Mai 2017

Druck-Sensoren

Übergreifende Lösungskompetenz vom Element bis zum System

Eine möglichst exakte Druckmessung ist Voraussetzung für die Automatisierung vieler Industrieprozesse und gewinnt deshalb gerade auch hinsichtlich der Einführung von Industrie-4.0-Konzepten immer stärker an Relevanz. Gleichzeitig steigt kontinuierlich der Bedarf an Druck-Sensoren vor allem in der Automobiltechnik: Allein für den Antriebsstrang – bestehend aus Verbrennungsmotor und Abgasanlage – sind derzeit bis zu 20 Druck-Sensoren erforderlich, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die immer strengeren Auflagen an den Emissionsausstoß zu erfüllen.

Auf dem Gebiet der Druckmessung ist TDK ein kompetenter Anbieter von Lösungskompetenz. Von der Entwicklung und Fertigung miniaturisierter Sensor-Dies (Elemente) bis hin zu gehäusten applikations- und kundenspezifischen Drucktransmitter-Systemen basieren alle Druck-Sensorelemente aus dem TDK Angebot auf dem piezoresistiven Prinzip. Dieses zeichnet sich durch hohe Präzision aus und nutzt den physikalischen Effekt, dass piezoresistives Material wie Silizium seinen elektrischen Widerstand als Funktion des Drucks in weiten Grenzen linear ändert.

In den miniaturisierten Sensor-Dies sind dazu vier Piezo-Widerstände in einer Biegeplatte integriert, die als Wheatstone-Brücke verschaltet sind und eine analoge Ausgangsspannung liefern, die direkt proportional zum Druck ist. TDK beherrscht die Fertigung winziger Elemente, die Grundflächen von nur noch 0,65 x 0,65 mm2 aufweisen, oder sich durch extrem geringe Bauhöhen von nur noch 0,24 mm auszeichnen.

 

Die neueste Generation von EPCOS Druck-Sensorelementen weist nur noch Abmessungen von 0,65 x 0,65 mm² auf und ist für die Absolutdruckmessung von 0 bis 10 bar geeignet.

Um möglichst hohe mechanische Stabilität zu erzielen, werden die Dies etwa auf Glaskörpern aufgebracht; je nach Ausführung lassen sich damit Absolut- oder Differenzdrücke erfassen. Abhängig vom Einsatz stehen noch zusätzliche Optionen bei der Ausführung der Elemente zur Verfügung, etwa die rückseitige lötfähige Metallisierung der Glaskörper zur besseren Anbindung an Bauteil-Träger. Oder eine rückseitige Passivierung der Elemente. Als verbesserter Korrosionsschutz können außerdem die Bondpads in Gold ausgeführt werden.

Für Automotive bestens geeignet

Aus den Sensorelementen werden Drucktransmitter-Systeme gefertigt, die mit einem ASIC die Kalibrierung und Signalkonditionierung vornehmen. So lassen sich die für Industrie-Anwendungen üblichen analogen Ausgangsspannungen von 0,5 V bis 4,5 V oder Ausgangsströme von 4 mA bis 20 mA realisieren.

Ebenso können für Automotive-Applikationen digitale Schnittstellen wie SENT (Single Edge Nibble Transmission) integriert werden, wie im Fall der Transmitter der EPCOS MiniCell® Serie. Diese sind für Automotive bestens gerüstet: etwa mit einer Edelstahlmembran, die das empfindliche Sensorelement schützt und damit hohe Resistenz gegen aggressive Medien wie Abgase oder Kraftstoffe sicherstellt. Eine Ölfüllung zwischen Membran und Element sorgt für die Druckübertragung. Durch ihre metallische Kapselung weisen die MiniCell-Transmitter auch eine sehr hohe Schirmung gegen elektromagnetische Störungen auf.

 

Drucktransmitter der Serie MiniCell® zur Differenzdruckmessung. Diese Serie zeichnet sich durch eine sehr hohe Robustheit und Unempfindlichkeit gegen aggressive Medien aus.

Durch Kunststoffhäusung und Konfiguration der Anschlüsse für Druck und Signalleitungen stellt TDK auch applikations- und kundenspezifische Sensorsysteme her – beispielsweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern: Solche Filter werden im Betrieb zunehmend durch Rußpartikel zugesetzt. Die damit verbundene Abgasdruckerhöhung vor dem Partikelfilter wird mit dem Druck-Sensor detektiert. Durch diese Information wird die Regeneration des Filters eingeleitet: Mit Hilfe einer kurzfristig erhöhten Sauerstoffzufuhr und einer gleichzeitigen Temperaturerhöhung im Abgasstrang wird der Filter wieder freigebrannt. Maßgeblich für die Überwachung und Steuerung dieses Prozesses ist der eingesetzte Druck-Sensor.

Auch für die Kontrolle der Druckverhältnisse in Kraftstoffanlagen hat TDK spezielle kraftstoffresistente Druck-Sensoren entwickelt. Sie messen zum Beispiel den Druck in Kraftstoffleitungen und ermöglichen einen optimalen und energiesparenden Betrieb der Kraftstoffpumpen. 

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