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壓力傳感器技術解析

發布時間:2021-01-05 閱讀次數:137


力學傳感器的種類繁多,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式加速度傳感器等。但應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。

在了解壓阻式壓力傳感器時,我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片器進行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/DCPU

金屬電阻應變片的內部結構

減少,電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時,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變化(通常是測量電阻兩端的電壓),即可獲得應變金屬絲的應變情況。

陶瓷壓力傳感器

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產生微小的形變,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,使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號,標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定,傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性,傳感器自帶溫度補償070℃,并可以和絕大多數介質直接接觸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40135℃,而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度大于2kV,輸出信號強,長期穩定性好。高特性、低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向,在歐美國家有替代諸多類型傳感器的趨勢,在中國越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

擴散硅壓力傳感器CYB13I(赫斯曼出線)2.jpg

被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

藍寶石壓力傳感器

利用應變電阻式工作原理,采用硅-具有無與倫比的計量特性。

--藍寶石半導體敏感元件,無p-n漂移,

用硅可在最惡劣的工作條件下(接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固地連接在一起)。在壓力的作用下,鈦合金接收膜片產生形變,該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后,其電橋輸出會發生變化,變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電,并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出(4~20mA0~5V)。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,起到了彈性元件的作用,將被測壓力轉換為應變片形變,從而達到壓力測量的目的。

壓電式壓力傳感器

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、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,壓電效應就是在這種晶體中發現的,在一定的溫度范圍之內,壓電性質一直存在,但溫度超過這個范圍之后,壓電性質完全消失(這個高溫就是所謂的居里點)。由于它隨著應力的變化電場變化微小(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替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數,但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當高的濕度,所以已經得到了廣泛的應用。

現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

 


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