Inhalt 5 Druck Beschleunigungs und Drehratensensoren 5 1

Inhalt 5. Druck-, Beschleunigungs- und Drehratensensoren 5. 1. Drucksensoren 5. 1. 1 Relativ-, Absolut- und Differenzdruck 5. 1. 2 Piezoresistive Drucksensoren 5. 1. 3 Drucksensoren aus Metall 5. 1. 4 Kapazitive Drucksensoren 5. 1. 5 Piezoelektrische Drucksensoren 5. 1. 6 Foliendrucksensoren 5. 1. 7 SAW Reifendrucksensor 5. 2. Beschleunigungssensoren 5. 3. Drehratensensoren 1

5. 1. 1 Relativ-, Absolut- und Differenzdruck Relativdruck Messmembran wird durch den Mediendruck und rückseitig durch den existierenden Luftdruck belastet. Absolutdruck Rückseitig existiert ein Vakuum Differenzdruck Belastung durch zwei verschiedene Druckmedien ==> Differenzdruck 2

5. 1. 2 Piezoresistive Drucksensoren Mikrosensoren aus Silizium zur Druckmessung Dünne Silizium-Membran typische Dimensionen: Kantenlänge 1 mm, Membrandicke 20µm Glassockel Druckmedium Gas oder Ölvorlage 3

Mechanical properties of Silicon Comparison Silicon - Steel Silicon Springs Quelle: Bosch 4

Piezoresistiver Effekt in Silizium Größe der Piezokonstanten als Funktion der Richtung Piezokonstante als Funktion der Dotierung und als Funktion der Temperatur 5 Quelle: Schaumburg

Dehnungsempfindlichkeiten (k-Faktoren) von Silizium Quelle: Schaumburg 6

Bulk Micromachining Standard IC-Prozesse für Dotierungszonen und Leiterbahnen Si Rückseiten Prozess Anisotropes Ätzen in KOH Si Anodisches Wafer Bonden Si U Glass 400 °C Quelle: Bosch 7

Mikrosystemtechnik: Sensor und Auswerteschaltung auf einem Chip U Quelle: Bosch 8

Siliziummembran unter Druck 9 Quelle: Keller AG, Schweiz

Aufbau: Piezoresistiver Drucksensor chip membrane bonds referencevacuum metalhousing glass socket manifold air pressure Quelle: Bosch 10

5. 1. 3 Drucksensoren aus Metall 11

Durchbiegung mechanische Spannungen DMS-Layout 12

Drucksensoren aus Stahlmesselementen 13

Drucksensoren aus einem Stahlmesskörper mit Dünnschicht-DMS zur Messung des Einspritzdrucks von Verbrennungsmotoren Quelle: Bosch 14

5. 1. 4 Kapazitive Drucksensoren 15

5. 1. 5 Piezoelektrische Drucksensoren Die Piezomesstechnik wird dort verwendet wo es auf schnelle Ansprechzeiten und hohe Signal/Rausch Verhältnisse ankommt. Der Ladungsverstärker wandelt das vom Piezoelement übertragene Ladungssignal in ein proportionales Spannungssignal um. Die Messkette muss zyklisch genullt werden, da immer Drifterscheinungen auftreten. 16

Longitudinaler Piezoeffekt Transversaler Piezoeffekt 17

Wiedergabe eines Druckimpulses in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz des Messsystems Druckspitze 80µs Dauer a) 100 k. Hz 10µs b) 10 k. Hz 100µs c) 1 k. Hz 1000µs Messsignaldauer > Resonanzschwingungsdauer 18

5. 1. 6 Foliendrucksensoren 19

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