m2) und psi. Wie kann man sich Druck vorstellen? Wir alle stehen unter Druck. Moment, ich ganz besonders�! Wir kennen alle die Wetterkarte aus der Tagesschau, wo die Isobaren-Li nien oft wie ein Schnittmuster dargestellt werden. Isobaren sind im Grunde mit den H�henlinien auf einer Landkarte vergleichbar.  

2. Die WetterkarteDie Erde ist von Luft umgeben. Luft hat ein Gewicht. Das Gewicht der Luft erzeugt einen Umgebungsdruck von etwa 1 bar (1000 mbar) auf Meeresh�he. Die blauen Linien sind Isobaren; sie verbinden Orte gleichen Luftdrucks. Der Luftdruck wird in mbar oder Pa (Pascal) angegeben: 100 Pa = 1 mbar.

3. Die Lufts�ule1 mbar entspricht 1 gr/cm2. Die Lufts�ule von 1000 m ist somit ca. 100 gr schwer. In 1000 m H�he betr�gt der Luftdruck nur noch etwa 900 mbar. Der Luftdruck hat um 100 mbar abgenommen.H�henmesser, wie sie in Flugzeugen oder von Bergsteigern benutzt werden, basieren auf den Ver-�nderungen des Luftdruckes mit variierender H�he. F�r alle H�henmesser ist eine regelm�ssige Korrektur der atmosph�rischen Luftdruckschwankung erforderlich. Bergsteiger nehmen diese Korrektur an Orten bekannter H�he vor. Flugzeuge fragen vor der Landung den Luftdruck auf Pistenh�he ab. Die Wassers�uleWasser ist 1000 mal schwerer als Luft. Eine Wassers�ule von 1 cm2 und einer H�he von 10 m ergibt ein Gewicht von 1 kg. Bei Eintauchen in Wasser nimmt der Druck pro 10 m Tiefe um 1 bar zu. In 100 Meter Tiefe ist der Absolutdruck 11 bar (1 bar ist der Luftdruck auf der Wasseroberfl�che, plus 10 bar Wasserdruck). Relativ zur Oberfl�che ist der Druck 10 bar.

4. Dr�cke messen mit GewichtenDie ersten Druckmessungen wurden mit Fl�ssigkeitss�ulen gemacht. Die Quecksilbers�ule steht heute noch in vielen Arztpraxen zur Blutdruckmessung.Auch f�r den Luftdruck wird oft noch gesagt: "Die Quecksilbers�ule steht auf 712". Gemeint sind 712 mmHg.

5. Die Druckwaage (Druck = Kraft pro Fl�che)F�r h�here Dr�cke erweisen sich S�ulen als unpraktisch. Die genaue Bestimmung oder Erzeugung eines Druckes erfolgt �ber Druckwaagen.�ber die Kraft wird der Druck erh�ht bis das Gewicht auf dem Teller �ber den Kolben im Zylinder angehoben wird.Bei einer Kolbenfl�che von 1 cm2 und einem Druck von 100 kg/cm2 (100 at�) ist dieses Gleichgewicht gegeben (1 at� = 0,98 bar).

6. Die Geschichte vom Druck und der DruckmesstechnikHannes W. Keller Galileo Galilei, geboren in Pisa (Italien), erfand eine Pumpe basierend auf einem Saugkolben und setzte sie zur Landbew�sserung ein, um Wasser aus dem Fluss auf das h�her gelegene Land zu pumpen. Dabei musste er feststellen, dass er maximal 10 m H�hendifferenz �berwinden konnte. Eine Erkl�rung daf�r konnte er nicht finden.

7. Blaise Pascal, franz�sischer Philosoph und Physiker, h�rte von diesen Experimenten und forschte nach den Gr�nden f�r die von Galileo und Torricelli beobachteten Ph�nomene. Er kam zu der �berzeugung, dass die Kraft, die die Queck-silbers�ule auf 760 mm h�lt, das Gewicht der Luft dar�ber sein muss. Sollte seine Theorie stimmen, so m�sste mit zunehmender H�he diese Kraft kleiner werden, was er mit dem ber�hmten Experiment am Berg Puy de D�me in Zentral-Frankreich bewies. Aus der Abnahme der S�ulenh�he und der H�hendifferenz konnte er das Gewicht der Luft errechnen. Pascal erkannte auch, dass diese Kraft, er nannte sie �Druck�, gleichm�ssig in alle Richtungen wirkt.

8. Robert Boyle, ein anglo-irischer Chemiker, verwendete �J�-f�rmige Rohre, die an einem Ende geschlossen waren, zum Studium der Beziehung zwischen Druck und Volumen des eingeschlossenen Gases und formulierte das Gesetz P x V = K (P: Druck, V: Volumen, K: Konstante). Das bedeutet: wenn das Volumen eines Gases bei einem gegebenen Druck bekannt ist, kann der Druck bei einer Volumen�nderung berechnet werden, vorausgesetzt die Temperatur und die Gasmenge bleiben gleich.

9. Mechanische Messtechniken Lucien Vidie, franz�sischer Wissenschaftler, erfand und baute ein Barometer, das anstelle einer Fl�ssigkeitss�ule die Auslenkung einer Membrane zur Messung des Luftdruckes verwendet (Aneroidbarometer). Die Auslenkung der Membrane unter Druck wird durch eine Mechanik �bertragen und von einem Zeiger angezeigt. Unter Verwendung dieser Anzeigemethode von Vidie patentierte Eug�ne Bourdon (Gr�nder der Bourdon Company) im Jahre 1849 das Bourdon-Rohrfedermanometer f�r h�here Druckbereiche.

10. Die ersten Foliendehnmessstreifen entstanden mit einer integrierten vollen Widerstandsmessbr�cke, welche auf eine Membran geklebt wurde, die im Mittelpunkt und am Rand gegens�tzliche Beanspruchung erf�hrt.

11. Das Sensoren-Zeitalter Honeywell Research Center, Minneapolis/USA, 1967: Art R.Zias und John Egan beantragten das Patent f�r ge�tzte Silizium-membranen. 1969 beantragte Hans W. Keller das Patent f�r seriengefertigte Siliziumsensoren. Die Technologie profitierte von den enormen Fortschritten in der IC-Technologie.

12. Bauarten � Welche verschiedenen Bauarten gibt es? In der elektronischen Druckmesstechnik werden meist Membrankonstruktionen eingesetzt. Jede Druckmessung ist eine Differenzdruckmessung zwischen den beiden Fl�chen der Membrane. Diese werden unterschieden in:

13. Begriffserkl�rung und Definitionen � Verschiedene Druckarten mit ihren Bezugspunkten � �

14. Um hinzuweisen, auf welchen Druckpunkt man sich bezieht (Bezugspunkt), schreibt man neben der Druckeinheit die betreffende Bezugsangabe. z B. bar rel. Unterschied zwischen Aufnehmer und Transmitter (im Bezug zum Ausgangssignal): Aufnehmer: nicht standardisiertes Signal, Nullpunkt, Empfindlichkeit und Temperaturverhalten nicht direkt einstellbar. Transmitter: standardisiertes Signal, Nullpunkt, Empfindlichkeit und Temperaturverhalten einstellbar. Verschiedene Druckarten

15. Empfindlichkeit � Die Empfindlichkeit (E) ist das Verh�ltnis von Signal�nderung zu Druck�nderung. Man unterscheidet zwischen der geforderten (Soll) und der ermittelten Empfindlichkeit (Ist). Die geforderte Empfindlichkeit l�sst sich folgenderma�en berechnen: im oberen Beispiel (siehe auch Druck � Signalkurve weiter unten): 4...20 mA � -1...2 bar => E = 16 mA / 3 bar = 5.334 mA/bar Bei der Ermittlung der Empfindlichkeit von zwei Messpunkten** (Signal S1 beim Druck P1 und S2 bei P2) gilt: Im selben Beispiel: Messung 4.15...20.02 mA bei -0.97...2 bar rel. = 5.343 mA/bar � Standardmasseinheit bei Empfindlichkeit (E, Sens) f�r: ��������� Druckaufnehmer [mV/bar @ ....mA] mA ist der Bezug auf den Strom, mit dem der Druckaufnehmer gespiesen wird ��������� Drucktransmitter [V/bar] od. [mA/bar] od. [mV/bar]

16. �berdruck, Berstdruck & Basisdruck �berdruck und Berstdruck Der �berlastbereich ist der Druckbereich, in welchem vorgegebene oder vereinbarte Fehlergrenzen �berschritten werden d�rfen, jedoch keine bleibenden Ver�nderungen der messtechnischen Eigenschaften auftreten. Das Signal muss im �berlastbereich nicht mehr proportional zum Druck sein. Der Zerst�rungs-bereich ist der Druckbereich in dem beim Druck-aufnehmer bleibende Ver�nderungen seiner mess-technischen Eigenschaften auftreten und der Aufnehmer auch mechanisch zerst�rt werden kann. �berdruck: garantierter Druck, bei der der Sensor-Chip noch nicht zerst�rt wird. Der Berstdruck ist der garantierte Druck, bei dem die drucktragende Teile noch nicht bersten und kein Messmedium austritt. Es kann aber zu bleibenden Ver�nderungen kommen.

17. Der Berstdruck ist der garantierte Druck, bei dem die drucktragende Teile noch nicht bersten und kein Messmedium austritt. Es kann aber zu bleibenden Ver�nderungen kommen. Basisdruck Einschr�nkung: Nur f�r PD � Aufnehmer/Transmitter relevant. Die Druckbeaufschlagung erfolgt gleichzeitig auf beiden Seiten des Druckaufnehmers oder auf beide Druckaufnehmer mit gleich grossem Druck. Dadurch kann es zu Signalabweichung (Gleichlauf) kommen. Sie werden durch die CMR (Common Mode Rejection) ausgedr�ckt. Der so angelegte Druck heisst Basisdruck. Somit kann der gr�sste Druck auf P1 Basisdruck + Differenzdruck sein. Bei PD-Transmitter mit zwei Aufnehmer entspricht das Ausgangssignal der Druck-differenz (P1 � P2). � �

18. Signalverhalten: Druckverhalten Signal-Druck-Kurve: Vom Anwender wird ein lineares Druckverhalten gew�nscht, bei dem das Ausgangssignal proportional zum anstehenden Druck ist. Die Kurve im Druck-Signal-Diagramm soll eine Gerade sein, deren Anfangspunkt mit Nullpunkt und deren Steigung mit Empfindlichkeit bezeichnet wird. Der wirkliche Verlauf der Druck-Signal-Kurve zeigt immer mehr oder weniger starke Abweichungen von der idealen Geraden: Beim Aufnehmer ist diese Abweichung der Linearit�tsfehler, die Steigung der Kurve entspricht dagegen der Empfindlichkeit. � Linearit�tsfehler des Druckaufnehmers �� Der linearere Teil der Kennlinie wird ausgenutzt, wenn der Aufnehmer mit geringerer Empfindlichkeit eingesetzt wird.

19. Hysterese Der Hysteresefehler ist die Messwertdifferenz die entsteht, wenn ein beliebiger Messpunkt von verschiedenen Richtungen angefahren wird. Es gibt sowohl Druck- als auch Temperatur-Hysteresefehler. Bei den piezoresistiven Druckaufnehmern sind diese allerdings verschwindend klein (typisch <0.05%). �

20. Grenzfrequenz Die Grenzfrequenz f�r einen "nackten" Siliziumchip ohne �lf�llung ist > 20kHz. � Die Grenzfrequenz eines Siliziumchip ist abh�ngig von ��������� Membrandicke, ��������� Membrandurchmesser � Die Grenzfrequenz eines isolierten Druckaufnehmers (�lgef�llt) h�ngt ausserdem ab von ��������� Siliziumchip, ��������� �lf�llung, ��������� Innenform des Aufnehmergeh�uses (z.B. Kapillare), ��������� Trennmembrane, ��������� Keramik, ��������� Aufbau des Siliziumchip ins Geh�use, ��������� weitere mechanische Bauteile � Die Grenzfrequenz eines Transmitters wird ausserdem noch beeinflusst durch ��������� Elektronik, ��������� weitere mech. Bauteile zwischen Aufnehmer und Transmitteranschluss (Reduzierbohrungen, Drosselscheiben)

21. Temperaturverhalten Das Signalverhalten eines Druckaufnehmers oder Transmitter ver�ndert sich mit der Temperatur. � Temperaturbedingte Nullpunktverschiebung: � Die Ursache f�r die Nullpunktverschiebung ist eine Summe verschiedenster Effekte wie mechanische Spannungen aufgrund der Montage der Messzelle auf ihrem Tr�ger, die sich mit der Temperatur ver�ndern, die Ausdehnung des �ls in Verbindung mit der Steifigkeit der Stahlmembrane f�hrt dazu, dass sich ein Druck im Geh�use aufbaut. � Temperaturbedingte Empfindlichkeitsver�nderung: Die Temperatur-Abh�ngigkeit der Empfindlichkeit kann je nach Siliziumchip-Typ anders aussehen. F�r die Praxis bew�hrt hat sich eine so ausgelegte Messzelle, bei der die Zunahme des Br�ckenwiderstandes diese Abnahme automatisch kompensiert, wenn der Druckaufnehmer mit Konstantstromspeisung betrieben wird. Damit erh�lt der Anwender eine Messzelle, die in einem f�r viele Anwendungen ausreichenden Temperaturbereich von ca. 10 bis 80 �C die Empfindlichkeit um weit weniger als 1% �ndert � � Weitere temperaturbedingte Ver�nderungen: Beispiel Temperaturbedingte Empfindlichkeits�nderung � Auch die Linearit�t ver�ndert sich etwas mit der Temperatur, aber dies kann in der Praxis meist vernachl�ssigt werden. Je h�her die Temperatur, desto kleiner ist der Linearit�tsfehler.

22. Fehlerbetrachtung und Kompensation: Linearit�tsfehler F�r die Linearit�t ist wichtig zu wissen, nach welcher Definition sie angegeben wird. Man unterscheidet nach ��������� Endpunktlinearit�t (Lendp) ��������� beste Gerade durch Nullpunkt (Lnorm) ��������� beste Gerade (Lbfsl) Abgleichfehler wie Offset- und Verst�rkungsabweichungen haben keinen Einfluss auf die Linearit�t d. h. hier wird nur betrachtet wie ungerade die Linie ist, nicht wie weit sie vom Soll abweicht. Den Linearit�tsfehler (L) gibt man mit der gemessenen Signaleinheit an oder in [%FS]. Endpunktlinearit�tsfehler (Lendp � terminal straight line)

23. Linearit�tsfehler der besten Gerade durch Nullpunkt (Lnorm � best fitted straight line through zero)

24. Linearit�tsfehler bei der besten Gerade (Lbfsl � best fitted straight line)

25. Gesamtfehlerband � (TEB � total error band) � Das Fehlerband oder Summenfehler gibt den Bereich an, in dem die Messwerte des Druckaufnehmers oder Transmitters in einem bestimmten Temperaturbereich liegen d�rfen. Es ist also ein Mass f�r die Genauigkeit �ber einen Temperaturbereich. Das Fehlerband umfasst alle Fehlerangaben wie Linearit�t, Repetierbarkeit, Hysterese, TK-Fehler, Stabilit�t, sowie Einstellfehler von Nullpunkt und Empfindlichkeit. Z.B. bedeutet ?1%FS Fehlerband, dass kein Messwert �ber den festgelegten Druck- und Temperaturbereich ausserhalb des Bereiches ?1% vom Fullscale liegen darf.

26. Genauigkeit bei Raumtemperatur Im Gegensatz zum Gesamtfehlerband umfasst die Genauigkeit RT alle Fehlerangaben ohne den Temperaturfehler (TK-Fehler).

27. Genauigkeit, Pr�zision und Unsicherheit Genauigkeit und Pr�zision sollten nicht verwechselt werden.

28. Anforderungen:F�r die Wahl des geeigneten Drucksensors bzw. Drucktransmitters m�ssen folgen Spezifikationenbeachtet werden. Nullpunktsreferenz (relativ, absolut, Differenz) ��� Druck (Messbereich) ��� �berlast �� Berstdruck ��� Basisdruck diff. (Systemdruck) ��� Ausgangssignal � analog � digital ��� Aufl�sung ��� Fehlerband � Genauigkeit (Linearit�t,Repetierbarkeit,Hysteresse) � Temperaturfehler ��� kompensierter Temperaturbereich ��� Betriebstemperatur ��� Stabilit�t

29. Elektrische Druckmessung auf piezoresistiver Basis Druckaufnehmer auf resistiver Basis:Bei resistiven Druckaufnehmern wird durch einen Druck ein Widerstand bzw. mehrere Widerst�nde ver�ndert. Es handelt sich in den meisten F�llen nicht um das Verstellen eines Potentiometers, sondern um die Ver�nderung der Leitf�higkeit eines Dehnmessstreifens. Solche Druckaufnehmer sind sowohl f�r statische als auch dynamische Anwendungen geeignet. Sie sind passiv, ben�tigen also eine Speisung. Je nachdem, welche Widerst�nde verwendet werden, und nach welchem Fertigungsprinzip der Druckaufnehmer hergestellt ist, wird er unterschiedlich bezeichnet.�

30. Metallische Dehnmessstreifen (DMS)DMS ver�ndern ihren Widerstand durch eine Deformation. Normale DMS sind aus einer auf einen Tr�gerfilm aufgebrachten Metallfolie (z. B. Constantan) herausge�tzt und werden zur Messung von Deformationen aller Art eingesetzt. Die Widerstandsver�nderung resultiert aus zwei �berlagerten Effekten. Zum einen bewirkt eine Dehnung des Messk�rpers eine Querschnittsverringerung und dadurch eine Erh�hung des Widerstandes. Zum anderen ver�ndert sich auch der spezifische Widerstand mit der Dehnung. Dieser zweite Effekt wird piezoresistiver Effekt genannt. Ihm sind etwa 20% der Widerstandsver�nderung beim normalen DMS zuzuschreiben. � Folien-Dehnungsmessstreifen Sie sind die am h�ufigsten verwendeten Dehnungsmessstreifen. Bei Folien-DMS wird ein metallisches Messgitter in einem galvanischen Verfahren auf eine Tr�gerfolie aufgetragen. Durch d�nne Kunststoff schichten auf beiden Seiten ist das Messgitter mechanisch gesch�tzt. F�r Messungen im H�chst-Temperaturbereich werden auch Freigitter DMS verwendet (lediglich f�r Transport und Montage ist hier ein provisorischer Tr�ger vorhanden). weiteres zu DMS siehe Kraftsensoren

31. Halbleiter-DMSBei Halbleitermaterialien ist der piezoresistive Effekt sehr viel ausgepr�gter als bei Metallen. Er h�ngt von der Orientierung des Halbleiter-Einkristalles und von der Dotierung (Art, Dichte und Verteilung der Fremdatome, welche die Leitf�higkeit bestimmen) ab. Bei ausgef�hrten Halbleiter-DMS ist der piezoresistive Effekt etwa 50 mal st�rker als bei metallischen DMS. Halbleiter-DMS werden zur Druckmessung entweder ebenfalls auf eine solche Struktur aufgeklebt oder das Halbleitermaterial ist direkt aufgesputtert, so dass eine intensive Verbindung gew�hrleistet ist, was die Voraussetzung f�r Hysteresefreiheit, Alterungs- und Temperaturbest�ndigkeit ist. Obwohl der piezoresistive Effekt nicht allein dieser Gruppe vorbehalten ist, hat sich die Bezeichnung piezoresistiver Druckaufnehmer f�r diejenigen eingeb�rgert, bei denen die elastische, sich unter Druck deformierende Struktur und die Widerst�nde in einem Chip integriert sind.

32. Kristallstruktur von Silizium: In der Natur kommt Silizium in riesigen Mengen vor, aber meist als Oxyd in kleinen St�cken (Sand). F�r die Halbleitertechnik wird m�glichst reines oder mit einer genau definierten Anzahl Fremdatomen versehenes Silizium ben�tigt. Daf�r wird es als grosser Einkristall gez�chtet, so dass alle Atome in perfekter Anordnung zueinander ausgerichtet sind. Dies ist die Voraussetzung daf�r, dass die Halbleiter-eigenschaften optimal zur Geltung kommen und dass die Prozesse der integrierten Schaltungsherstellung gleichm�ssig ablaufen. Ein einzelner Kristall zeigt ein anisotropes Verhalten, d. h. seine Eigenschaften sind richtungsabh�ngig. Insbesondere ist auch der piezoresistive Effekt richtungsabh�ngig. Die Orientierung des Halbleiterkristalls ist also wesentlich. Silizium hat (etwas vereinfacht gesehen) ein einfaches, kubisches Gitter; an jeder Ecke eines Kubus sitzt ein Atom. Der piezoresistive Drucksensor: Der Drucksensor besteht aus zwei Pl�ttchen; der Frontplatte mit den diffundierten Widerst�nden und der R�ckplatte. Die Widerst�nde sind am Rand der zur Membrane ausgebildeten Frontplatte angeordnet.Sie haben einen Wert von ca. 3,5 kOhm. Unter mechanischer Spannung vergr�ssert sich der Wert der radialen Widerst�nde "r". Der Wert der transversalen Widerst�nde "t" verkleinert sich. Die Ver�nderung kann bis zu 1 kOhm betragen.Die Widerst�nde werden zu einer Messbr�cke zusammengeschlossen. Die Verstimmung der Messbr�cke ist das Mass f�r den Druck.

33. Anordnung der Widerst�nde: F�r die Anordnung der Widerst�nde auf (genauer in) der Membrane bestehen verschiedene M�glichkeiten. Der allgemeine Fall ist ein Widerstand, irgendwo so angeordnet, dass der Spannungszustand der durch Druck ausgelenkt werdenden Membrane sich als Widerstandsver�nderung bemerkbar macht. In der Praxis w�nscht man sich jedoch eine m�glichst grosse Empfindlichkeit, eine gute Linearit�t und wegen des Temperaturverhaltens des piezoresistiven Wirkungsfaktors erg�nzende Widerst�nde zur Beschaltung zu einer Wheatstoneschen Br�cke. Dabei wird f�r eine hohe Empfindlichkeit des Druckaufnehmers angestrebt, dass alle vier Widerst�nde der Br�cke aktiv sind, sich also unter Druck ver�ndern (zwei dieser Widerst�nde m�ssen sich bei der gleichen Deformation der Membrane vergr�ssern und zwei verkleinern). Die Ver�nderung der Br�cke ist in untenstehendem Bild sowohl unter Einfluss von Temperatur als auch von Druck dargestellt. Bild: Ver�nderung der Br�cke unter dem Einfluss von Temperatur (a) und Druck (b)

34. Kontaktierung der Messzellen: Zwei Methoden werden zur Kontaktierung der Messzellen eingesetzt:1. Gold- oder Aluminiumdr�hte werden auf die Kontakte und die Dr�hte der Glasdurchf�hrung geschweisst.2. Sogenannte TAB werden auf die mit einem Goldh�cker versehenen Kontakte gel�tet. Diese  TAB-Bahnen k�nnen auf einen Print oder eine Glasdurchf�hrung gel�tet werden. Mit diesem Aufbau w�re ein bereits nutzbarer Sensor hergestellt. Problematisch ist jedoch, dass die offen daliegenden Leiterz�ge und die Bonddr�hte nur mit nichtleitenden Medien in Ber�hrung kommen d�rfen, da ansonsten ein Kurzschluss entstehen w�rde. Wo mit trockener Luft, inerten Gasen etc. gearbeitet wird, stellt dies kein Problem dar. Solche Sensoren werden daher h�ufig in der Pneumatik oder in medizinischen �berwachungsger�ten verbaut. F�r die rauen Einsatzbedingungen in der Industrie werden stahlgekapselte Aufnehmer und Transmitter eingesetzt, welche den Chip von den Umgebungsbedingungen sch�tzt.

35. Der piezoresistive Drucksensor. Die Siliziummesszelle: Die Messzellen auf Glasdurchf�hrung werden in einen Stahlk�rper eingeschweisst, der vorne mit einer d�nnen Stahlmembrane abgeschlossen ist. Der Innenraum ist mit Silikon�l gef�llt, welches den auf die Membrane wirkenden Druck widerstandsfrei in das Innere auf den Drucksensor �bertr�gt.

36. Ein wie oben beschriebener Drucksensor, sogenannte OEM (Original Equipment Manufacturer) wird oft von Firmen in deren Anlagen und Maschinen verbaut. Dabei erfolgt die nachfolgende Signalaufbereitung �ber deren SPS oder anderen Elektronikeinheiten, welche die Anlage steuern. Der Sensor wird also in eine bestehende Baugruppe �eindesigned�: Oft wird aber auch ein �Anschlussfertiger� Druckaufnehmer verlangt. Dieser verf�gt dann bereits �ber einen Druckanschluss wie zum Beispiel ein Einschraubgewinde und einen elektrischen Anschluss wie Kabel oder Stecker. Das eigentliche Sensorsignal ist aber immer noch �roh� und unverst�rkt.

37. Druckaufnehmer:Der genaue Nullpunkts- und Verst�rkungsabgleich wird in nachfolgenden Verst�rkern oder Anzeigeger�ten vorgenommen.Vor 20 Jahren waren die M�glichkeiten, die Transmitterelektronik auf kleinstem Raume zu realisieren, noch sehr beschr�nkt. Der Aufnehmer und der separate Verst�rker bildeten die �bliche Messkette. Weil heute noch viele Verst�rker und Anzeigeger�te in den Labors stehen, ist der Aufnehmer sozusagen ein Ersatzteil geworden. Der Transmitter hat ihn abgel�st. Bei Temperaturen �ber 100 �C sind Aufnehmer meist vorteilhafter, um die Elektronik nicht den hohen Temperaturen auszusetzen.

38. Drucktransmitter: Die Heute wohl �blichste Form ist der Drucktransmitter, der obwohl mittlerweile als Komponente betrachtet ein kleines, jedoch eben abh�ngiges System darstellt. Er beinhaltet neben einem isolierten OEM-Drucksensor auch einen Druckaufnehmer (wir erinnern uns, ein Druckaufnehmer hat zwar bereits einen elektrischen Anschluss in Form eines Kabels oder eines Steckers, als auch einen Druckanschluss, aber eben noch kein normiertes, f�r die Industrie einfach handhabbares Ausgangssignal). Transmitter sind Druckwandler mit integrierter Elektronik, die das Sensorsignal in ein Normsignal umwandeln. Normsignale sind: 0...100 mV, 0...10 V, 0,5...4,5 V, 4...20 mA. Das Signal ist unabh�ngig von der Speisung, welche �ber weite Bereiche variieren kann (z.B. 8...28 V). Bei ratiometrischen Transmittern ist das Signal proportional zur Speisung.

39. Verst�rkungselektronik Konventionel �ber Operatinosverst�rker Die Br�cke des Druckaufnehmers darf nicht durch einen niederohmigen Eingang belastet werden. Andernfalls w�rde ein Teil des Speisestromes in den Verst�rker fliessen und die Empfindlichkeit des Druckaufnehmers entsprechend reduziert werden. Es muss also ein Instrumentenverst�rker mit hoher Eingangsimpedanz verwendet werden. Komplette BeschaltungNachstehendes Bild zeigt die Messbr�cke des piezoresistiven Druckaufnehmers mit der kompletten, normalerweise erforderlichen Beschaltung f�r Speisung, Temperaturkompensation, Nullpunktsabgleich und Verst�rkung.

40. Digital mit Mikroprozessor � Das Sensorsignal wird mit einem hochpr�zisen A/D Wandler (16bit) bis zu 500 mal pro Sekunde gemessen. Nach jeder Messung wird der exakte Druckwert berechnet (Eliminierung der Linearit�ts- und Temperaturfehler). Das analoge Ausgangssignal wird �ber den D/A Wandler aktualisiert. Mit dieser Technologie ist es m�glich, Dr�cke auch �ber grosse Temperaturbereiche hochpr�zis und schnell zu messen.

41. Digitale Kompensationstechnik � Nichtlinearit�ten und Temperaturabh�ngigkeiten des Drucksensors k�nnen mit einer mathematischen Modellierung des Sensors weitgehend eliminiert werden. Jeder Drucktransmitter wird in der Produktion �ber den ganzen Temperatur- und Druckbereich ausgemessen. Mit diesen Messdaten wird ein mathematisches Modell gebildet. Im Betrieb wird mit folgender Formel der exakte, fehlerbereinigte Druckwert berechnet:

42. Kapazitive Drucksensoren � Kapazitive Sensoren arbeiten auf Basis der Ver�nderung der Kapazit�t eines einzelnen Kondensators oder eines ganzen Kondensatorsystemes. Diese �nderung der Kapazit�t kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen, die sich meist bereits durch den Verwendungszweck ergeben. � Alle kapazitiven Sensoren basieren auf dem Prinzip, dass zwei Platten einen elektrischen Kondensator bilden, von denen eine durch den zu messenden Effekt verschoben oder verformt wird. Dadurch �ndert sich der Plattenabstand und damit die elektrisch messbare Kapazit�t. Um auch kleine Ver�nderungen besser detektieren zu k�nnen ist die eigentliche Messelektrode h�ufig mit einer Schirmelektrode umgeben, die den inhomogenen Randbereich des elektrischen Felds von der Messelektrode abschirmt. Dadurch ergibt sich zwischen Messelektrode und �blicherweise geerdeter Gegenelektrode ein ann�hernd paralleles elektrisches Feld mit der bekannten Charakteristik eines idealen Plattenkondensators.

43. Anwendungsgebiete Drucksensoren � Wo werden diese Sensoren eingesetzt?