压力传感器原理

2017-10-28 13:38分类：电子元器件阅读：

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛运用于各种工业自控环境，触及水利水电、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、管道等许多作业，下面就简略介绍一些常用传感器原理及其运用
　　1、应变片压力传感器原理与运用
　　力学传感器的品种繁复，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。但运用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的报价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，咱们首要知道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变成一种电信号的活络器材。它是压阻式应变传感器的首要构成有些之一。电阻应变片运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分外的粘和剂严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，电阻应变片也一同发作形变，使应变片的阻值发作改动，然后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，通常这种应变片都构成应变电桥，并经往后续的外表扩展器进行扩展，再传输给处理电路（通常是A/D变换和CPU）闪现或履行安排。
　　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景象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式标明：
　　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，从上式中可很简略看出，其电阻值即会发作改动，假设金属丝受外力效果而伸长时，其长度添加，而截面积削减，电阻值便会增大。当金属丝受外力效果而紧缩时，长度减小而截面添加，电阻值则会减小。只需测出加在电阻的改动（通常是丈量电阻两头的电压），即可取得应变金属丝的应变情
　　2、陶瓷压力传感器原理及运用
　　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，厚膜电阻打印在陶瓷膜片的反面，衔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、与鼓舞电压也成正比的电压信号，规范的信号依据压力气程的不一样标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，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安稳性和时刻安稳性，传感器自带温度抵偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直触摸摸。
　　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可以使它的作业温度计划高达-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，长时刻安稳性好。高特性，低报价的陶瓷传感器将是压力传感器的翻开方向，在欧美国家有悉数代替其它类型传感器的趋势，在我国也不断添加的用户运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运用
　　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，和用电子线路查看这一改动，并变换输出一个对应于这一压力的规范丈量信号。
　　4、蓝宝石压力传感器原理与运用
　　运用应变电阻式作业原理，选用硅-蓝宝石作为半导体活络元件，具有无与伦比的计量特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素构成，不会发作滞后、疲惫和蠕变景象；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（十00 OC以内），因而，运用硅-蓝宝石制作的半导体活络元件，对温度改动不活络，即便在高温条件下，也有着极好的作业特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；别的，硅-蓝宝石半导体活络元件，无p-n漂移，因而，从底子上简化了制作技术，前进了重复性，确保了高成品率。
　　用硅-蓝宝石半导体活络元件制作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，而且牢靠性高、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。打印有异质外延性应变活络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衔接在一同）。在压力的效果下，钛合金接纳膜片发作形变，该形变被硅-蓝宝石活络元件感知后，其电桥输出会发作改动，改动的起伏与被测压力成正比。
　　传感器的电路可以确保应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号变换为一同的电信号输出（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衔接在一同，起到了弹性元件的效果，将被测压力变换为应变片形变，然后抵达压力丈量的意图。
　　5、压电压力传感器原理与运用
　　压电传感器中首要运用的压电资料包富含石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其间石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应即是在这种晶体中发现的，在必定的温度计划以内，压电性质一贯存在，但温度逾越这个计划往后，压电性质彻底不见（这个高温即是所谓的“居里点”）。由于跟着应力的改动电场改动细小（也就说压电系数比照低），所以石英逐步被别的的压电晶体所代替。而酒石酸钾钠具有很大的压电活络度和压电系数，可是它只能在室温文湿度比照低的环境下才干够运用。磷酸二氢胺归于人工晶体，可以接受高温文恰当高的湿度，所以现已得到了广泛的运用。
　　如今压电效应也运用在多晶体上，比方如今的压电陶瓷，包含钛酸钡压电陶瓷、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，由于通过外力效果后的电荷，只需在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保留。实践的状况不是这么的，所以这决议了压电传感器只可以丈量动态的应力。