I più comuni principi di misura dei sensori di pressione: film sottile, film spesso e piezoresistivo

Sebbene per la maggior parte delle applicazioni la scelta del principio di misura o del principio di funzionamento dei sensori di pressione non sia importante, ci sentiamo spesso chiedere come funziona l’elemento sensore integrato nei nostri trasduttori e trasmettitori di pressione.

Prima di tutto vorremmo dare una definizione generale:

i sensori di pressioni sono elementi di misura che convertono una quantità fisica di pressione in una quantità elettrica proporzionale alla pressione. Per la loro costruzione sono utilizzati principi fisici differenti e materiali del sensore diversi, come silicio, ceramica o metallo.

WIKA utilizza i tre più comuni principi di misura della pressione e gli strumenti di misura sono sviluppati nei nostri laboratori e realizzati nelle nostre unità produttive:

1. Sensori a film sottile (Thin film sensors)
   Si basano sullo stesso principio degli “strain gauges”, che sono strutture resistive a reticolo il cui stiramento o compressione produce una variazione di resistenza misurabile, che è causata dalle variazioni di lunghezza e di spessore indotte. Quattro resistenze sono posizionate su una membrana nella forma di un ponte di Wheatstone per rilevare la deformazione della membrana stessa sottoposta alla pressione. Nel processo di produzione, i sensori a film sottile vengono uniti ad un elemento di base (ad esempio metallico) e strutturati attraverso i processi di sputtering ed etching.
2. Sensori a film spesso
   Utilizzano, come i sensori a film sottile, quattro resistenze raggruppate in modo da formare un ponte di Wheatstone. Le strutture resistive sono “stampate” su un elemento di base (ad esempio una base ceramica) utilizzando la tecnologia a film spesso e successivamente vengono trattate ad alta temperatura. La variazione della resistenza del ponte è, anche in questo caso, dovuta alla variazione geometrica causata dallo stiramento e dalla compressione del materiale.
3. Sensori piezoresistivi.
   Utilizzano, a differenza dei primi due principi, un diaframma di misura a semiconduttore (silicio) con strutture diffuse in modo selettivo. Esse utilizzano l’effetto piezoresistivo, basato sulla variazione della resistenza elettrica dei materiali di cui è composto il semiconduttore causata dal loro stiramento e compressione che influenza il movimento degli elettroni sotto stress meccanico.

Per via dei diversi materiali e principi di funzionamento, ci sono anche delle differenze tecnologiche che possono essere importanti in alcune applicazioni. In linea di principio, WIKA impiega la tecnologia più appropriata per la specifica applicazione. Se avete altre domande su una vostra esigenza di misura, vi invitiamo a contattare il nostro servizio clienti.