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壓力傳感器的工作原理

返回列表 來源:驍銳科技 瀏覽:- 發(fā)布日期:2018-02-26 11:17:28【

壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛使用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能修建、出產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船只、機(jī)床、管道等很多職業(yè),下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其使用 

1、應(yīng)變片壓力傳感器原理與使用

力學(xué)傳感器的品種繁多,如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)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(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變改動變換成為一種電信號的靈敏器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的首要組成部分之一。電阻應(yīng)變片使用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在發(fā)作力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)作應(yīng)力改動時,電阻應(yīng)變片也一起發(fā)作形變,使應(yīng)變片的阻值發(fā)作改動,從而使加在電阻上的電壓發(fā)作改動。這種應(yīng)變片在受力時發(fā)作的阻值改動通常較小,一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋,并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/D變換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電阻應(yīng)變片的作業(yè)原理

金屬電阻應(yīng)變片的作業(yè)原理是吸附在基體資料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而發(fā)作阻值改動的現(xiàn)象,俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示:

式中:ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率(Ω·cm2/m)

            S——導(dǎo)體的截面積(cm2)

            L——導(dǎo)體的長度(m)

    咱們以金屬絲應(yīng)變電阻為例,當(dāng)金屬絲受外力效果時,其長度和截面積都會發(fā)作改動,從上式中可很簡單看出,其電阻值即會發(fā)作改動,假設(shè)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(dāng)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。只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(yīng)變金屬絲的應(yīng)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(fā)作細(xì)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(yīng),使電橋發(fā)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號,標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,能夠和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定,傳感器具有很高的溫度安穩(wěn)性和時間安穩(wěn)性,傳感器自帶溫度補(bǔ)償0~70℃,并能夠和絕大多數(shù)介質(zhì)直接觸摸。

陶瓷是一種公認(rèn)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(wěn)特性及它的厚膜電阻能夠使它的作業(yè)溫度規(guī)模高達(dá)-40~135℃,而且具有丈量的高精度、高安穩(wěn)性。電氣絕緣程度>2kV,輸出信號強(qiáng),長期安穩(wěn)性好。高特性,低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)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硅壓力傳感器。

3、分散硅壓力傳感器原理及使用

作業(yè)原理

     被測介質(zhì)的壓力直接效果于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片發(fā)作與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)作改動,和用電子線路檢測這一改動,并變換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)丈量信號。

4、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與使用

使用應(yīng)變電阻式作業(yè)原理,選用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體靈敏元件,具有無與倫比的計量特性。

藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會發(fā)作滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象;藍(lán)寶石比硅要鞏固,硬度更高,不怕形變;藍(lán)寶石有著十分好的彈性和絕緣特性(1000 OC以內(nèi)),因此,使用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體靈敏元件,對溫度改動不靈敏,即使在高溫條件下,也有著很好的作業(yè)特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);別的,硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體靈敏元件,無p-n漂移,因此,從根本上簡化了制造工藝,提高了重復(fù)性,確保了高成品率。

用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)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(yè)條件下正常作業(yè),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(gòu)成:鈦合金丈量膜片和鈦合金接納膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片,被焊接在鈦合金丈量膜片上。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桿鞏固的連接在一起)。在壓力的效果下,鈦合金接納膜片發(fā)作形變,該形變被硅-藍(lán)寶石靈敏元件感知后,其電橋輸出會發(fā)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(yīng)變電橋電路的供電,并將應(yīng)變電橋的失衡信號變換為統(tǒng)一的電信號輸出(0-5,4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中,藍(lán)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,將被測壓力變換為應(yīng)變片形變,從而到達(dá)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(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,在一定的溫度規(guī)模之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存在,但溫度超過這個規(guī)模之后,壓電性質(zhì)徹底消失(這個高溫就是所謂的“居里點”)。由于跟著應(yīng)力的改動電場改動細(xì)小(也就說壓電系數(shù)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(shù),但是它只能在室溫文濕度比較低的環(huán)境下才能夠使用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠接受高溫文適當(dāng)高的濕度,所以現(xiàn)已得到了廣泛的使用。

現(xiàn)在壓電效應(yīng)也使用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的首要作業(yè)原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)丈量,因為通過外力效果后的電荷,只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只能夠丈量動態(tài)的應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特色。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船只、橋梁和修建的振蕩和沖擊丈量中現(xiàn)已得到了廣泛的使用,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也能夠用來丈量發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的丈量與真空度的丈量。也能夠用于軍事工業(yè),例如用它來丈量槍炮子彈在膛中擊發(fā)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(xì)小的壓力。

壓力傳感器也廣泛使用在生物醫(yī)學(xué)丈量中,比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因為丈量動態(tài)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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