Im Wesentlichen bestehen Niederdrucksensoren aus zwei Halbleiterbausteinen, einem MEMS (mikroelektromechanischem Sensor) sowie einem ASIC (Anwendungsspezifisches IC). Der Aufbau ist also überschaubar gehalten, dennoch erlaubt dieser Aufbau die Differenzdruckmessung.

Differenzdruckmessung

Bild 1: Membranverhalten einer piezoresitiven Messzelle bei Differenzdruck unter der Bedingung P1 ≥ P2

Bild 1: Membranverhalten einer piezoresitiven Messzelle bei Differenzdruck unter der Bedingung P1 ≥ P2 Amsys

Die Differenzmessung vergleicht zum einem den Druck P1 als auch den Druck P2. Beide drücken sowohl von der Ober- als auch an der Unterseite gegen eine druckempfindliche Silizium-Messzelle (MEMS) eines Sensors (Bild 1). Bei der Messung gilt es die beiden Fälle P1 ≤ P2 oder umgekehrt P1 ≥ P2 zu unterscheiden. Die meisten Sensoren können jedoch nur ein Druckverhältnis, also P1/P2 ≥ 1 oder P1/P2 ≤ 1, erfassen und auswerten. Aufgrund dieser Einschränkung heißt diese Art der Druckmessung auch Differenzdruckmessung. Die bidirektionale Druckmessung hingegen basiert auf diesem Prinzip, erweitert jedoch diese gewöhnliche Druckmessung.

Bidirektionale differenzielle Sensoren

Bild 2: Siliziummesszelle bei der Messung eines Differenzdruckes unter den Bedingungen: P1 = P2, P1 < P2 und P1 > P2.

Bild 2: Siliziummesszelle bei der Messung eines Differenzdruckes unter den Bedingungen: P1 = P2, P1 < P2 und P1 > P2. Amsys

Über die beschriebenen Differenzmessung hinaus gibt es Anwendungen, die sowohl die Messbedingungen P1 ≤ P2 als auch P1 ≥ P2 fordern wie etwa das Be- und Entlüften, Unter- oder Überschreiten eines Flüssigkeitsniveaus oder das Ein- und Ausatmen. Für Sensoren, die diese Art von Differenzdruck messen können, gibt es keine allgemein anerkannte Bezeichung. Einige Anbieter, wie etwa Amsys, nennen diese Art der Sensoren bidirektionale, differenzielle Drucksensoren. Sie haben also die Eigenschaft Unter- und Überdruck messen zu können und es gilt: P1/P2 ≥1 und P1/P2 ≤ 1.

Bild 2 zeigt schematisch, wie die Membranauslenkung der Differenzdruckmesszellen bei der bidirektionalen Messung aussieht. Die Richtungsumkehrung der Membranauslenkung bewirkt ein Vorzeichenwechsel im Ausgangssignal der Messzelle, das die nachfolgende Elektronik entsprechend verarbeiten muss. Der zu messende Differenzdruck kann bei den Messzellen dieser Sensoren sowohl ein positives als auch ein negatives Vorzeichen haben. Das ist deshalb der Fall, da der Druck P1 am Anschlussstutzen der Messzellenoberseite sowohl größer als auch kleiner sein kann als der Druck P2 am Anschlussstutzen der Messzellenunterseite und umgekehrt. Das führt dazu, dass Anwender nicht mehr auf Druckverhältnisse achten müssen. Bei dem hier beschriebenen Drucksensor SM9543 handelt es sich um einen solchen bidirektional differenziellen Sensor.

Auf der nächsten Seite: Details zum SM9543.

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