Druckschalter und Drucksensoren: Druck als Änderung elektrischer Größen

Als elektrische Messumformer informieren Druckmessumformer über verschiedene Arten von Drücken: Relativ-, Absolut- und Differenzdruck. Dazu formt das entsprechende Messgerät den anliegenden Druck in eine mechanische Kraft um, die eine Membran bewegt. Deren Auslenkung registriert der Umformer elektrisch, was eine nachfolgende elektronische Verarbeitung als Druck interpretiert.

Entstehung dank Elektronik

Noch in den 80ern stellten mechanische Messgeräte das A und O der Druckmessung dar. Entsprechend fanden sich ausschließlich Manometer in den zahllosen Betrieben, die mit Medien unter Druck arbeiten.

Dann allerdings revolutionierte die Elektronik auch die Druckmesstechnik, wozu nach und nach einige grundlegende physikalische Effekte zum Einsatz gelangten. Zunächst betraten dabei vorwiegend induktive Messsysteme den Markt, die auch heute noch gerade bei recht kleinen Messbereichen rege Verwendung finden.

Kurz danach kamen piezoresistive Verfahren auf. Dieser Art von Sensorik fußt direkt auf der Halbleitertechnologie, wodurch sie sich kontinuierlich zur besonders prominenten Form elektronischer Druckmessung entwickelte. Entsprechende Halbleitersensoren finden sich daher in vielen modernen Druckmessumformern.

Gemeinsam eroberten jene innovativen Sensoren neue Anwendungsfelder, welche wiederum die Sensorentwicklung beflügelten. Aus diesem selbststärkenden Prozess entstanden daher weitere Druckmessumformer mit zum Teil hochspezifischer Verwendung. So finden sich heute auch Dünnfilm- und Dickschichtsensoren, während auch keramisch-kapazitive Sensorik zum Einsatz gelangt.

Mittlerweile lassen sich mit jener hohen technischen Vielfalt für quasi alle industriellen Herausforderungen einsatzoptimierte Druckmessumformer entwickeln. Dabei erscheint die Zahl ihrer praktischen Anwendungen unbegrenzt: Eine Unmenge fertigender Prozesse verarbeitet gasförmige oder flüssige Medien, deren lokale Druckmessung die Steuerung jener Verfahren ermöglicht.

Ein wenig Physik

Die Messprinzipien von Druckmessumformern lassen sich nach diversen Effekten kategorisieren:

– Beispielsweise ändert die Druckkraft den elektrischen Widerstand in verformten Medien, wie etwa leitenden Materialstreifen zur Dehnungsmessung oder piezoresistiven Elementen.

– Analog führt der piezoelektrische Effekt zur druckabhängigen Änderung der elektrischen Spannung, die an einem Messelement anliegt.

– Entsprechend lässt sich die Höhe eines anliegenden Drucks auch über die durch diesen geänderte Kapazität oder Induktivität eines integrierten Messelements berechnen.

Umgebung und Umformer 

Die Messung von Drücken explosiver oder aggressiver Medien erschwert den technischen Entwurf eines Druckmessumformers. Schließlich müssen diese Geräte einsatzfähig bleiben, während sie auch keine Gefahrenquelle bilden dürfen. So muss ihre Entwicklung beispielsweise Funkenbildung und Korrosion berücksichtigen.