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壓力傳感器的種類以及工作原理

更新時間:2022-07-05 點擊次數:2669
  壓力傳感器的種類繁多,如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等。
  目前應用較為廣泛的壓力傳感器有:擴散硅壓阻式壓力傳感器、陶瓷壓阻壓力傳感器、濺射薄膜壓力傳感器、電容壓力傳感器、耐高溫特性的藍寶石壓力傳感器。但應用尤為廣泛的是壓阻式壓力傳感器,它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性
  壓阻式壓力傳感器
  這種傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內,引出電極引線。 提到壓阻式傳感器,首先得講到它的原理——壓阻效應。
  壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同于壓電效應,壓阻效應只產生阻抗變化,并不會產生電荷。
  陶瓷壓力傳感器
  抗腐蝕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,使膜片產生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應,使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號,標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定,傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性,傳感器自帶溫度補償0 ~70℃,并可以和絕大多數介質直接接觸。
  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工作溫度范圍高達-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,長期穩(wěn)定性好。
  壓電式壓力傳感器
  壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應。壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態(tài),這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發(fā)生變形,電場去掉后,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應。
  壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多,按彈性敏感元件和受力機構的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上,由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件,再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關系的電信號。這種傳感器的特點是體積小、動態(tài)特性好、耐高溫等。現代測量技術對傳感器的性能出越來越高的要求。
  電阻應變式壓力傳感器
  將電阻應變片粘貼在彈性元件特定表面上,當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時,會導致元件應力和應變的變化,進而引起電阻應變片電阻的變化。電阻的變化經電路處理后的以電信號的方式輸出,這就是電阻應變片傳感器的工作原理。
  電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上,當基體受力發(fā)生應力變化時,電阻應變片也一起產生形變,使應變片的阻值發(fā)生改變,從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小,一般這種應變片都組成應變電橋,并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大,再傳輸給處理電路(通常是 A/D 轉換和 CPU )顯示或執(zhí)行機構。
  電感式壓力傳感器
  電感式壓力傳感器是用電感線圈電感量變化來測量壓力的儀表。
  常見的有氣隙式和差動變壓器式兩種結構形式。氣隙式的工作原理是被測壓力作用在膜片上使之產生位移,引起差動電感線圈的磁路磁阻發(fā)生變化,這時膜片距磁心的氣隙一邊增加,另一邊減少,電感量則一邊減少.另一邊增加,由此構成電感差動變化,通過電感組成的電橋輸出一個與被測壓力相對應的交流電壓。具有體積小、結構簡單等優(yōu)點,適宜在有振動或沖擊的環(huán)境中使用。
  電容式壓力傳感器
  電容式壓力傳感器是利用電容敏感元件將被測壓力轉換成與之成一定關系的電量輸出的壓力傳感器。特點是,低的輸入力和侏儒能量,高動態(tài)響應,小的自然效應,環(huán)境適應性好。
  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電極,當薄膜感受壓力而變形時,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。

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