Piezokeramik

Piezos sorgen für den richtigen Schwung bei Ultraschallsensoren

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Piezokeramik beeinflusst Genauigkeit der Sensoren

Die im Ultraschall-Wandler eingesetzte Piezokeramik muss hohe Anforderungen erfüllen. Als Schlüsselkomponente beeinflusst sie schließlich die Qualität des Wandlers und damit auch die Genauigkeit der Sensoren erheblich. Piezokeramisches Material, Geometrie sowie Aufbau- und Verbindungstechnik sind hier die entscheidenden Kriterien, denn die eingesetzte Piezokeramik muss schließlich zur jeweiligen Anwendung passen und sich in die Sensoren möglichst einfach integrieren lassen.

Piezoelektrische Keramikmaterialien gibt es auf Basis von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) und Bariumtitanat ebenso sowie aus bleifreien Materialien, die sich für den Einsatz als Ultraschallwandler gut eignen. Die bleifreien Werkstoffe basieren auf einem Bismut-Natrium-Titanat-Komplex (BNT) und zeigen sehr ähnliche Eigenschaften wie Bariumtitanat. Sondermaterialien sind ebenfalls möglich, wobei die technische Umsetzung je nach Einzelfall individuell geprüft wird.

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Viele geometrische Varianten und Resonanzfrequenzen

Auch was Geometrie und Resonanzfrequenzen betrifft, sind die Piezoelemente sehr anpassungsfreudig. Bauelemente wie Dickenschwinger in Scheiben- bzw. Plattenform, Piezo-Ringscheiben, Piezorohre und Scherelemente mit Standardabmessungen beispielsweise können auf Basis vorrätiger Halbzeuge sehr kurzfristig geliefert werden. Über die Standardabmessungen hinausgehende Geometrien sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich. Die typischen Resonanzfrequenzen liegen zwischen 200 kHz und 10 MHz.

Die Piezos „Made in Germany“ sollen mit sehr geringen Toleranzen aller für die Ultraschallperformance relevanten piezoelektrischen Parameter (Resonanzfrequenz, elektrische Kapazität und Kopplungskoeffizienten) überzeugen, so der Hersteller. Außerdem haben sie eine sehr hohe Oberflächenreinheit. Dadurch ermöglichen sie z.B. eine feste und gleichzeitig elastische Verklebung mit der Anpass-Schicht.

Die Prozesse in der Aufbau- und Verbindungstechnik reichen von der elektrischen Kontaktierung mit Anschlusslitzen oder Flex Leiterplatten über das Verkleben zu Stapeln bis hin zur Kapselung in Metallgehäuse. Die mechanische Nachbearbeitung wie Läppen und Schleifen sorgt für minimale geometrische Toleranzen. Ganz gleich, ob einzelne Piezoelemente weiterverarbeitet oder ganze Module mit vom Anwender bereitgestellten Komponenten hergestellt werden – PI Ceramic verfügt über das Know-how, individuelle Aufgabenstellungen in kurzer Zeit in hoher Qualität umzusetzen. Das Resultat sind robuste Ultraschallwandler, die unter härtesten Bedingungen zuverlässig ihre Funktion erfüllen, in Anwendungen der Fabrik- und Gebäudeautomatisierung ebenso wie in Prozess- und Verfahrenstechnik.

Weitere Informationen zu Piezokeramischen Elementen in Ultraschallsensoren finden Sie hier.

* Dominik Nehse, Fachredakteur Physik Instrumente (PI), Ellen-Christine Reiff, Fachautorin Redaktionsbüro Stutensee

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