Wie wandeln Sensoren mechanische Größen (wie Druck und Gewicht) in elektrische Signale um?
Ein Sensor ist, wie der Name schon sagt, ein Gerät, das Veränderungen des äußeren Drucks erfassen und darauf reagieren kann. Sein Anwendungsbereich geht jedoch weit darüber hinaus. Er kann auch verschiedene mechanische Größen erfassen, darunter Spannung, Zugkraft, Gewicht, Drehmoment, innere Spannung und Dehnung. Die Realisierung dieser Funktion profitiert von der präzisen und komplexen Strukturgestaltung im Inneren des Drucksensors.
Der Kern eines Drucksensors besteht aus seinem kraftempfindlichen Element, auch als elastischer Körper bekannt. Diese elastischen Körper bestehen normalerweise aus Materialien mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul, wie Aluminiumlegierungen, legiertem Stahl und rostfreiem Stahl. Wenn eine externe mechanische Größe auf den elastischen Körper einwirkt, erfährt er eine leichte Verformung, die proportional zur angewandten mechanischen Größe ist. Diese Verformung wird zum Ausgangspunkt für die anschließende Umwandlung elektrischer Signale.
Als nächstes spielt das Umwandlungselement – der Dehnungsmessstreifen – eine Schlüsselrolle. Der Dehnungsmessstreifen ist eng an der Oberfläche des elastischen Körpers angebracht. Wenn sich der elastische Körper verformt, verformt sich auch der Dehnungsmessstreifen, was zu einer Änderung seines Widerstandswerts führt. Es besteht eine eindeutige funktionale Beziehung zwischen dieser Widerstandsänderung und der mechanischen Größe, was ein wichtiger Schritt für den Drucksensor ist, um die Umwandlung einer mechanischen Größe in ein elektrisches Signal zu realisieren.
Der Schaltungsteil ist dafür verantwortlich, die Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens in ein messbares und übertragbares elektrisches Signal umzuwandeln. Durch das Design von Schaltungen wie der Wheatstone-Brücke kann der Schaltungsteil die Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens genau erfassen und in eine Spannungs- oder Stromsignalausgabe umwandeln. Auf diese Weise wird die ursprünglich schwer direkt messbare mechanische Größe in ein klar unterscheidbares elektrisches Signal umgewandelt.
Der Grund, warum Drucksensoren sich unter vielen Sensoren hervorheben und in vielen Industriebereichen zur ersten Wahl werden, liegt in ihren Vorteilen:
Hohe Präzision: Durch die Anwendung des hochpräzisen Widerstandsdehnungsprinzips können Drucksensoren die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messergebnisse gewährleisten. Egal, ob es sich um eine leichte Druckänderung oder eine enorme Gewichtsbelastung handelt, sie kann genau erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.
Große Reichweite: Die Palette der Drucksensoren ist im Allgemeinen groß und kann die Messanforderungen in verschiedenen Anwendungsszenarien erfüllen. Von leichten Luftdruckänderungen bis hin zu großen hydraulischen Stößen können sie alle effektiv erfasst und umgewandelt werden.
Bequeme Installation: Drucksensoren haben normalerweise ein drucktragendes Design, das bequem und flexibel zu installieren ist. Ob an Maschinen und Geräten befestigt oder in ein Rohrleitungssystem eingebettet, es lässt sich problemlos realisieren.
Langlebig und zuverlässig: Die aus korrosionsbeständigen und hochfesten Materialien wie hochwertigem Edelstahl gefertigten kraftsensitiven Elemente und Umwandlungselemente sowie die streng geprüften Schaltungsteile sorgen dafür, dass der Drucksensor auch in rauen Umgebungen stabil arbeitet und über eine lange Lebensdauer sowie hohe Zuverlässigkeit verfügt.
Schnelle Reaktion: Drucksensoren haben eine hohe Reaktionsfrequenz und können schnell auf Änderungen externer mechanischer Größen reagieren und entsprechende elektrische Signale ausgeben. Dies ist besonders wichtig für Situationen, in denen eine Echtzeitüberwachung und -steuerung erforderlich ist.
Auch in der Medizintechnik spielen Drucksensoren eine wichtige Rolle. Sie können die Vitalparameter des Patienten wie Blutdruck und Herzfrequenz überwachen und dem Arzt so eine genaue Diagnosegrundlage und Behandlungsanleitung liefern.
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