Piezoelemente für eine Vielzahl sensorischer Anwendungen

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Elementar Analysensysteme GmbH

Socorex Isba SA

LAB-SUPPLY

PI Ceramic GmbH

Physik Instrumente (PI) SE & Co. KG

Bei Piezokomponenten sind neben der auf die jeweilige Applikation bezogene Materialauswahl, unterschiedliche geometrische Varianten und Resonanzfrequenzen realisierbar (s. Abb. 2), Bauelemente wie Dickenschwinger in Scheiben- bzw. Plattenform, Piezo-Ringscheiben, Piezorohre und Scherelemente mit Standardabmessungen können auf Basis vorrätiger Halbzeuge sehr kurzfristig geliefert werden. Über die Standardabmessungen hinausgehende Geometrien sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich. Außerdem sorgt PI Ceramic für die Integration in das endgültige Produkt. Für Durchfluss-, Füllstand- und Kraft- oder Beschleunigungsmessung werden kundenspezifische Sensorkomponenten hergestellt, die sich einfach in die jeweilige Applikation integrieren lassen.

Die Anwendungsgebiete piezoelektrischer Bauelemente in der Industrie-Sensorik sind breit gefächert: Die Ultraschall-Laufzeitmessung beispielsweise nutzt sowohl den direkten als auch den inversen Piezoeffekt. Ein typischer Anwendungsfall ist die Messung von Füllständen (s. Abb. 4).

Bei der Überwachung von Dosier- und Abfüllanlagen ist es häufig nötig, einen ungestörten Fluss ohne Luft- oder Gaseinschlüsse sicherzustellen. Dies gelingt mithilfe so genannter Ultraschall-Blasendetektoren. In diesen Sensoren dienen Piezoelemente zur Erzeugung und zum Empfang von Ultraschallwellen.

Füllstand - und Niveaumessung

Die Anwendungsgebiete piezoelektrischer Bauelemente in der Industrie-Sensorik sind breit gefächert: Die Ultraschall-Laufzeitmessung beispielsweise nutzt sowohl den direkten als auch den inversen Piezoeffekt. Ein typischer Anwendungsfall ist die Messung von Füllständen (s. Abb 2). Der Piezowandler ist außerhalb des zu detektierenden Mediums platziert und arbeitet als Sender und Empfänger. Er sendet einen Ultraschallimpuls aus, der vom Füllmedium reflektiert wird. Die benötigte Laufzeit ist ein Maß für den zurückgelegten Weg im leeren Behälterteil. Damit sind berührungslose Messungen möglich, bei denen über eine Abstandsmessung der Füllstand von Flüssigkeiten aber auch von Feststoffen, z.B. in Silos, gemessen werden kann. Die Auflösung bzw. Genauigkeit hängen davon ab, wie gut der Ultraschallimpuls von der jeweiligen Oberfläche reflektiert wird.

In so genannten Tauchschwingern oder Stimmgabelsensoren (Bild 3) lassen sich Piezoelemente als Niveauschalter einsetzen. Sie werden dann in verschiedenen Behälterhöhen platziert. Die Piezowandler regt eine Stimmgabel in ihrer Eigenfrequenz an. Bei Kontakt mit dem Medium verschiebt sich die Resonanzfrequenz, was elektronisch ausgewertet wird. Diese Methode ist sehr zuverlässig und völlig unabhängig von der Art des Füllmediums.

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