Was ist eine Drucksensor-Kalibrierung?
Welche Methoden der Drucksensor-Kalibrierung gibt es?
Übliche Methoden der Drucksensor-Kalibrierung beruhen darauf, dass man auf ein Flüssigkeits- oder Gasvolumen, das in einer starr begrenzten Prüfkammer eingeschlossen ist, Druck ausübt. Dieser Druck wird präzise gemessen und mit dem Ausgangssignal des Prüflings verglichen.
Der Druck p ist definiert als eine in alle Raumrichtungen wirkende Normalspannung. Er ist das Resultat einer Kraft F, die gleichmäßig verteilt senkrecht auf eine Fläche A einwirkt.
p = F /A
Durch diese Definition kann der Druck (Pa = kg/(m*s2) über die Kraft und die Fläche auf die Basis SI-Einheiten Kilogramm, Meter und Sekunde rückgeführt werden. Druck kann unmittelbar gemessen werden, indem er mittels einer Membrane oder eines Zylinders mit definierter Fläche in eine Kraft überführt wird.
Die statische Drucksensor-Kalibrierung mittels Totgewichtswaage
Eine Totgewichtswaage nutzt rückführbare Gewichte, um Druck auf ein Flüssigkeitsvolumen auszuüben; dieser kann an einem Druckmessgerät präzise abgelesen werden. Die Drucksensor-Kalibrierung mittels einer Totgewichtswaage ist eine übliche Kalibriermethode für Drucksensoren: Dabei wird auf einem Kolbenzylinder ein Gegengewicht platziert, das den unter dem Kolben herrschenden Druck ausgleicht. Totgewichtswaagen sind Primärnormale: Der Druck, den die Totgewichtswaage erzeugt, ist auf die Einheiten Masse, Zeit und Länge zurückgeführt. Totgewichtswaagen werden in Kalibrierlaboren eingesetzt, um Transfernormale wie z.B. elektronische Druckmessinstrumente zu kalibrieren.
Mittels einer Totgewichtswaage kann man statischen Druck stufenweise aufbauen und konstant halten. Die Druckstufen sind durch die Masse der Gewichte definiert. Man ermittelt die Empfindlichkeit eines piezoelektrischen Sensors, indem man die Drücke der einzelnen Druckstufen auf den Sensor aufbringt und das Ausgangssignal des Sensors mit dem Referenzdruck vergleicht. (Bild Stufen der Kalibrierung)
Die quasistatische Kalibrierung
Diese Form der Kalibrierung erfolgt auf Basis der kontinuierlichen Belastung des Drucksensors. Der Druckgenerator besteht aus einer Spindel, die auf einen Kolben drückt. Dieser Kolben erzeugt einen Druck im Ölvolumen, der wiederum auf zwei Sensoren beaufschlagt wird – einen Prüfling (UUT) und einen rückgeführten Referenzsensor. Der Druckaufbau erfolgt stetig und relativ langsam innerhalb von 10 bis 30 Sekunden. Diese Messmethode heißt deshalb „quasistatisch“. Diese Methode eignet sich zur Kalibrierung piezoelektrischer Drucksensoren. Sie ist nicht geeignet für Drucksensoren mit kurzer Zeitkonstante, wie beispielsweise Sensoren mit integrierter Elektronik (IEPE)