Wat zijn druksensoren?
Sinds de komst van het stoomtijdperk is er vraag naar druksensoren. Miljarden van dergelijke sensoren worden dagelijks gebruikt om de vloeistofdruk in leidingen, motoren, hydraulica of in de natuur te controleren. Gespecialiseerde sensoren worden ook gebruikt om de druk van vaste stoffen of gassen te bepalen. Een typische druksensor is ongeveer een kubieke inch groot, hoewel sommige honderd of meer keer kleiner kunnen zijn, bijvoorbeeld die gebruikt in micro-elektromechanische systemen.
De meeste moderne druksensoren werken op basis van een principe dat piëzo-weerstand wordt genoemd. Druk zorgt ervoor dat een materiaal elektriciteit met een bepaalde snelheid geleidt, wat leidt tot een specifiek niveau van laadstroom geassocieerd met een specifiek drukniveau. Deze lading wordt naar een draad geleid die naar een bedieningspaneel en display voor menselijke analyse leidt.
Conventionele druksensoren gebruiken filmweerstanden, rekstroken, metaallegeringen of polykristallijne halfgeleiders als de resistieve media. Deze materialen geleiden meer of minder elektriciteit op basis van geometrische vervormingen in hun structuur. Omdat een lineaire toename van de druk niet leidt tot een lineaire grootte in vervorming, moeten kalibratietechnieken worden gebruikt om de werkelijke druk te bepalen. Deze zijn ingebouwd in de overgrote meerderheid van systemen.
In meer gevoelige druksensoren op basis van monokristallijne halfgeleiders, die zijn vervaardigd met behulp van conventionele halfgeleidertechnologie, kunnen kleine vervormingen aanleiding geven tot grote weerstandsveranderingen. De verandering in weerstand is niet gebaseerd op geometrische vervormingen in het geleidende materiaal, maar op kleinere, meer delicate structurele kromtrekken.
Er zijn verschillende soorten druksensoren. Een daarvan is een absolute druksensor, die absolute druk meet met behulp van een vacuüm als referentiepunt. Een andere is een gagesensor, die de druk meet aan de hand van de omgevingsdruk. Er zijn ook verschildruksensoren, die het drukverschil tussen twee contacten meten.
Gewoonlijk is er een tussenliggend medium tussen de vloeistof die wordt gemeten en de druksensor zelf. Vaak wordt een metalen membraan of hermetisch afgesloten vloeistofkamer gebruikt. Vooral bij het meten van de druk van vluchtige of corrosieve materialen, zoals hete olie in een motor, wordt een tussenlaag gebruikt om schade aan het gevoelige detectieapparaat te voorkomen. Naast hun bijna alomtegenwoordig gebruik in procesapparatuur, worden druksensoren ook gebruikt door natuuronderzoekers om variabelen te bepalen, zoals de diepte van een ijspak of de dichtheid van een rotslaag.