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  • 常见压力传感器原理及其应用
    浏览次数:1325                   添加日期:2013/1/28

    压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业.下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

    1、蓝宝石压力传感器

    利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感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,不会发生滞后、疲劳和蠕变现象蓝宝石比硅要坚固,硬度更高,不怕形变,蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性1000 OC以内,因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性,蓝宝石的抗辐射特性极强,另外硅-蓝宝石半导体敏感元件,p-n漂移


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    、陶瓷压力传感器

     抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,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,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激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,可以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稳定性和时间稳定性传感器自带温度补偿070℃并可以和绝大多数介质直接接触。


       
    陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40-135℃而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好,高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

    3、压电压力传感器 
       压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、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范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后压电性质完全消失,这个高温就是所谓的居里点。由于随着应力的变化电场变化微小,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替代。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和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
         现在压电效应也应用在多晶体上,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。实际的情况不是这样的所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

       压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。

      
    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点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。

    压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力也可以用来测量微小的压力。

    压电式传感器也广泛应用在生物医学测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测量动态压力是如此普遍所以压电传感器的应用就非常广泛


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    、扩散硅压力传感器

     工作原理被测介质的压力,直接作用于传感器的膜片上,不锈钢或陶瓷使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

    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-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器,可在最恶劣的工作条件下正常工作并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

     表压压力传感器和变送器由双膜片构成,钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上-接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起。在压力的作用下,钛合金接收膜片产生形变,该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后,其电桥输出会发生变化变化的幅度与被测压力成正比。

     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转换为统一的电信号输出0-54-20mA0-5V。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,起到了弹性元件的作用,将被测压力转换为应变片形变,从而达到压力测量的目的。

     

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