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压力传感器的工作原理

返回列表 来源:骁锐科技 浏览:- 发布日期:2018-02-26 11:17:28【

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛使用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能修建、出产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船只、机床、管道等很多职业,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其使用 

1、应变片压力传感器原理与使用

力学传感器的品种繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容速度传感器等。但使用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面咱们首要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时,咱们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变改动变换成为一种电信号的灵敏器件。它是压阻式应变传感器的首要组成部分之一。电阻应变片使用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在发作力学应变基体上,当基体受力发作应力改动时,电阻应变片也一起发作形变,使应变片的阻值发作改动,从而使加在电阻上的电压发作改动。这种应变片在受力时发作的阻值改动通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D变换和CPU)显示或执行机构。

电阻应变片的作业原理

金属电阻应变片的作业原理是吸附在基体资料上应变电阻随机械形变而发作阻值改动的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:

式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)

            S——导体的截面积(cm2)

            L——导体的长度(m)

    咱们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力效果时,其长度和截面积都会发作改动,从上式中可很简单看出,其电阻值即会发作改动,假设金属丝受外力效果而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力效果而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的改动(通常是丈量电阻两头的电压),即可获得应变金属丝的应变情

2、陶瓷压力传感器原理及使用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接效果在陶瓷膜片的前外表,使膜片发作细小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥发作一个与压力成正比的高度线性、与鼓励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,能够和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度安稳性和时间安稳性,传感器自带温度补偿0~70℃,并能够和绝大多数介质直接触摸。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振荡的资料。陶瓷的热安稳特性及它的厚膜电阻能够使它的作业温度规模高达-40~135℃,而且具有丈量的高精度、高安稳性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期安稳性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面代替其它类型传感器的趋势,在我国也越来越多的用户使用陶瓷传感器代替分散硅压力传感器。

3、分散硅压力传感器原理及使用

作业原理

     被测介质的压力直接效果于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片发作与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发作改动,和用电子线路检测这一改动,并变换输出一个对应于这一压力的标准丈量信号。

4、蓝宝石压力传感器原理与使用

使用应变电阻式作业原理,选用硅-蓝宝石作为半导体灵敏元件,具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成,不会发作滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要巩固,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着十分好的弹性和绝缘特性(1000 OC以内),因此,使用硅-蓝宝石制造的半导体灵敏元件,对温度改动不灵敏,即使在高温条件下,也有着很好的作业特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;别的,硅-蓝宝石半导体灵敏元件,无p-n漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体灵敏元件制造的压力传感器和变送器,可在最恶劣的作业条件下正常作业,并且可靠性高、精度好、温度差错极小、性价比高。

表压压力传感器和变送器由双膜片构成:钛合金丈量膜片和钛合金接纳膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金丈量膜片上。被测压力传送到接纳膜片上(接纳膜片与丈量膜片之间用拉杆巩固的连接在一起)。在压力的效果下,钛合金接纳膜片发作形变,该形变被硅-蓝宝石灵敏元件感知后,其电桥输出会发作改动,改动的起伏与被测压力成正比。

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡信号变换为统一的电信号输出(0-5,4-20mA或0-5V)。在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起,起到了弹性元件的效果,将被测压力变换为应变片形变,从而到达压力丈量的目的。

5、压电压力传感器原理与使用

压电传感器中首要使用的压电资料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度规模之内,压电性质一直存在,但温度超过这个规模之后,压电性质彻底消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于跟着应力的改动电场改动细小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所代替。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温文湿度比较低的环境下才能够使用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够接受高温文适当高的湿度,所以现已得到了广泛的使用。

现在压电效应也使用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的首要作业原理,压电传感器不能用于静态丈量,因为通过外力效果后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的状况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够丈量动态的应力。     

压电传感器首要使用在加速度、压力和力等的丈量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特色。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船只、桥梁和修建的振荡和冲击丈量中现已得到了广泛的使用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也能够用来丈量发动机内部燃烧压力的丈量与真空度的丈量。也能够用于军事工业,例如用它来丈量枪炮子弹在膛中击发的一会儿的膛压的改动和炮口的冲击波压力。它既能够用来丈量大的压力,也能够用来丈量细小的压力。

压力传感器也广泛使用在生物医学丈量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为丈量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的使用就十分广泛。


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