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压力传感器是工业实践中最常用的传感器,广泛应用于各种工业自动控制环境,涉及水利水电、铁路运输、智能建筑、生产自动控制、航空航天、军工、石油化工、油井、电力、船舶、机床、管道等多个行业。
1.应变式压力传感器的原理
机械传感器有很多种,如电阻应变式压力传感器、半导体应变式压力传感器、压阻式压力传感器、感应式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器和电容式速度传感器。但压阻式压力传感器是应用最广泛的一种,它价格低廉,精度高,线性度好。下面我们主要介绍这种传感器。为了给阻力传感器减压,我们首先知道电阻应变仪。电阻应变仪是一种敏感装置,它将被测件上的应变变化转换成电信号。它是压阻式应变传感器的主要部件之一。金属电阻应变计和半导体应变计被广泛使用。
金属电阻应变计有两种:线应变计和金属箔应变计。
通常,应变仪通过一种特殊的粘合剂与产生机械应变的基体紧密结合。当矩阵的应力改变时,电阻应变仪也将变形,这将改变应变仪的电阻,从而改变施加到电阻上的电压。这种应变仪受力时电阻变化通常很小。一般来说,这种应变仪形成一个应变桥,由随后的仪表放大器放大,然后传输到处理电路的显示器或致动器(通常是模数转换和中央处理器)。
电阻应变仪的工作原理
金属电阻应变仪的工作原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械变形而变化,这就是通常所说的电阻应变效应
应该是。金属导体的电阻值可由以下公式表示:
其中:金属导体的电阻率(cm2/m)
s-导体的横截面积(cm2)
l-导体长度(m)
我们以线应变电阻为例。当导线受到外力时,其长度和横截面积会发生变化。从上面的公式可以很容易地看出,它的电阻值会发生变化。如果导线被外力拉伸,其长度将增加,而其横截面积将减小,其电阻值将增加。当导线受到外力压缩时,长度减小,横截面增大,电阻值减小。只要测量施加到电阻上的变化(通常测量电阻两端的电压),就可以获得应变导线的应变压力。
2.陶瓷压力传感器原理
耐腐蚀陶瓷压力传感器也是基于压阻效应,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,造成膜片轻微变形。厚膜电阻(压敏电阻)印刷在陶瓷膜片的背面,并连接形成惠斯通电桥(闭合电桥)。由于压阻的压阻效应,电桥产生与压力和激励电压成正比的高度线性的电流。
压力信号,标准信号根据不同的压力范围标定为2.0/3.0/3.3毫伏,可与应变传感器兼容。通过激光校准
该传感器具有较高的温度稳定性和长期稳定性。传感器通常有自己的温度补偿,因为压力接口是陶瓷的,可以直接与大多数介质接触。
陶瓷是公认的高弹性、腐蚀、磨损、冲击和振动的材料。得益于陶瓷的热稳定性特性和厚膜电阻,工作温度范围达到-40135C,可以测量高准确度和稳定性。传记绝缘程度>>2kV,输出信号强,器官稳定性好。高特性、低价钱陶瓷传感器将成为压力传感器的发展方向,欧美国家倾向于全面替代其他类型的传感器。
在中国,使用陶瓷传感器代替扩散硅压力传感器的用户也在增加。
扩散硅压力传感器工作原理也基于压阻效应。单晶硅材料在外力作用下发生微小变形,内部原子机制的电子能级状态发生变化,电阻率突变(G因子突变)的电阻也发生了巨大变化。这种物理效果称为压阻效果。利用压阻效应的原理采集集成工艺技术,利用掺杂、扩散、单晶硅晶体方向、变形电阻、惠斯通电桥配置、硅材料的弹性力学特性,在同一个硅材料中进行各向异性微加工,将产生集中力和力转换传感为一体的扩散硅传感器。
测量介质中的压力直接作用于传感器的膜片(不锈钢或陶瓷),导致膜片发生在与介质压力成比例的微位移中。传感器的电阻值发生变化,使用电子电路检测牙齿变化,输出对应于牙齿压力的编织测量信号。
4、蓝宝石压力传感器原理
利用变形电阻工作原理,将硅-蓝宝石(硅-)作为半导体敏感元件,具有无可比拟的测量特性。
蓝宝石系统不发生单晶绝缘体元素、延迟、疲劳、蠕变现象,蓝宝石比硅坚固、硬度高,不怕变形。MSstone具有很好的药弹性和绝缘特性(1000C展示),因此用硅-蓝宝石(硅-)制作的半导体敏感部件对温度变化不敏感,在高温下也能很好地工作。蓝宝石抗辐射屏障很强。此外,硅-蓝宝石半导体敏感组件,p-n漂移,因此从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,并确保了高产量。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制作的压力传感器和变送器在最坏的工作条件下正常工作,可靠性高,准确度高,温度误差小,价钱性能好。
5、压电压力传感器原理
主要用于压电传感器的压电材料有石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应是这种晶体中的发现,在一定温度范围内压电材料继续存在,但温度超过牙齿范围,压电材料就会完全消失(牙齿高温被称为“居里点”)。随着应力的变化,电场的变化微乎其微(即压电系数较低),石英逐渐被其他压电晶体取代。酒石酸钾钠的压电灵敏度和压电系数很大,但只能应用在室温和湿度低的环境中。磷酸一。氢胺是人造晶体,能经受高温和相当高的湿度,已经被广泛应用。目前压电效应还适用于钛酸溴系压电陶瓷、PZT、溴酸盐系压电陶瓷、镁酸铅压电陶瓷等目前压电陶瓷。压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量。因为经过外力作用的电荷只有在电路有无限输入阻抗的情况下才能保存。实际情况并非如此,因此确定压电传感器只能测量动态应力
压力传感器主要用于加速度、压力、力等测量。压电传感器还可用于发动机内部的燃烧压力测量和真空度测量。也可以用来测量军事工业,例如枪。