In heutigen Industrieanwendungen sind Präzision und Zuverlässigkeit entscheidend. Ob in Triebwerken der Luft- und Raumfahrt oder in Wasserstoffsystemen – Sensoren müssen selbst unter extremem Druck und hohen Temperaturen zuverlässig arbeiten. Doch herkömmliche Sensortechnologien stoßen hier oft an ihre Grenzen. Silicon-on-Sapphire-(SoS)-Drucksensoren setzen neue Maßstäbe in Sachen Genauigkeit und Langlebigkeit – überall dort, wo andere versagen.
Wie die Silicon-on-Sapphire-Technologie funktioniert
Die SoS-Technologie kombiniert eine hauchdünne Siliziumschicht mit einem Saphirsubstrat – einem der härtesten bekannten Materialien. Diese einzigartige Verbindung vereint die elektronische Leistungsfähigkeit von Silizium mit der mechanischen Festigkeit und Temperaturbeständigkeit von Saphir.
Das Ergebnis: Ein hochstabiler, präziser und langlebiger Sensor, der selbst bei Temperaturen über 300 °C zuverlässig misst – ohne Signaldrift oder Leistungsverlust.
Wichtige technische Vorteile:
- Hervorragende Langzeitstabilität (<0,2 % Drift)
- Keine Verbindungsmaterialien, die Alterung oder Hysterese verursachen
- Hervorragende elektrische Isolierung und minimales Signalrauschen
- Verbesserte Empfindlichkeit durch präzise Ausrichtung des Siliziums auf Saphir
Vorteile von Silicon-on-Sapphire-Drucksensoren
1. Temperaturbeständigkeit bis über 300 °C
Wo herkömmliche Siliziumsensoren versagen, liefern SoS-Sensoren weiterhin präzise Messwerte – selbst bei Umgebungstemperaturen bis über 300 °C. Ideal für Turbinen, Motoren und Hochtemperatur-Prozesslinien.
2. Außergewöhnliche mechanische Robustheit
Mit einer Mohs-Härte von 9 ist Saphir nahezu so hart wie Diamant. Dadurch sind SoS-Drucksensoren extrem widerstandsfähig gegenüber Korrosion, Verschleiß und mechanischer Belastung – ideal für Öl & Gas, maritime Anwendungen und den Unterwassereinsatz.
3. Höchste Präzision und Signalstabilität
Die exzellenten Isoliereigenschaften von Saphir minimieren elektrische Störungen. Das Ergebnis: extrem genaue und reproduzierbare Druckmessungen – selbst bei starken Temperatur- oder Druckschwankungen.
4. Energieeffizienter Betrieb
Die elektrische Isolation des Saphirsubstrats reduziert den Energieverbrauch. So eignen sich SoS-Sensoren ideal für batteriebetriebene Systeme und dezentrale Überwachungsanwendungen.
5. Kompaktes, integrierbares Design
Durch die direkte Integration von Elektronik auf dem Chip ermöglichen SoS-Sensoren besonders kompakte und leichte Bauformen – perfekt für Luft- und Raumfahrt, Automotive und OEM-Lösungen mit hohem Leistungsanspruch.
Die Auswahl der richtigen Drucksensor-Technologie
Je nach Einsatzumgebung und Leistungsanforderung bieten unterschiedliche Sensortechnologien spezifische Vorteile. Die folgende Übersicht vergleicht Silizium-auf-Saphir-(SoS)-Sensoren mit piezoresistiven und Dehnungsmessstreifen-basierten (DMS) Sensoren – und zeigt, warum SoS-Sensoren in puncto Robustheit, Temperaturbereich und Messstabilität überlegen sind.
Piezoresistive Sensoren
Piezoresistive Sensoren messen Druck über die Widerstandsänderung von Silizium unter mechanischer Belastung. Diese Technologie ist weit verbreitet und kosteneffizient, jedoch sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen.
Solche Schwankungen können zu Messfehlern führen und machen aufwendige Temperaturkompensation erforderlich. Das erhöht nicht nur den Energieverbrauch, sondern schränkt auch die Einsatzfähigkeit in Hochtemperaturbereichen ein.
Im Gegensatz dazu bieten SoS-Sensoren eine hohe Temperaturstabilität durch ihre Materialeigenschaften – und ermöglichen so zuverlässige und konsistente Messergebnisse auch unter extremen thermischen Bedingungen.
Dehnungsmessstreifen
DMS-Sensoren erfassen Druck, indem sie die Dehnung in widerstandsbasierten Messelementen messen. Zwar sind sie funktional zuverlässig, bieten jedoch eine geringere Empfindlichkeit und langsamere Reaktionszeiten im Vergleich zu Silicon-on-Sapphire-(SoS)-Sensoren. Zudem unterliegen die verwendeten Materialien oft einem schnelleren Alterungsprozess, was die Langzeitzuverlässigkeit in rauen oder hochtemperierten Umgebungen mindert. Im Gegensatz dazu behalten SoS-Sensoren ihre Genauigkeit und Robustheit auch unter extremen Bedingungen – und sind daher die bevorzugte Wahl für anspruchsvolle Industrie- und Hochdruckanwendungen.
Anwendungen von Silicon-on-Sapphire-Drucksensoren
- Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung – präzise Messungen in Düsentriebwerken, Turbinen und Höhenflugsystemen
- Automobilindustrie – präzise Überwachung von Motoren und Abgassystemen unter extremer Hitze
- Öl und Gas – zuverlässige Leistung in korrosiven Umgebungen und unter hohem Druck
- Wasserstoffsysteme – langfristige Stabilität unter hohem Druck und chemisch reaktiven Bedingungen
- Industrielle Automatisierung – präzise Prozesssteuerung und -überwachung in variablen Umgebungen
- Schifffahrt und Offshore – korrosionsbeständige Druckmessung für Unterwasseranwendungen
- OEM-Integration – kompakte, anpassbare Messlösungen für Systemhersteller
Die Zukunft der SoS-Technologie
Industrieanwendungen stellen zunehmend höhere Ansprüche an ihre Messsysteme. Silicon-on-Sapphire-(SoS)-Technologie bleibt Motor der Innovation – mit künftigen Entwicklungen wie drahtloser Kommunikation, integrierter Signalverarbeitung und IoT-Kompatibilität entstehen intelligente, vernetzte Drucksensorlösungen.
Althen Sensors & Controls unterstützt Ingenieure dabei, maßgeschneiderte SoS-Drucksensoren zu realisieren – abgestimmt auf spezifische Anforderungen. Das Ergebnis: maximale Präzision, außergewöhnliche Robustheit und langfristige Zuverlässigkeit.
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