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压力传感器的工作原理及应用

更新日期:1970-01-01 08:00人气:

压力传感器的工作原理及应用属于京仪压力表厂家新闻动态信息。

压力传感器是工业实践中zui的常用传感器,广泛应用于各种工业自控环境,涉及水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航天、军工、石油化学、油井、电力、船舶、机床、管道等多个行业,简要介绍了常用传感器原理及其应用

1 .应变仪压力传感器的原理及应用

力学传感器的种类多种多样,例如电阻应变仪压力传感器、半导体应变仪压力传感器、压电电阻式压力传感器、感应式压力传感器、静电电容式压力传感器、谐振式压力传感器、静电电容式加速度传感器等。 但是应用zui的是压阻式压力传感器,具有非常低的价格、高精度和良好的线性特性。 主要介绍这样的传感器。

解冻电阻式力传感器时,首先识别电阻应变计这个元件。 电阻应变计是将被测定物应变变化转换为电信号的传感器器件. 这是压电电阻式应变传感器的主要组成部分之一。 电阻应变计中使用zui的多为金属电阻应变计和半导体应变计两种。 金属电阻应变计有丝状应变计和金属箔状应变计两种。 通常,应变仪通过特殊的粘接剂与产生力学应变的基体紧密接触,当对基体施加力而应力发生变化时,电阻应变仪也一起变形,使应变仪的电阻值发生变化,使施加于电阻的电压发生变化。 该应变计在受力时发生的电阻值的变化通常较小,但一般而言,该应变计构成应变桥,用后续的计量放大器进行放大,并发送至处理电路(通常为A/D转换和CPU )的显示和致动器。

金属电阻应变计的内部结构

电阻应变计由基材、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引线等部分构成。 根据用途不同,电阻应变仪的电阻值可由设计者设计,但电阻值范围应注意:电阻值过小,所需驱动电流过大,应变仪发热导致自身温度过高,在不同环境下使用,应变仪的电阻值变化过大,输出零偏移显着,零调整电路复杂 电阻过大,电阻过高,抗外部电磁干扰。 一般是几十欧元到几十公里左右。

电阻应变片的工作原理

金属电阻应变计的工作原理是吸附在基材上的应变电阻随机械应变而电阻值发生变化的现象,通称为电阻应变效应。 金属导体的电阻值如下式所示

式中: &rho; <; br/>; <; br/>; 金属导体电阻率( &Omega; ·; cm2/m )

s>; <; br/>; 导体的截面积( cm2 )

以线应变电阻为例,外力作用于线时,其长度和截面积发生变化,由上式可知,其电阻值发生变化,外力作用于线并延伸时,其长度增加,截面积减少,电阻值增大。 电线在外力作用下压缩时,长度会减小,截面会增加,电阻值也会减小。 如果测量电阻的变化(通常测量电阻两端的电压),就能够得到应变线的应变。

2 .陶瓷压力传感器的原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体传递,压力直接作用于陶瓷薄膜的前表面,使薄膜产生微小的变形,厚膜电阻印刷在陶瓷薄膜的背面,与惠斯登电桥(电桥)连接,通过变阻器的压电电阻效应,使电桥受到压力 还生成与激励电压成比例的电压信号,通过压力范围将标准信号定位为2.0/3.0/3.3mV/V等,与失真传感器兼容。 激光标定中,传感器具有较高的温度稳定性和时间稳定性,传感器具有温度补偿0~70℃,可与大多数介质直接接触。

陶瓷是具有高弹性、耐腐蚀性、耐磨损性、耐冲击性和振动性的材料。 陶瓷的热稳定特性和厚膜电阻,其工作温度范围可提高到-40~135℃,且具有测量的高精度、高稳定性。 电绝缘程度> 2kV,输出信号强,长期稳定性好。 高特性、低价格的陶瓷传感器是压力传感器的发展方向,在欧美有全面取代其他类型传感器的倾向,在中国使用陶瓷传感器代替扩散硅压力传感器的用户越来越多。

3 .扩散硅压力传感器的原理及应用

工作原理

被测定介质的压力直接作用于传感器的膜片(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成比例的微小位移,使传感器的电阻值变化,用电子电路检测该变化,变换与该压力对应的标准的测定信号并输出。

4 .蓝宝石压力传感器的原理及应用

利用应变电阻式工作原理,采用硅蓝宝石作为半导体传感器,具有测量特性。

蓝宝石系由单晶绝缘体元素构成,不产生磁滞、疲劳、蠕变现象的蓝宝石比硅结实,硬度高,不怕变形的蓝宝石具有非常优异的弹性和绝缘特性( 1000OC以内), 由硅-蓝宝石制造的半导体感应元件对温度变化不敏感,即使在高温条件下也具有良好工作特性的蓝宝石的耐辐射特性非常优异,另外,硅-蓝宝石半导体传感器由于没有p-n漂移,因此制造工艺从根本上简化,重现性提高,确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体传感器制造的压力传感器和变送器在zui的苛刻工作条件下正常工作,可靠性高,精度好,温度误差极小,性价比高。

仪表压力传感器和变送器由双膜片构成:钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。 印刷有异质外延性应变传感器桥电路的蓝宝石板焊接在钛合金测量薄膜上。 测量的压力传递给接收膜片(接收膜片和测量膜片用拉杆牢固连接)。 钛合金因压力而在膜片上受到变形,在硅-蓝宝石传感器上感知到该变形时,其桥输出发生变化,变化的幅度与被测压力成比例。

传感器的电路保证应变桥电路的供电,将应变桥的不平衡信号转换为统一的电信号输出(0- 5,4-20ma或0-5V )。 在绝缘压力传感器和变送器中,蓝宝石板与陶瓷基玻璃焊料相连,起到弹性元件的作用,将被测压力转换为应变仪的应变,达到了压力测量的目的。

5 .压电压力传感器的原理及应用

压电传感器主要使用的压电材料是石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢胺。 其中石英(二氧化硅)为天然晶体,压电效应在该晶体中发现,在一定温度范围内压电特性一直存在,但温度超过该范围时压电特性完全消失(该高温即所谓的&ldquo; 居里点&rdquo; 中所述情节,对概念设计中的量体体积进行分析。 由于电场随应力变化的变化小(即压电系数低),水晶逐渐被其他压电晶体所取代。 酒石酸钾钠具有较大的压电敏感度和压电系数,但仅适用于室温和湿度较低的环境。 磷酸二氢胺是一种人工晶体,由于它能承受高温和相当高的湿度,因此被广泛应用。

目前的压电效应已应用于目前的压电陶瓷,如钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐压电陶瓷、铌酸镁铅压电陶瓷等多晶体。

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。 仅当电路具有无限大的输入阻抗时,才保存外力作用后的电荷。 实际情况并非如此,这决定了压电传感器只能测量动态应力。

压电传感器主要应用于加速度、压力、力等的测量。 压电式加速度传感器是常用的加速度计。 具有结构简单、小型、重量轻、寿命长等优点。 压电式加速度传感器广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量,尤其在航空和航天领域有其特殊地位。 压电传感器也可用于发动机内部燃烧压力的测量和真空度的测量。 也可用于军事工业,例如,测量膛内发射瞬间的腔压变化和炮口的冲击波压力。 可以用来测量大的压力,也可以用来测量小的压力。

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