壓力傳感器主要用于檢測流體或固體的壓力,并能進行信號遠傳。它是工業(yè)實踐中zui為常用的一種傳感器。常常作為自動化控制的前端元件,廣泛運用于各種工業(yè)自控環(huán)境,包括石油化工、造紙、水處理、電力、船舶、機床和公用設(shè)備等行業(yè)。
壓力傳感器分類:
壓阻式壓力傳感器
當壓敏電阻受壓后產(chǎn)生電阻變化,通過放大器放大并采用標準壓力標定,即可進行壓力檢測。壓阻式壓力傳感器的性能主要取決于壓敏元件(取出壓敏電阻)、放大電路,以及生產(chǎn)中的標定和老化工藝。
應(yīng)變片:在目前的壓力傳感器封裝工藝中,通??梢詫鹤枋矫舾行倔w做得體積小巧,靈敏度高,而且穩(wěn)定性能好,并將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應(yīng)變材料(通常不銹鋼)結(jié)合在一起,就能確保壓阻式壓力傳感器過載能力強和搞沖擊壓力強。適合測量高量程范圍的壓力變化,尤其在1MPa以上時,線性很好,精度也很高,并適合測量與應(yīng)變材料兼容的各類材料。
陶瓷壓阻:在結(jié)構(gòu)上將壓敏電阻以惠斯通電橋形式與陶瓷燒結(jié)在一起。其過載能力較應(yīng)變片類低一點,但靈敏度較高,適合測量50KPa以上的高量程范圍,而且耐腐蝕,溫度范圍也廣??垢g的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的型變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋,由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性,與激勵電壓也成正比電壓信號,可與應(yīng)變式傳感器相兼容。陶瓷是一種*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溫度范圍高達-40--+135,而且具有高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度大于2KV,輸出信號強,長期穩(wěn)定性好。
擴散硅:采用在硅片上注入粒子形成惠司通電橋形式的壓敏電阻。被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上,使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,哈聽電阻值發(fā)生變化,和用電子線路檢測這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標準測量信號。因此擴散硅傳感器靈敏度和精度zui高,適合測量1KPA到40MPA的壓力范圍。一般情況下,擴散硅傳感器分為帶隔離膜拜和非隔離膜兩種,非隔離膜只能測量干凈的,隔離膜片為軟性膜片和剛性膜片,適合測量各種性質(zhì)的介質(zhì)。
壓電式壓力傳感器
工作原理:壓電式傳感器是利用某些晶體的極化效應(yīng),即當晶體沿著一定方向力作用發(fā)生變形時,就產(chǎn)生了極化效應(yīng);;當機械力撤掉之后,雙會重新回到不帶電的狀態(tài),也就是物時候,某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)。壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英(天然晶體)、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫胺(人造晶體)、鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷。
特殊效用:
壓電壓力傳感器主要應(yīng)用研究在壓力和力等的測量中,比如在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電傳感器可可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部壓力的測量與真空度的測量。總之,它既可以測量大的壓力,也要以用來測量微小的壓力。
壓電式壓力傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中,比如說心室管式微音器就是由壓電壓力傳感器制成的,因為測量動態(tài)壓力是如此普遍,所以壓電壓力傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。
壓力傳感器的選型步驟:
通常,壓力傳感器在使用中按照以下5個進行:
? 熟悉測量壓力類型:確定系統(tǒng)中壓力的zui大值,一般而言,選擇一個具有比zui大值大1.5倍左右的壓力量程的變送器。
? 了解壓力介質(zhì)類型:簽發(fā)液體會堵上壓力接口,溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)基礎(chǔ)會不會破壞傳感器中與這些介質(zhì)直接接觸的材料。以上因素決定是否選擇直接的隔離膜拜及直接與接觸的材料,比如在擴散硅壓力傳感器選擇注意隔離膜片。
? 確定溫度范圍:通常壓力傳感器會標定兩個溫度范圍,取出正常操作的溫度范圍和溫度可襝的范圍。正常操作溫度范圍是指壓力傳感器在工作狀態(tài)下不被破壞時候的溫度范圍,在超出溫度補償范圍時,可能會達不到其應(yīng)用研究的性能指標。溫度補償范圍是一個比操作溫度范圍小的典型范圍。
? 掌握精度:決定精度的有非線性、遲滯、非重復(fù)性、零點偏置刻度、溫度等。
? 弄清輸出信號:壓力傳感器有MV、V、MA及幾數(shù)字輸出等多種類型,選擇怎樣的輸出取決于多種因素,包括壓力傳感器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離,是否存在電氣噪聲或其他干擾信號。
對于許多壓力傳感器和控制器間距較短的OEM設(shè)備,采用輸出的壓力傳感器是zui為經(jīng)濟而有效的解決方法。如果需要將信號放大,采用具有內(nèi)放大的變送器。對于遠距離傳輸或存在較強的電子干擾信號,采用級輸出或頻率輸出。