Wenn ein Drucksensor konzipiert wird, müssen zwei Fragen beantwortet werden, und zwar noch bevor die elektrischen Eigenschaften untersucht werden: Welche Art von Druck soll gemessen werden und welche Maßeinheit ist verlangt?
Drei Begriffe beschreiben die Art von Druck: Absolutdruck, Überdruck und Differenzdruck.
Absolutdruck wird gegen eine perfekte Vakuumreferenz gemessen.
Überdruck wird nullbezogenen gegen den Umgebungsluftdruck gemessen.
Differenzdruck ist die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten.
Dann kann der Druck durch viele Einheiten beschrieben werden und ist auf den ersten Blick verwirrend: Pascal, psi (Pfund pro Quadratzoll), ein bar, inHg (Zoll-Quecksilbersäule), mm H2O (Millimeter Wassersäule), mmHg (Millimeter Quecksilbersäule), atm (Atmosphäre ) - um nur nennen die häufigsten - werden regelmäßig verwendet, um Druck und verschiedenen Drucksensoren (ob sie zu messen leiterplattenmontierte Drucksensoren oder industrielle Drucksensoren) kann in Abhängigkeit von der gewünschten Maßeinheit der Anwendung bestellt werden.
Verschiedene Gründe erklären diese Vielfalt von Einheiten: historische Gründe, da Druck einer der ältesten Umgebungsparameter ist, die gemessen wurden, landesspezifische Gewohnheiten sowie der ausgewertete Druckbereich, um leicht lesbare und bequeme Zahlen zu erhalten.
Die SI-Einheit für den Druck ist Pascal (Pa). Ein Pascal ist definiert als ein Newton pro Quadratmeter. Zur Erinnerung: Ein Newton ist die Kraft, die benötigt wird, um die Masse von 1 kg innerhalb von 1 Sekunde auf die Geschwindigkeit 1 m/s zu beschleunigen. Somit gelten die folgenden Formeln:
Pascal ist die Einheit, die bei der Ausführung von Berechnungen mit anderen Werten nach dem Internationalen Einheitensystem verwendet werden muss. Andererseits ist das Pa nicht der bequemste Weg, Druck in Anwendungen auszuwerten.
Zum Beispiel ist es sehr nützlich, Druck auf der Erde auf den Druck auf Meereshöhe zu beziehen. Daher wurde eine Atmosphäre (atm), definiert als der Druck auf Meereshöhe. Der Referenzwert wird berechnet als das Gewicht der Luft über dem Meeresspiegel bei 45 Grad Nord auf einer Luftsäule von einem Quadratmeter Querschnitt. Diese Masse beträgt in der Regel rund 10.333 kg. Mit der Erdbeschleunigung von 9,80665m/s² erhalten wir:
Die Einheit Pascal basiert auf dem metrischen System, das anders als das traditionelle imperiale System, das Pfund und Zoll verwendet, anstelle von Gramm und Meter. Daher wird der Druck auch als Pfund pro Quadratzoll (PSI) angegeben. Da ein Pfund gleich 0,45359237 kg und ein Zoll gleich 0,0254 Meter, haben wir die folgende Gleichung:
Historisch gesehen waren Quecksilbermanometer die ersten genauen Druckmessgeräte. Daher waren die Einheiten Millimeter Quecksilber oder Zoll Quecksilber sehr gemeinsamen Einheiten und sind für den Blutdruck beispielsweise noch verwendet. Da die Dichte von Quecksilber ist abhängig von Temperatur und Oberfläche die Schwerkraft, die beide variieren mit den lokalen Gegebenheiten, spezifische Standardwerte für diese beiden Parameter übernommen wurden. Dies führte bei der Definition einer Millimeter Quecksilbersäule, wenn der Druck an der Basis einer Quecksilbersäule einen Millimeter hoch, mit einem präzisen Dichte 13,595.1 kg / m3 (Dichte des Quecksilbers bei 0 ° C) ausgeübt wird, wenn die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft genau 9,80665 m / s2. Auf Grundlage dieser Zahlen:
Die imperiale Version der Einheit Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) ist das Zoll Quecksilbersäule (inHg). Da ein Zoll gleich 25,4 mm,
Das Zoll Quecksilbersäule wird in den Vereinigten Staaten nach wie vor verwendet.
Da Druck häufig durch seine Fähigkeit gemessen wird, eine Flüssigkeitssäule in einem Manometer zu verdrängen, werden Drücke nur mit der Quecksilbersäule ausgedrückt, sondern auch einer neuen Einheit, dem Millimeter Wassersäule (mmH2O). Die Definition mmH2O ist die an der Basis einer Wassersäule mit einem Millimeter Höhe ausgeübte Druck bei einer Wasserdichte von genau 1000 kg/m³ ausgeübt. Durch die Definition des Pa erhalten wir sofort die Umwandlung:
Die Druckeinheit mmH2O wird für die Überwachung geringen Luftströmungsdrucks in Gebäudelüftungsanlagen oder sehr niedrige Wasserstände in Flüssen und Bächen eingesetzt. Historisch wurden niedrige Luftdrücke wurden mit Wassersäule Manometer gemessen, aber obwohl diese Instrumente wurden meist von digitalen Manometer, die elektronischen Sensoren ersetzt werden, in Gebrauch bleibt die mmH2O Druckeinheit. Der Lungendruck wird in Zentimeter Wassersäule (cmH2O) gemessen. Dies entspricht einem Verhältnis von 10 zur Einheit mmH2O.
Für atmosphärischen Luftdruck wird die Einheit bar noch in beträchtlichem Ausmaß verwendet, auch wenn es keine SI-Einheit ist. Auf Meereshöhe wird der Druck als 1.000 mbar oder 1 bar definiert, was 100 kPa entspricht. Viele Meteorologen auf der ganzen Welt geben ihre Wetterinformationen weiterhin in mbar an, weil es ein praktischer Wert ist. In der gleichen Familie von Einheiten befindet sich das dezibar (dbar), das einem Zehntel bar entspricht und in der Regel von Ozeanographen für den Unterwasserdruck verwendet wird, weil der Druck im Meer ungefähr um ein dezibar pro Meter Tiefe steigt.
Bei der Konzeption von Drucksensoren können alle diese Einheiten verwirrend sein und verschiedene Umrechungen erforderlich machen. Die folgende Tabelle fasst alle Umrechnungen der häufigsten Einheiten zusammen.
Wir hoffen, dass wir ein wenig Licht in das Dunkel der verschiedenen Einheiten des Drucks bringen konnten. Vielleicht fällt es Ihnen jetzt leichter, zu entscheiden, welcher Sensor für Ihr nächstes Projekt geeignet ist.