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Messung von Drücken

Piezoelektrische Verfahren

Der Piezo-Effekt wurde 1880 von den Brüdern Jacques und Pierre Curie entdeckt. Bei einigen Kristallen (z.B. Bariumtitanat) wird eine elektrische Spannung durch eine äußere Krafteinwirkung (Verformung durch Druck) erzeugt. Dieser Effekt ist reversibel und wird bei Kristallen mit einer oder mehreren polaren Achsen, aber ohne Symmetriezentrum beobachtet und u.a für Kraftmesser, Druckmesser, Beschleunigungsmesser und andere mechanische Sensoren genutzt. Der wichtigste Piezokristall ist der Quarz. Durch eine bestimmte Schnitttechnik erhält man eine Schwingquarzscheibe, die als Sensorbestandteil für viele Messgrößen, wie Druck, Kraft, Beschleunigung, Temperatur, genutzt wird.

Abb.1
Aufbau von Piezoelementen

Um den Effekt zu erhöhen, kann man die Quarzscheiben kraftmäßig in Reihe und elektrisch parallel schalten (Abbildung: longitudinal wirkendes Piezoelement).

Die Vorteile der piezoelektrischen Drucksensoren sind:

  • für hohe Temperaturen und Drücke geeignet
  • einfacher, robuster Aufbau
  • fast weglose Messung und damit kleine Abmessungen
  • kurze Ansprechzeiten
  • gut für dynamischen Einsatz geeignet

Dem stehen folgende Nachteile gegenüber:

  • begrenzte Messgenauigkeit
  • nicht für statische Messungen geeignet
  • Ladungsverstärker werden benötigt

Die Abbildungen zeigen ein Druck-Sensorelement nach dem piezoelektrischen Prinzip (Abb. 2) und dessen Einbau in eine Gehäusevariante (Abb. 3)

Abb.2
Sensorelement
Abb.3
Gehäusevariante
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