Messprinzip des DPharp

Silizium-Resonanz-Sensoren werden mit Hilfe der bewährten 3-D Halbleiter-Fertigungstechnik aus Silizium-Einkristall hergestellt. In die Siliziummembran des Sensors sind zwei H-förmige Resonatoren eingearbeitet, die mit hohen Frequenzen erregt werden. Wird der Sensor mit Druck beaufschlagt, werden die beiden H-förmigen Strukturen verformt, wobei eine gedehnt und die andere gestaucht wird. Dadurch ändern sich die Resonanzfrequenzen der Resonatoren. Die Differenz der beiden Resonanzfrequenzen (in kHz) ist direkt proportional zum angelegten Druck. Ein Mikroprozessor wertet diese einfache zeitliche Funktion aus und erzeugt das Ausgangssignal.

Durch die Halbleiter-Fertigungstechnik aus Silizium-Einkristall wird eine hervorragende Messwertstabilität und eine ausgezeichnete Wiederholgenauigkeit ohne Hystereseeffekte erreicht.

Die Temperatureffekte sind um den Faktor 10 kleiner als bei herkömmlichen Siliziumtechnologien (10 ppm/Grad). Die Sensoren bieten daher eine extreme Stabilität auch unter härtesten Prozessbedingungen. Durch die Druckmessung über die Differenzfrequenz der Resonatoren ergibt sich ein wesentlich besserer Signal-Rauschabstand im Vergleich zu analogen Sensoren. Verglichen mit piezoelektrischen Siliziumsensoren – den unmittelbaren Vorgängern der Resonanzsensoren – ist der Ausgangs-Signalhub mindestens viermal größer. Fehler aufgrund von Temperatureffekten und aufgrund des statischen Drucks sind im Vergleich zum Ausgangssignal vernachlässigbar.

Diese fortschrittliche Sensortechnologie wird in den DPharp-Druckmessumformern und den Digital-Manometern MT100/200 von Yokogawa eingesetzt.