1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 108<br />
214 4.3 Induktive und kapazitive Kraft- und Drucksensoren 4.3 Induktive und kapazitive Kraft- und Drucksensoren 215<br />
zoelektrischen Eigenschaften, d.h. bei Beschleunigungssensoren ist <strong>die</strong> Abhängigkeit<br />
von der Richtung der Beschleunigung geringer. Mischkeramiken wie PZT haben in der<br />
Regel eine größere Empfindlichkeit bei weit niedrigeren Materialkosten, nachteilig ist<br />
jedoch <strong>die</strong> geringere Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität der piezoelektrischen<br />
Eigenschaften, sowie ein größerer parasitärer pyroelektrischer Effekt.<br />
Die Elektroden auf piezoelektrischen Elementen werden häufig über dünne Goldschichten,<br />
sowie über Edelstahlkontakte hergestellt, als Isolationswerkstoff wird Teflon, Kapton<br />
oder eine isolierende Keramik eingesetzt. Im Forschungsstadium befinden sich auch<br />
Sensoren mit aufgesputterten (Band 2, Abschnitt 8.2.3) piezoelektrischen Schichten<br />
(Bild 4.2.2-5).<br />
Mechanische Kräfte oder Drücke können <strong>die</strong> reversible (elastische Verformung) oder irreversible<br />
(Verschiebung ohne rücktreibende Kraft) Verlagerung von Körpern verursachen.<br />
Wird auf <strong>die</strong>se Weise <strong>die</strong> Plattengröße oder der Plattenabstand von Kondensatorplatten<br />
in definierter Weise verändert, dann läßt sich <strong>die</strong> einwirkende Kraft über eine<br />
Kapazitätsänderung messen (kapazitive Drucksensoren, Bild 4.3-1). Alternativ dazu<br />
bewirkt <strong>die</strong> Verschiebung eines hochpermeablen Kerns innerhalb oder außerhalb einer<br />
Spulenwicklung <strong>die</strong> Veränderung der Induktivität der Spule (Band 1, Abschnitt 7.2, induktive<br />
Druckaufnehmer, Bild 4.3-2).<br />
Bild 4.3-1:<br />
Kapazitive Wegaufnehmer (nach [4.40]): Die Kapazität eines Plattenkondensators<br />
wird bestimmt durch <strong>die</strong> Formel<br />
Bild 4.2.2-5<br />
Aufbau eines Sensors mit aufgesputterter piezoelektrischer Dünnschicht (Aluminiumnitrid)<br />
auf einer Siliziummembran (nach [4.39])<br />
Beim Aufbau a) wird der Plattenabstand x, beim Aufbau b) <strong>die</strong> Fläche A variiert.<br />
c) Aufbau eines keramischen Drucksensors (nach [4.42])<br />
4.3 Induktive und kapazitive Kraft- und Drucksensoren<br />
Bei den induktiven und kapazitiven Sensoren gibt es eine große Vielfalt von mechanischen<br />
Ausführungen und elektrischen Meßtechniken, <strong>die</strong> häufig auf <strong>die</strong> speziellen Bedingungen<br />
bei der Anwendung angepaßt sind.<br />
Bei den kapazitiven Sensoren bieten mikromechanische Verfahren für den Werkstoff<br />
Silizium (s. Abschnitt 4.2.6) neue Möglichkeiten zur Herstellung extrem empfindlicher<br />
und dennoch kostengünstig zu produzierender Ausführungen [4.43 und 44]. Diese<br />
Technik ermöglicht <strong>die</strong> Fertigung sehr dünner und damit mechanisch leicht und schnell<br />
auslenkbarer Siliziummembranen mit reproduzierbaren Eigenschaften. Die Auslenkung<br />
der Membran läßt sich auf einfache Weise kapazitiv erfassen (Bild 4.3-3).