Wie funktionieren piezoresistive Drucksensoren?

Drucksensoren sind das, wonach sie klingen: Geräte zur Druckmessung. Sie können verwendet werden, um den Flüssigkeitsfluss, das Gewicht oder die Kraft, die ein Objekt auf ein anderes ausübt, den atmosphärischen Druck oder alles andere zu messen, was mit Kraft verbunden ist. Ein Drucksensor kann so einfach sein wie eine Federwaage, die bei Druckeinwirkung einen Pfeil schwingt. Viele moderne Drucksensoren sind viel empfindlicher als Waagen und liefern eine genaue Ausgabe, die elektronisch gemessen werden kann.

Piezoresistive Materialien sind Materialien, die den Widerstand gegen den Stromfluss ändern, wenn sie komprimiert oder gedehnt werden. Metall ist bis zu einem gewissen Grad piezoresistiv, aber die meisten Drucksensoren verwenden den Halbleiter Silizium. Wenn Kraft auf das Silizium ausgeübt wird, wird es widerstandsfähiger gegen einen durchschlagenden Strom. Dieser Widerstand ist normalerweise sehr linear – doppelt so viel Druck führt zu einer doppelt so großen Widerstandsänderung.

Ein piezoresistiver Drucksensor enthält mehrere dünne Siliziumscheiben, die zwischen Schutzflächen eingebettet sind. Die Oberfläche ist in der Regel mit einer Wheatstone-Brücke verbunden, einem Gerät zur Erkennung kleiner Widerstandsunterschiede. Die Wheatstone-Brücke leitet einen kleinen Strom durch den Sensor. Wenn sich der Widerstand ändert, fließt weniger Strom durch den Drucksensor. Die Wheatstone-Brücke erkennt diese Änderung und meldet eine Druckänderung.

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