Drucksensorelement

Drucksensorelement bezeichnet den eigentlichen Sensorbaustein eines Drucksensors. Es wandelt den auf eine Membran wirkenden Druck in eine elektrische Größe um. Typischerweise besteht es aus einer Membran, die sich durch den Druck verformt, und dem Messprinzip, das jeweils zum Einsatz kommt, wie piezoresistiv, kapazitiv, piezoelektrisch oder optisch. In vielen Anwendungen erfolgt die Umsetzung als MEMS-Chip aus Silizium oder als eine Metallmembran, eingebettet in ein Gehäuse mit Druckanschluss und Referenz.

Zu den gängigsten Prinzipien gehören: Piezoresistiv (Veränderung des Widerstands eines dünnen Widerstands auf der Membran, üblicherweise in einer Wheatstone-Brücke), kapazitiv (Veränderung der Kapazität durch Membrandeflexion), piezoelektrisch (Ladungserzeugung bei Druck, primär bei dynamischen Messungen) und optische bzw. resonante Ansätze (Frequency-Shift- oder Interferometrie). MEMS-Sensoren kombinieren oft Elemente verschiedener Prinzipien.

Aufbau: Eine druckdichte Kammer mit einer in der Kammer befindlichen Membran und dem integrierten Wandler. Druck führt zu einer Messgrößenänderung, die als elektrisches Signal ausgegeben wird. Die Signalausgabe kann analog (Spannung, Strom, Widerstand) oder digital (I2C, SPI, via UART) erfolgen, oft mit integriertem Signalaufbereiter und Temperaturkompensation. Leistungsmerkmale wie Linearität, Hysterese, Temperaturkoeffizient und Nullpunktdrift bestimmen Genauigkeit und Stabilität.

Anwendungen: Automobiltechnik (Ladedruck, Bremsdrucksensoren), Industrieautomation, Medizintechnik, Umwelt- und Gebäudetechnik sowie Konsumgüter. Bei der Auswahl spielen Messbereich, statische oder dynamische Anforderungen, Temperaturbereich, Gehäuse- und Medienverträglichkeit, Kalibrierung und Schutzarten eine Rolle.