IFM Electronic efector500 Bedienungsanleitung Seite 41

Piezoresistive DMS Halbleiter, sehr häufig wird hier Silizium verwendet, mit geeigneter Dotie-
rung, sind besonders gut für Messungen geeignet. Ihre Resistivität ist ab-
hängig von der Dehnung, bei Reinsilizium auch von der Richtung der Ver-
formung. Sie werden meist auf Träger von reinem Silizium angebracht.
Das Silizium wird in den meisten Fällen vom Medium getrennt. Man ver-
wendet dazu zum Beispiel eine Flüssigkeitsvorlage und eine Trennmemb-
ran, oder zum Teil noch bei Biegebalken eine Membran mit einem Gestän-
ge zur Kraftübertragung.
Abbildung 34: Piezoresistive DMS
Vorteile:
Silizium verfügt über ein gutes elastisches Verhalten. Die Hysterese ist ge-
ring und die Langzeitstabilität recht hoch. Mit einer gewissen Drift muss al-
lerdings gerechnet werden. Kleine Messbereiche sind möglich. Die Geräte
haben vergleichsweise kleine Abmessungen. Es lassen sich zum Beispiel
Membranen von einem Durchmesser von nur 0,7 mm in Bereichen bis zu
350 mbar einsetzen. Der k-Faktor ist hoch, daher wird eine geringere Ver-
stärkung benötigt. Die EMV-Verträglichkeit hängt vom Trägermaterial ab.
Neben Silizium wird auch Metall oder Keramik verwendet. Problematisch
sind in dieser Beziehung metallische Träger.
Nachteile:
Die Geräte sind wegen der geringen Membranmasse empfindlich gegen
dynamische Überlastung. Es ist ein größerer Aufwand für Linearisierung
und Temperaturkompensation notwendig.
Man unterscheidet:
• Piezo-Dünnfilm-DMS
• Piezo-Einkristall-DMS
Bei Piezo-Dünnfilm-DMS wird Polysilizium verwendet.
Diese Begriffe sollen hier kurz erklärt werden.
In vielen Fällen, zum Beispiel bei Verwendung von Silizium als Träger von
integrierten Schaltungen, ist es erforderlich, Silizium als Einkristall vorlie-
gen zu haben, weil die regelmäßige Kristallstruktur Bedingung für ganz
genau eingehaltene Materialeigenschaften ist.
Es ist aufwendig, einen Einkristall herzustellen. Im Zusammenhang mit der
Druckmessung ist diese Eigenschaft aber nicht erforderlich, sie ist im Ge-
genteil eher problematisch. Die Änderung einer Materialeigenschaft, zum
Beispiel der Resistivität, bei einer Verformung hängt bei einem Einkristall
unter anderem davon ab, in welcher Richtung die Verformung in Bezug auf
die Richtung der Kristallachsen steht.
Geschieht nun die Verformung nicht immer auf genau dieselbe Weise, so
wird man bei gleicher Kraft unterschiedliche Messergebnisse erhalten. Au-
ßerdem müsste das Aufbringen des DMS auf den Träger mit höchster Prä-
zision erfolgen, weil sonst jedes Sensorelement sich anders verhalten wür-
de und jeweils aufwendig abgeglichen werden müsste.
- Drucksensoren -
Dehnzone Stauchzone
Widerstandsnester
elastisch verformter
Siliziumbalken Haltering
Übertragungsstab
zur Membran
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