1. Thermisch veränderliche Widerstände

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Resistive Sensoren und Thermoelemente Kapitel 2/5 http://www.pegasus-sys.net/FheServices.htm Abb. 3.4. Vollbrücke mit DMS und Temperaturkompensation Die DMS mit gleicher mechanischer Belastung sitzen in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen 33 . Hieraus ist abzuleiten, daß die Empfindlichkeit im Gegensatz zur Vollbrücke wieder um den Faktor 2.0 ansteigen müßte. Werden wieder die beiden Spannungsteiler betrachtet so ergibt sich: ⎛ R + ∆R R − ∆R ⎞ R + ∆R − R + ∆R ∆R U AB = U0⎜ − ⎟ = U0 = U0 ⎝ R − ∆R + R + ∆R R − ∆R + R + ∆R ⎠ 2R R Die Empfindlichkeit ist somit doppelt so groß wie die der Halbbrücke. Die Temperaturgänge der DMS können ebenfalls wieder vollständig kompensiert werden. 3. Druckmessung Ein klassicher Anwendungsbereich für piezoresistive Sensoren stellt die Druckmessung 34 dar. Die Sensoren werden sowohl für die Absolut- als auch Relativdruckmessung verwendet. Die Druckmessung läßt sich nach folgenden Zusammenhang sehr einfach aus einer Kraftmessung ableiten: F P = mit F [N ... Newton] als auf die Fläche A [m A 2 ] wirkende Kraft, Einheit des Druckes P ist Pascal – Pa oder mbar. Ein großer Vorteil der piezoresistiven Sensoren stellt deren einfache Intergrierbarkeit auf einem Chip dar 35 . Diese können sogar mit der notwendigen Auswerteelektronik am gleichen Chip integriert sein. Der Bereich der erfaßbaren Drücke liegt für Absolutdrücke im Bereich von 1 mbar bis zu 1kbar. 33 Zwei der DMS werden jeweils gestaucht, zwei der DMS werden gedehnt. Die Anordnung in der Brücke ist jeweils so, daß sich der maximale Ausschlag der Brücke ergeben und sich die Temperaturgänge nach Möglichkeit kompensieren sollten. Dies bedingt die Anordnung der jeweils mechanisch gleich belasteten DMS in diagonalen Brückenzweigen. 34 Drucksensoren haben vor allem in der Prozessmeßtechnik eine sehr große Bedeutung. Viele chemischen Reaktionen laufen unter verschiedene Drücken verschieden rasch ab. Ebenso können die Eigenschaften des Endproduktes stark variieren. Ein weiters großes Anwendungsgebiet von Drucksensoren stellt die KFZ Technik dar. 35 Durch die vollständige Integration von Membran und piezoresistiven Elementen wird der oben vorgestellt Effekt des Kriechens natürlich vollständig eliminiert und die Sensoren sind somit hervorragend für Langzeitmessungen von statischen Drücken geeignet. C.Brunner - Elektronische Sensorik Seite 18/20
Resistive Sensoren und Thermoelemente Kapitel 2/5 http://www.pegasus-sys.net/FheServices.htm Abb. 3.5. Prinzipdarstellung für Druckmessung – links: Absolutdruck – rechts: Relativdruckmessung Die Membranen werden im allgemeinen nur wenige µm ausgelenkt. Auf Grund der Kleinheit der Anordnung und der Verwendung von Si (k ~ 120) als piezoresistives Material sind aber hervorragende Ergebnisse hinsichtlich minimal detektierbaren Druckes und Temperaturstabilität erreichbar. Die Sensoren werden in Brückentechnik mit nachgeschaltenem Differenzverstärker aufgebaut. Abb. 3.6. Vollbrückenanordnung für DMS bei Druckmessung – links: Druckmeßzelle – rechts: resistive Elemente Bei der Auslenkung der Membran werden wieder jeweils zwei DMS gestaucht und zwei gedehnt. Es ergibt sich hierdurch wieder die maximale Brückenempfindlichkeit und eine idealerweise vollständige Kompensation des Temperaturverlaufes der DMS. 4. Thermoelemente C.Brunner - Elektronische Sensorik Seite 19/20
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