HIM-elektronisches Barometer zur Bestimmung des Luftdruckes

Der Aufstieg der piezoelektrischen Technologie beruht auf einer Reihe inhärenter Vorteile. Die hohen Elastizitätsmodule vieler piezoelektrischer Materialien sind mit den Elastizitätsmodulen vieler Metalle vergleichbar und reichen bis zu 10⁵ N/mm². Obwohl piezoelektrische Sensoren elektromechanische Systeme sind, die auf Druck reagieren, zeigen die Messelemente nahezu keine Verformung (typischerweise werden die Messelemente nur um wenige Mikrometer komprimiert).

Dies ist ein Grund für die Robustheit der piezoelektrischen Sensoren, die sehr hohe Eigenfrequenz und die exzellente Linearität auch unter schwierigen Einsatzbedingungen. Darüber hinaus ist piezoelektrische Technologie unempfindlich gegen elektromagnetische Felder und Strahlungen. Einige der verwendeten Materialien - insbesondere Galliumphosphat und Turmalin - besitzen eine ausgezeichnete Stabilität über weite Temperaturbereiche, was einen Messbereich piezoelektrischer Sensoren bis fast 1000 °C ermöglicht. Zusätzlich zum Piezoeffekt existiert bei Turmalin der pyroelektrische Effekt. Dieser Effekt tritt auch bei allen Piezokeramiken (z. B. PZT) auf.

Ein Nachteil piezoelektrischer Sensoren ist ihre schlechte Eignung für den Einsatz bei rein statischen Messungen. Eine statische Kraft führt zu einer definierten Ladungsmenge an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials. Wird diese Ladung nicht mit einem Ladungsverstärker, sondern – fachlich nicht korrekt – mit einem Impedanzwandler gemessen, gehen kontinuierlich Ladungen verloren, was letztendlich zu einem kontinuierlichen Signalabfall führt. Erhöhte Temperaturen erzeugen einen zusätzlichen Abfall des inneren Widerstands, daher können für solche Messbedingungen nur Materialien mit einem hohen inneren Widerstand eingesetzt werden.

Es wäre falsch anzunehmen, dass piezoelektrische Sensoren lediglich für sehr schnelle Prozesse oder unter moderaten Bedingungen verwendet werden können. Es existiert eine Vielzahl von Anwendungen, in denen unter quasistatischen Bedingungen gemessen wird, ebenso existieren Sensoren für Druckmessungen oberhalb von 500 °C.