Die Druckregelung hat die Aufgabe, einen bestimmten Sollwert beim Druck zu halten. Erreicht wird das zum Beispiel durch eine automatische Pumpensteuerung mit angeschlossenem Drucksensor. Konstante Drücke sind für die Wasserversorgung im Allgemeinen ebenso wichtig wie für die Energieeinsparung.
Drucksensor
Für die Druckregelung auf einen bestimmten Solldruck muss der Istdruck mit einem Drucksensor gemessen werden.
Zur Druckmessung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Um Druck elektronisch erfassbar zu machen, wird üblicherweise die auf eine Membran wirkende Kraft über deren Auslenkung ermittelt.
Piezoresistiver Drucksensor
Diese Art von Sensoren nutzt den piezoresistiven Effekt. Wird auf ein piezoresistives (Halbleiter-) Material, zum Beispiel in Form eines Dehnungsmessstreifens (DMS), eine Druck- oder Zugkraft ausgeübt, so ändert sich der elektrische Widerstand des Materials.
Für die Verwendung als Drucksensor wird eine Membran auf der Rückseite mit dem Sensormaterial beschichtet. Bei Auslenkung der Membran wird das Material gedehnt und der dadurch veränderte Widerstand gemessen.
Zu beachten ist die Temperaturabhängigkeit der Widerstände. Sie wird technisch durch eine differenzbildende Schaltung ausgeglichen, sodass sie keinen Einfluss auf die Messgüte hat.
Als Vorteile gelten die hohe Empfindlichkeit und die Messgenauigkeit des piezoresistiven Drucksensors, weshalb er sich in Kombination mit seiner sehr kompakten Bauweise für die Druckregelung in fein abgestimmten Systemen anbietet.
Piezoelektrischer Drucksensor
Diese Art von Sensoren nutzt den piezoelektrischen Effekt. Wird ein piezokeramisches Material durch Druck verformt, bildet sich darüber aufgrund von Ladungsverschiebung eine elektrische Spannung aus.
Für die Verwendung als Drucksensor wird ein piezokeramischer Kristall auf eine massive Basis gesetzt und mit einer Membran abgedeckt, so dass bei Auslenkung der Membran der Kristall zentral belastet wird.
Da unvermeidliche Leckströme, vor allem aufgrund der Spannungsmessung, dafür sorgen, dass die Spannung über dem Kristall mit der Zeit abgebaut wird, eignet sich diese Art von Sensor nur für die Erfassung der Größe dynamischer Druckänderungen, jedoch nicht für die Messung statischer Drücke.
Kapazitiver Drucksensor
Ein kapazitiver Sensor basiert auf dem Prinzip, dass die elektrische Kapazität eines Plattenkondensators auf folgende Weise beeinflusst werden kann:
- Änderung der wirksamen Plattenfläche durch Verschiebung der Platten (z.B. Drehkondensator)
- Änderung des Plattenabstandes, etwa durch die Verformung einer der Platten
- Änderung der Kapazität durch Anwesenheit eines Dielektrikums oder eines leitenden Materials
Für die Verwendung als Drucksensor zur Druckregelung wird die druckabgewandte Seite einer keramischen Membran metallisch beschichtet, so dass sie zusammen mit einer darunterliegenden metallischen Platte einen Plattenkondensator bildet, dessen Kapazität sich bei Auslenkung der Membran verändert.
Vorteilhaft sind der einfache und robuste Aufbau sowie die Temperaturstabilität. Kapazitive Drucksensoren sind zudem für den dynamischen Einsatz geeignet.