1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 106<br />
210 4.2 Piezoelektrische Kraft- und Drucksensoren 4.2.2 Aufbau piezoelektrischer Kraft- und Drucksensoren 211<br />
Bild 4.2.2-3 zeigt Datenblätter industriell hergestellter piezoelektrischer Druckaufnehmer<br />
sowie verschiedene Adapter für den Einbau in <strong>die</strong> Meßsysteme (z.B. zur Messung<br />
des Zylinder- und Einspritzdrucks in Verbrennungsmotoren).<br />
Piezoelektrische Kraftsensoren eignen sich hervorragend zur Herstellung von Beschleunigungssensoren,<br />
da <strong>die</strong> Beschleunigung (Abbremsung) bei vielen Anwendungen<br />
innerhalb kurzer Zeiten abläuft (dynamischer Vorgang). In Bild 4.2.2-4 werden<br />
zwei Ausführungsformen beschrieben.<br />
Bild 4.2.2-2<br />
Technische Ausführungen piezoelektrischer Kraft- und Drucksensoren. Der Einbau<br />
der Sensorelemente erfolgt meist unter mechanischer Vorspannung (nach [4.34<br />
und 36])<br />
a) Kraftsensoren auf der Basis des longitudinalen piezoelektrischen Effekts:<br />
Aufbau I: Bei Verwendung eines einzigen piezoelektrischen Elements ist eine<br />
hochwertige Isolation zwischen Element und Gehäuse erforderlich.<br />
Aufbau II: Die Isolation beim Aufbau I entfällt bei Hintereinanderschaltung<br />
zweier piezoelektrischer Elemente mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung<br />
entsprechend Bild 4.2.2-1c. Gleichzeitig wird <strong>die</strong> induzierte Ladung verdoppelt.<br />
b) Drucksensoren auf der Basis des transversalen piezoelektrischen Effekts: Der<br />
Ladungsabgriff erfolgt auf einer Seitenfläche des piezoelektrischen Elements mit<br />
Hilfe einer spiralförmigen Elektrode<br />
Bild 4.2.2-4 a) Beschleunigungssensor mit piezoelektrischen Kraftaufnehmern (nach [4.37])<br />
b) Integrierter Beschleunigungssensor mit piezoelektrischem PZT-Element als<br />
Klopfsensor zur Motorüberwachung und dazugehörige Auswerteschaltung: Der<br />
Sensor ist so empfindlich, daß <strong>die</strong> Eigenmasse des PZT-Elements als seismische<br />
Masse ausreicht (nach [4.38])<br />
Der Frequenzbereich für den Einsatz piezoelektrischer Sensoren erstreckt sich bis in den<br />
MHz-Bereich (Bild 4.2.1-5), so daß neben den erwähnten Sensoranwendungen zusätzliche<br />
hinzukommen wie ein Einsatz als Schallaufnehmer (Mikrofon), Schallecho-Signalaufnehmer<br />
usw.<br />
Für Präzisionssensoren werden heute noch vielfach natürlich gewachsene oder synthetisch<br />
hergestellte Quarzeinkristalle verwendet, Turmalin (meist werden natürlich gewachsene<br />
Kristalle verwendet) hat den Vorteil einer geringeren Anisotropie der pie-
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