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[!--downpath--]压力传感是工业实践中最常用的传感器。 广泛应用于各种工业自动控制环境,涉及水利水电、铁路交通、智能楼宇、生产自动控制、航空航天、军工、石油化工、油井、电力、船舶等。 、机床、管道等诸多行业,下面简单介绍一些常用的传感原理及其应用。
一、压力检测介绍
绝压传感、差压传感、表压传感。
关于压力的测量,可分为三类:
(1) 绝对压力的检测
(2)表压检测
(3)压差检测
绝对压力是指对应于绝对真空所测得的压力。
表压是指相对于当地大气压力测量的压力。
压差是两个压力源之间的压力差。
如果压力是绝对真空,则压差等于绝对压力; 如果压力是区域大气压,则压差等于“表压”。
压力的检测单位为巴斯卡()(缩写为pa),相当于牛顿/m2。 在工业应用中,还有其他不同的压力单位; 如Bar、psi(磅/英寸2)、大气压、mmHg(水银柱的升程用mm表示)和cmH2O(火柱的升程用cm表示)。
对于液体和二氧化碳压力检测,可以使用各种压力传感器。 所谓“传感器”,是指从一个系统吸收能量,并将这种能量以不同的方式(如电)传递给另一个系统的能量转换装置。 因此,也有人称其为“转换器”。 正如压力检测可以分为三类一样,压力传感器也可以通过这三类来区分:
(a) 绝对压力传感器:该装置包括用于检测环境绝对压力或检测压力源的参考真空。
(b) 压差传感:检测两个管道压力源之间的压差。
(c) 表压传感:这也是一种差压传感器,但是,一个压力源是当地大气压力,另一个是管道压力源。
2、压力位移换算:
位移转换、电容式气幕、碳化硅膜片、半导体膜片、单晶硅压力传感器简介
压力位移换算
在压力传感中,通常使用隔膜(或波纹膜)将压力 P(t) 转换为机械位移 X(t)。 隔膜(如图所示)
它由一个金属(或橡胶)圆盘组成,金属圆盘的边缘固定在一个坚固的支架上。 矩形波纹均与膜片外缘同心。 压缩液体接触隔膜的一端大气压强传感器的原理,导致隔膜与其内部压力成比例地偏转。 两个波纹金属隔膜连接在一起形成一个气穴(如图)。
如果气囊内腔为真空,则可用于检测绝对压力; 显然,要测量的压力施加在该组件的两端。 如果需要更大的弯曲变体,可以串联使用更多的隔膜组件。 为了检测两个可变压力之间的差异,必须将这些压力之一施加到气囊的内部。 其他用来将压力转化为运动的机械有波纹管()和管子(tube)。 近年来,随着单晶硅压力传感器的发展,出现了可以同时完成转换功能和压力传感功能的器件。 这些都是:
1.电容式风幕
电容式气幕:它由两个用于支撑电容器极片的陶瓷元件组成,并连接在一起形成一个空腔以形成真空。
2、碳化硅振膜(用于压电换能器)
碳化硅振膜(用于压电换能器)”支持压电材料中四个桥接连接的内阻。
3、半导体振膜(压阻式)
半导体振膜:由硅单元(半导体转换器)组成,其上通过扩散产生内阻。
单晶硅压力传感器
如前所述,单晶硅传感器是那些将压力传感和转换结合在单个组件上的压力传感器。 压力-运动-电流之间的转换通过以下方式之一完成:
(a) 电容式压力传感:被测压力使陶瓷膜片弯曲,从而改变元件的电容。 通过增加必要的电子电路,可以尽可能地将这种变形和压力的变化联系起来。 因此,电容的变化与压力的变化成正比。 (b) 压阻式或“厚膜”压力传感:这些传感器基于压阻效应工作,当材料变形时,其内阻会发生变化。 四个内部电阻使用厚膜技术连接成惠斯通电桥,并放置在碳化硅 (Al2O3) 隔膜上。 当被测压力迫使膜片变形时,电桥的差动电流输出随之变化。
(c) 半导体压力传感器:这种装置也是利用压电效应和电桥的内阻来获得测量结果的。 它用于通过扩散的方式在硅载体上形成膜片,包括电桥内阻的单位。 通过静电处理固定在支撑玻璃上。 因此,它与外界机械隔离。 当硅振膜偏转时,电桥的输出会相应变化。 (d) 压电压力传感:这些传感器的工作原理是压电效应的应用,压电效应是指当材料被压缩(力或压力)时形成电流的特性。 此属性用于高频下的压力检测和声级检测(在该应用中,最著名的是“水晶耳机”)。
3、压力传感器的尺寸和性能比较
★由于压力种类繁多(绝压、差压、表压),需要使用传感器进行检测。 因此,了解这些可能影响传感使用的其他外围特性非常重要。 因此,了解与传感器接触的分析物是液体还是二氧化碳变得非常重要。 作为用于流体检测的传感器,当被测流体可能损坏传感器时,其应用不同于这些普通传感器。 另一个重要因素是检测范围(以 bar、psi、Atm 等表示)。 也称为传感器在保持检测尺寸精度的要求下所能测量的压力范围。 检测范围可以是单极(压力或真空)或双极。
★ “过压”(over)或“耐压”(proof )(传感器在不造成损坏的情况下所能承受的最大压力)在传感器的选型中相当重要。 了解工作温度范围也很重要。 被测液体或二氧化碳物质的温度不得超过传感器的工作温度范围。
与温度相关的其他外部因素是温度偏差。 也称为温度在给定精度的检测尺寸范围内变化的范围。另一个因素是存储
储存体温。 其他可能影响转换器选择的因素包括振动、热干扰和空气温度。 最重要的特性是:线性度、灵敏度、稳定性、可重复性和滞后性。
线性度:转换器指示值与最佳直线之间的偏差量。 该参数一般表示为全值的百分比。
灵敏度:(或码率),能形成输出信号值的最小输入变化值。 表示为每单位输入的输出信号大小 (mv/PSI)。
稳定性:当要转换的量(在固定温度下)在输入端保持固定值时,传感器保持输出信号的能力。 给定范围内的稳定性通常表示为全值的百分比。
重复性:当输入端不同时间出现相同数量的待转换信号时,传感器重新形成输出信号的能力。 重复性通常表示为全值的百分比。
迟滞:相同的压力以相反的方向施加在传感器上,传感器指示的两个读数之间的最大差异。
对于界面系统大气压强传感器的原理,更重要的因素是激励电流、FSO 和单位压力灵敏度。
激励电流:用于向传感器供电的电源电流。
★FSO: (Full Scale ) 相关压力范围内的传感器输出电流之差。
单位压力灵敏度:当压力变化一个单位值时,输出电流的相对变化值。
★对于单个传感器,相对于满量程压力的输出电流由供电电流的函数决定,该值以mv/v表示。 在传感器上施加满量程压力且激励电流为单位值(伏特)时,传感器指示的输出值(mV)。
传感特性:
1、检测类型:
(1)绝对压力; (2)压差; (3)表压;
2. 用于:
(1) 二氧化碳; (2) 液体;
3、检测范围; 4、试验压力; 5.工作温度; 6.振动; 8、线性度; 9. 灵敏度; 10.稳定性; 11.重复性; 12.缓慢; 13、励磁电流; 14.FSO(满量程输出); 15.单位压力灵敏度