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| 主流壓力傳感器的原理以及優(yōu)點(diǎn) |
| 發(fā)布時(shí)間：2017/10/11 閱讀次數(shù)：1238 次 返回 |
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一、陶瓷壓力傳感器 陶瓷壓力傳感器主要由瓷環(huán)、陶瓷膜片和陶瓷蓋板三部分組成。陶瓷膜片作為感力彈性體，采用95%的AL2O3瓷精加工而成，要求平整、均勻、質(zhì)密，其厚度與有效半徑視設(shè)計(jì)量程而定。瓷環(huán)采用熱壓鑄工藝高溫?zé)瞥尚?。陶瓷膜片與瓷環(huán)之間采用高溫玻璃漿料，通過厚膜印刷、熱燒成技術(shù)燒制在一起，形成周邊固支的感力杯狀彈性體，即在陶瓷的周邊固支部分應(yīng)形成無蠕變的剛性結(jié)構(gòu)。在陶瓷膜片上表面，即瓷杯底部，用厚膜工藝技術(shù)做成傳感器的電路。陶瓷蓋板下部的圓形凹槽使蓋板與膜片之間形成一定間隙，通過限位可防止膜片過載時(shí)因過度彎曲而破裂，形成對傳感器的抗過載保護(hù)。 陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。 特點(diǎn)： 1.堅(jiān)固的陶瓷敏感膜片 2.零點(diǎn)、滿量程激光標(biāo)定 3.卓越的抗腐蝕、抗磨損性能 4.抗沖擊、抗震動 5.高精度、高穩(wěn)定性 6.寬的工作溫度范圍 7.體積小巧，易封裝 8.最具競爭力的價(jià)格
二、應(yīng)變式壓力傳感器 它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統(tǒng)連接。在筒壁上貼有2片或4片應(yīng)變片，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片,另一半作為測量應(yīng)變片。當(dāng)沒有壓力時(shí) 4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路;當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時(shí),圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到應(yīng)變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應(yīng)變管式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、適用性強(qiáng)，在火箭彈、炮彈和火炮的動態(tài)壓力測量方面有廣泛應(yīng)用。 膜片式 它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時(shí)，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱?。因此常把兩個(gè)應(yīng)變片分別貼在正負(fù)最大應(yīng)變處，并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補(bǔ)償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計(jì)(見電阻應(yīng)變計(jì))則能最大限度地利用膜片的應(yīng)變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產(chǎn)品是將彈性敏感元件和應(yīng)變片的作用集于單晶硅膜片一身，即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴(kuò)散制作電阻條，并采用周邊固定結(jié)構(gòu)制成的固態(tài)壓力傳感器（見壓阻式傳感器）。 應(yīng)變梁式 測量較小壓力時(shí)，可采用固定梁或等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過傳力桿傳遞給應(yīng)變梁。圖3中兩端固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點(diǎn)，應(yīng)變片就貼在這些地方。這種結(jié)構(gòu)還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構(gòu)成。 組合式 在組合式應(yīng)變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應(yīng)變元件。感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變元件應(yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變元件的最大應(yīng)變處。實(shí)際上較復(fù)雜的應(yīng)變管式和應(yīng)變梁式都屬于這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應(yīng)變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、 環(huán)形梁、薄壁筒等。它們之間可根據(jù)不同需要組合成多種型式。 應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)動態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道壓力等等。 特點(diǎn) 1.分辨力高，能測出極微小的應(yīng)變，如1-2微應(yīng)變； 2.誤差較小，一般小于1%； 3.尺寸小、重量輕。 4.測量范圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達(dá)20%； 5.既可測靜態(tài)，也可測快速交變應(yīng)力； 6.具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理； 7.能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓；從接近絕對零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬個(gè)“g”；在振動、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作； 8.價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。
三、擴(kuò)散硅壓力傳感器 擴(kuò)散硅壓力傳感器是以單晶硅為基體，采用先進(jìn)的離子注入工藝和微機(jī)械加工工藝，制成了具有惠斯頓電橋和精密力學(xué)結(jié)構(gòu)的硅敏感元件。被測壓力通過壓力接口作用在硅敏感元件上，實(shí)現(xiàn)了所加壓力與輸出信號的線性轉(zhuǎn)換，經(jīng)激光修調(diào)的厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償了敏感元件的溫度性能。 特點(diǎn) 1.穩(wěn)定性好，滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá)0.2%FS/年。在補(bǔ)償溫度0～70℃范圍內(nèi)，溫度飄移低于0.2%FS，在整個(gè)允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.5%FS。 2.具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時(shí)正負(fù)極接反不會損壞變送器,異常時(shí)變送器會自動限流在35MA以內(nèi)。 3.固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，高可靠性，使用壽命長。 4.從風(fēng)壓到水、油都可以進(jìn)行高精度的測量，不受被測介質(zhì)質(zhì)量大小的影響。 5.安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)耐用。
四、電容式壓力傳感器 它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。 特點(diǎn) 1.溫度穩(wěn)定性好 電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。 2.結(jié)構(gòu)簡單 電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進(jìn)行測量。 3.動態(tài)響應(yīng)好 電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個(gè)10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。 4.可以非接觸測量且靈敏度高 可非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。 電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能感應(yīng)0.01μm甚至更小的位移。由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度
五、單晶硅壓力傳感器 單晶硅基于 MEMS（微 機(jī)電）技術(shù)的壓力傳感器，它是建立在微米/納米基礎(chǔ)上，在單晶硅片上刻融制作惠斯登電橋（Wheatstone bridge）組成的硅應(yīng)變計(jì)，經(jīng)500℃以上高溫熔化玻璃，將硅應(yīng)變片燒結(jié)在17－4PH不銹鋼傳感彈性體上，彈性體受壓變形后產(chǎn)生電信號，由帶微處理 器的數(shù)字補(bǔ)償放大電路進(jìn)行放大，經(jīng)數(shù)字軟件進(jìn)行全智能溫度補(bǔ)償，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號。在標(biāo)準(zhǔn)凈化生產(chǎn)過程中，參數(shù)嚴(yán)格受控，避免了溫度、濕度及機(jī)械疲勞的影響， 具有頻響高、工作溫度寬等特點(diǎn)，保證了傳感器在工業(yè)惡劣環(huán)境中使用的長期穩(wěn)定性。 特點(diǎn) 1.精度高：由于傳感器使用的是單晶硅諧振式傳感器，其優(yōu)良的性能保證了測量的精度，變送器的精度可達(dá)到±0.065%，這是其他變送器無法比擬的。 2.穩(wěn)定性好：由于電路采用了特性修正存貯器，對采集到的溫度、靜壓數(shù)據(jù)通過CPU運(yùn)算，修正因此產(chǎn)生的測量漂移。同時(shí)，智能轉(zhuǎn)換器采用了大規(guī)模集成電路，并將放大器AISC化，減少了零部件，提高了放大器的自身可靠性，使儀表具有非?？煽康姆€(wěn)定性和重復(fù)性。 3.靜壓特性好：由于兩個(gè)諧振梁加工工藝精密，尺寸完全一致，且處于同一表面，故在受壓后產(chǎn)生的頻率變化是相同的，其差值保持不變。因此，在靜壓引入儀表時(shí)對測量幾乎沒有影響，保證了測量的精度。 4.具有良好的單向受壓特性：變送器具有非常優(yōu)良的承受反復(fù)交替的高壓側(cè)、低壓側(cè)反復(fù)受壓的能力，其數(shù)值可大16Mpa。其受壓時(shí)間可達(dá)30S。其優(yōu)點(diǎn)是安裝時(shí)可以省去平衡閥，節(jié)省投資。另一方面可以防止因誤操作或?qū)汗芏氯斐勺兯推鲉蜗蚴軌簱p壞，可以避免因此給企業(yè)造成的損失。 5.具有較寬的測量范圍，但衡量一種變送器是否具有較寬的測量范圍外，還需要考慮變送器的各部分材質(zhì)和許多附加規(guī)格是否能一機(jī)多用，EJA變送器在這一點(diǎn)上顯示了較好的優(yōu)越性，寬的量程比，通用性的接液部件材質(zhì)，附加規(guī)格的減少，可使變送器的實(shí)用性和通用性得以提高，給設(shè)計(jì)者和使用者帶來方便。同時(shí)，也減少了備表的數(shù)量和種類，為企業(yè)減少了維護(hù)費(fèi)用。 6.方便的組態(tài)能力和自診斷功能，另外，對變送器的自診斷功能可以顯示變送器的運(yùn)行狀況和故障信息，從而，指導(dǎo)檢修維護(hù)人員對故障的分析和判斷。 上海正邁自動化科技有限公司 minglilai.cn |
