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壓力傳感器的工作原理

返回列表 來源:骁銳科技 浏覽:- 發布日期:2018-02-26 11:17:28【

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛使用于各種工業自控環境,涉及水利水電、鐵路交通、智能修建、出産自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船隻、機床、管道等很多職業,下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其使用 

1、應變片壓力傳感器原理與使用

力學傳感器的品種繁多,如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容速度傳感器等。但使用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器,它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面咱們首要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時,咱們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種将被測件上的應變改動變換成為一種電信号的靈敏器件。它是壓阻式應變傳感器的首要組成部分之一。電阻應變片使用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是将應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在發作力學應變基體上,當基體受力發作應力改動時,電阻應變片也一起發作形變,使應變片的阻值發作改動,從而使加在電阻上的電壓發作改動。這種應變片在受力時發作的阻值改動通常較小,一般這種應變片都組成應變電橋,并通過後續的儀表放大器進行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/D變換和CPU)顯示或執行機構。

電阻應變片的作業原理

金屬電阻應變片的作業原理是吸附在基體資料上應變電阻随機械形變而發作阻值改動的現象,俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示:

式中:ρ——金屬導體的電阻率(Ω·cm2/m)

            S——導體的截面積(cm2)

            L——導體的長度(m)

    咱們以金屬絲應變電阻為例,當金屬絲受外力效果時,其長度和截面積都會發作改動,從上式中可很簡單看出,其電阻值即會發作改動,假設金屬絲受外力效果而伸長時,其長度增加,而截面積減少,電阻值便會增大。當金屬絲受外力效果而壓縮時,長度減小而截面增加,電阻值則會減小。隻要測出加在電阻的改動(通常是丈量電阻兩頭的電壓),即可獲得應變金屬絲的應變情

2、陶瓷壓力傳感器原理及使用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞,壓力直接效果在陶瓷膜片的前外表,使膜片發作細小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應,使電橋發作一個與壓力成正比的高度線性、與鼓勵電壓也成正比的電壓信号,标準的信号根據壓力量程的不同标定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,能夠和應變式傳感器相兼容。通過激光标定,傳感器具有很高的溫度安穩性和時間安穩性,傳感器自帶溫度補償0~70℃,并能夠和絕大多數介質直接觸摸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振蕩的資料。陶瓷的熱安穩特性及它的厚膜電阻能夠使它的作業溫度規模高達-40~135℃,而且具有丈量的高精度、高安穩性。電氣絕緣程度>2kV,輸出信号強,長期安穩性好。高特性,低價格的陶瓷傳感器将是壓力傳感器的發展方向,在歐美國家有全面代替其它類型傳感器的趨勢,在我國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器代替分散矽壓力傳感器。

3、分散矽壓力傳感器原理及使用

作業原理

     被測介質的壓力直接效果于傳感器的膜片上(不鏽鋼或陶瓷),使膜片發作與介質壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發作改動,和用電子線路檢測這一改動,并變換輸出一個對應于這一壓力的标準丈量信号。

4、藍寶石壓力傳感器原理與使用

使用應變電阻式作業原理,選用矽-藍寶石作為半導體靈敏元件,具有無與倫比的計量特性。

藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會發作滞後、疲勞和蠕變現象;藍寶石比矽要鞏固,硬度更高,不怕形變;藍寶石有着十分好的彈性和絕緣特性(1000 OC以内),因此,使用矽-藍寶石制造的半導體靈敏元件,對溫度改動不靈敏,即使在高溫條件下,也有着很好的作業特性;藍寶石的抗輻射特性極強;别的,矽-藍寶石半導體靈敏元件,無p-n漂移,因此,從根本上簡化了制造工藝,提高了重複性,确保了高成品率。

用矽-藍寶石半導體靈敏元件制造的壓力傳感器和變送器,可在最惡劣的作業條件下正常作業,并且可靠性高、精度好、溫度差錯極小、性價比高。

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成:钛合金丈量膜片和钛合金接納膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片,被焊接在钛合金丈量膜片上。被測壓力傳送到接納膜片上(接納膜片與丈量膜片之間用拉杆鞏固的連接在一起)。在壓力的效果下,钛合金接納膜片發作形變,該形變被矽-藍寶石靈敏元件感知後,其電橋輸出會發作改動,改動的起伏與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電,并将應變電橋的失衡信号變換為統一的電信号輸出(0-5,4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中,藍寶石薄片,與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起,起到了彈性元件的效果,将被測壓力變換為應變片形變,從而到達壓力丈量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與使用

壓電傳感器中首要使用的壓電資料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化矽)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發現的,在一定的溫度規模之内,壓電性質一直存在,但溫度超過這個規模之後,壓電性質徹底消失(這個高溫就是所謂的“居裡點”)。由于跟着應力的改動電場改動細小(也就說壓電系數比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所代替。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數,但是它隻能在室溫文濕度比較低的環境下才能夠使用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠接受高溫文适當高的濕度,所以現已得到了廣泛的使用。

現在壓電效應也使用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,包括钛酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽系壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應是壓電傳感器的首要作業原理,壓電傳感器不能用于靜态丈量,因為通過外力效果後的電荷,隻有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的狀況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器隻能夠丈量動态的應力。     

壓電傳感器首要使用在加速度、壓力和力等的丈量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特色。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船隻、橋梁和修建的振蕩和沖擊丈量中現已得到了廣泛的使用,特别是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也能夠用來丈量發動機内部燃燒壓力的丈量與真空度的丈量。也能夠用于軍事工業,例如用它來丈量槍炮子彈在膛中擊發的一會兒的膛壓的改動和炮口的沖擊波壓力。它既能夠用來丈量大的壓力,也能夠用來丈量細小的壓力。

壓力傳感器也廣泛使用在生物醫學丈量中,比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因為丈量動态壓力是如此普遍,所以壓電傳感器的使用就十分廣泛。


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