压力传感器原理

2016-01-07 806

1、应变片压力传感器原理与应用
  力学传感器的种类繁多,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。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要先容这类传感器。
  在了解压阻式力传感器时,我们首先熟悉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变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部门之一。电阻应变片应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特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。
  电阻应变片的工作原理
  金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:
  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)
    我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很轻易看出,其电阻值即会发生改变,如果金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是丈量电阻两真个电压),即可获得应变金属丝的应变情
2、陶瓷压力传感器原理及应用
  抗侵蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),因为压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,尺度的信号根据压气力程的不同标定为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,传感用具有很高的温度不乱性和时间不乱性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。
 
  陶瓷是一种公认的高弹性、抗侵蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热不乱特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有丈量的高精度、高不乱性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期不乱性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替换其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替换扩散硅压力传感器。
3、扩散硅压力传感器原理及应用
 
  工作原理
     被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的尺度丈量信号。

 

4、压电压力传感器原理与应用
  压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种自然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。因为跟着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替换。而酒石酸钾钠具有很大的压电敏捷度和压电系数,但是它只能在室温顺湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温顺相称高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上,好比现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、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主要工作原理,压电传感器不能用于静态丈量,由于经由外力作用后的电荷,只有在回路具有无穷大的输入阻抗时才得到保留。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够丈量动态的应力。
  压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的丈量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简朴、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击丈量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来丈量发念头内部燃烧压力的丈量与真空度的丈量。也可以用于军事产业,例如用它来丈量枪炮枪弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来丈量大的压力,也可以用来丈量微小的压力。
 
  压电式传感器也广泛应用在生物医学丈量中,好比说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,由于丈量动态压力是如斯普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。
 

 

 

 

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