Funktionsweise von auf Dehnungsmessstreifen basierenden Druckaufnehmern

Druckaufnehmer und Drucksensoren bestehen häufig aus einem Federkörper, auf dem mehrere Dehnungsmessstreifen angebracht wurden, ihre Funktionsweise ähnelt somit der von Kraftaufnehmern. Im niedrigen Druckbereich fungiert meistens eine Membran als druckempfindlicher Messkörper, während der Federkörper im Hochdruckbereich oftmals aus einem einzigen rohrförmigen Stück Stahl besteht.

Prozessdruck belastet den Federkörper mechanisch; er verformt sich und findet danach wieder in seine Ausgangsposition zurück. Diese Verformung lässt sich mithilfe der Dehnungsmessstreifen (DMS) erfassen und von Messelektronik auswerten.

Um eine möglichst hohe Empfindlichkeit der DMS zu erhalten, platziert man diese idealerweise im Bereich der größten positiven und negativen Dehnungen bzw. Spannungen. Da der exakte Verlauf der Dehnung sowie ihre Verteilung im Messkörper bereits bei der Konstruktion des Druckaufnehmers bekannt sind, können Messgitterform, Messgitterlage und Messgitterlänge optimal gestaltet werden.

Vier auf dem Messkörper angebrachte DMS werden in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung verschaltet. Ein Messverstärker versorgt die DMS mit Spannung und macht ihre Widerstandsveränderung sichtbar, indem das Ausgangssignal der Brückenschaltung aufgenommen und verarbeitet wird. Das daraus resultierende Messsignal kann in einem Industrie-Messverstärker aufbereitet und an eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) weitergegeben werden. Alternativ lässt es sich an einem Hochpräzisions-Messverstärker auch direkt darstellen. Die Messkette kann darüber hinaus auch mithilfe eines Universal-Messverstärkers gestaltet werden, der das Signal zur weiteren Auswertung und Speicherung an eine Software weiterleitet. Diese drei Messketten sind beispielhaft in Abbildung 2 dargestellt.