Drucksensoren

Was sind Drucksensoren?

Drucksensoren gehören zur Gruppe der Druckmessgeräte. Sie wandeln mechanische Druckänderungen in Gasen oder Flüssigkeiten in elektrische Signale um und ermöglichen eine präzise Druckmessung in unterschiedlichsten Anwendungen. Drucksensoren sind zentrale Komponenten in Messsystemen und Regeltechnik. Sie werden auch Druckmessumformer oder Drucktransmitter genannt. 

Wie funktioniert ein Drucksensor?

Drucksensoren besitzen eine dünne, flexible Membran. Diese ist auf beiden Seiten mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt. Wenn die Membran unter Druck steht, verändert sich ihr elektrischer Widerstand. Dies erfasst der Sensor und wandelt es in ein elektrisches Signal um. Das Signal wird anschließend von einer Steuerungseinheit verarbeitet. In der Regel geben Drucksensoren den gemessenen Druck als Analogsignal aus. 

Techniken der Druckmessung

• Absolutdrucksensoren messen Druck im Verhältnis zum Vakuum als Referenz. Diese Art der Sensoren findet man in Vakuumpumpen, im Dampfdruck oder in Autoklaven.
• Differenzdrucksensoren erfassen den Druckunterschied zwischen zwei Punkten. Eingesetzt werden sie beispielsweise bei der Filterüberwachung in HVAC-Systemen oder bei der Strömungsmessung in Rohrleitungen.
• Bidirektional-differenzielle Drucksensoren erfassen positive und negative Differenzdrücke. Typische Anwendungsbereiche sind die Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder von Filterverstopfungen. 
• Relativdrucksensoren messen Druck gegenüber dem Umgebungsdruck (z. B. atmosphärischer Druck). Sie sind besonders geeignet für Anwendungen mit mittleren Drücken (< 60 bar), bei denen die genaue Differenz zum Umgebungsdruck relevant ist, beispielsweise in Manometermessungen in pneumatischen oder hydraulischen Systemen. 

Arten von Drucksensoren

Resistive Drucksensoren

Resistive Drucksensoren basieren häufig auf Dehnungsmessstreifen, die auf einer Membran oder Messzelle angebracht sind. Unter Druck verformt sich das Element, was zu einer Änderung des elektrischen Widerstands führt. Diese Widerstandsänderung wird in ein messbares Ausgangssignal umgewandelt. Piezoresistive Sensoren, insbesondere solche auf Siliziumbasis, ermöglichen hohe Genauigkeit in einem weiten Druckbereich, typischerweise von wenigen Millibar bis zu mehreren hundert Bar.

Kapazitive Drucksensoren

Kapazitive Drucksensoren messen den Druck über Veränderungen der Kapazität zweier Platten, die durch eine Verformung der Messzelle beeinflusst werden. Hohe Empfindlichkeit, geringe Temperaturempfindlichkeit und niedriger Energieverbrauch zeichnen diese Technologie aus. Sie eignen sich für sehr niedrige Drücke (ab wenigen Pascal) bis hin zu Hochdruckanwendungen im Megapascal-Bereich. 

Induktive Drucksensoren 

Induktive Drucksensoren ermöglichen die Messung von sehr kleinen Druckwerten in sauberer Luft. Hierbei wird über Schläuche die zu messende Luft zum Sensor geführt. Es wird die Änderung der Induktivität einer Spule bei Bewegung eines Magnetkerns oder einer Membran gemessen. 

Drucksensoren mit Hall-Element

Solche Sensoren nutzen den Hall-Effekt zur Erkennung der Druckverformung durch magnetische Feldänderungen. Sie ermöglichen berührungslose Druckmessung und sind resistent gegen Verschleiß. Häufig finden sie Anwendung in robusten Umgebungen, wo kontaktlose Messung gefragt ist.

MEMS-Drucksensoren

MEMS-Drucksensoren werden auf Silizium-Chips im Mikromaßstab gefertigt und kombinieren oft piezoresistive oder kapazitive Messzellen mit integrierter Elektronik.

Piezoresistive Drucksensoren

Oft synonym verwendbar mit resistiven Drucksensoren, basieren piezoresistive Sensoren auf Silizium oder Metall-Dehnungsmessstreifen. Sie bieten exakte Druckausgabe, hohe Genauigkeit und sind weit verbreitet in Automatisierung, Medizintechnik und Industrie. Der Druck wird über die Veränderung des elektrischen Widerstands ermittelt.

Anwendungsbereiche von Drucksensoren

Drucksensoren sind integrale Bestandteile industrieller Automatisierung und Sicherheitssteuerung. In der Prozessindustrie, etwa in Chemie, Lebensmittelproduktion oder Fertigung, messen sie auf Rohrleitungen, Tanks oder Reaktoren zuverlässig Druckverhältnisse, dienen der Prozesskontrolle, detektieren Leckagen und unterstützen Predictive Maintenance durch frühzeitige Störungserkennung. Auch in der Öl- und Gasbranche sind sie unerlässlich, zum Beispiel in Bohranlagen, Pipelines oder Raffinerien.

Im Bereich Automobiltechnik spielen Drucksensoren eine zentrale Rolle in Motorsteuerung, Reifendrucküberwachung, Bremsanlagen (ABS) und Airbags In der Medizintechnik sind sie unverzichtbar, etwa in Beatmungsgeräten, Infusionspumpen oder Blutdruckmessgeräten, wo exakte Druckkontrolle lebenswichtig ist. Darüber hinaus finden sich Drucksensoren in Aerospace (Höhenmessung, Kabinendruck, Luftstrom), im Umweltschutz (Luft- oder Wasserqualität, Wetterdaten), in Freizeit-Elektronik (Smartphones, Wearables mit Barometer) sowie im Gebäudemanagement (Klima- und Lüftungssysteme).

Die richtige Auswahl der passenden Drucksensoren

Wesentliche Kriterien bei der Auswahl sind Druckbereich, Einsatzzweck, Messprinzip (z. B. piezoresistiv oder kapazitiv), Genauigkeit, Ausgangssignal, Material und Bauweise (frontbündige Ausführung, Silizium-MEMS usw.). Der Drucktransmitter oder Druckmessumformer sollte zum jeweiligen Medium und Messprozess passen.

Hersteller von Drucksensoren

WIKA (Alexander Wiegand SE & Co. KG) ist ein weltweit führender Hersteller von Druckmessumformern und Drucktransmittern. Das Unternehmen produziert in mehreren Ländern, bietet über zwei Millionen konfigurierbare Varianten und sichert hohe Verfügbarkeit. Der praxiserprobte A-10 Sensor kann bereits ab Losgröße eins geliefert werden.

Andere namhafte Hersteller sind:

• TELEMECANIQUE
• TE CONNECTIVITY
• EATON
• IMI NORGREN
• Honeywell

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