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壓力傳感器的工作原理


發布日期:[2018-09-01]    作者:昊明壓力傳感器廠家


  隨著現代化高科技的時代的到來,壓力傳感器市場已經是越來越普通以及成熟了,壓力傳感器原用途非常廣泛,例如用于供水系統,液壓系統,通風系統,稱重系統以及 液位的測量和控制等等。壓力傳感器有很多種類型, 所以這里就介紹一下比較常用壓力傳感器的工作原理。

1:擴散硅壓力傳感器工作原理:被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發生變化,應用電子線路檢測這一變化,并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號(通常為電壓信號)。所謂的擴散硅,就是通過工藝技術處理的摻雜硅基,就是利用壓阻效應原理,采用集成工藝技術經過摻雜、擴散,沿單晶硅片上的特點晶向,制成應變電阻,構成惠斯凳電橋,利用硅材料的彈性力學特性,在同一切硅材料上進行各向異性微加工,就制成了一個集力敏與力電轉換檢測于一體的擴散硅傳感器。給壓力傳感器匹配一放大電路及相關部件,使之輸出一個標準信號,就組成了一臺完整的擴散硅壓力傳感器。

擴散硅壓力傳感器原理


2:電容式壓力傳感器工作原理:

電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件,將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器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。

單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形,從而改變電容器的容量,其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀,膜片為周邊固定的張緊平面,膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓,并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積,以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起,以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式(即話筒式)和聽診器式等型式。

差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間,構成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應減小,測量結果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好,但加工較困難(特別是難以保證對稱性),而且不能實現對被測氣體或液體的隔離,因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質的流體中。

電容式壓力傳感器工作原理


3:陶瓷壓力傳感器工作原理

  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定性和時間穩定性,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。陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩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、高穩定性。電氣絕緣程度》2kV,輸出信號強,長期穩定性好。高特性,低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向,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散硅壓力傳感器。

陶瓷壓力傳感器工作原理



4、壓電式壓力傳感器工作原理

 壓電壓力傳感器壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應(Piezoelectric effect),利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量,再進行相關測量工作的測量精密儀器,比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中,原因是受到外力作用后的電荷,當回路有無限大的輸入抗阻的時候,才可以得以保存下來。但是實際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是:磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。當應力發生變化的時候,電場的變化很小很小,其他的一些壓電晶體就會替代石英。酒石酸鉀鈉,它是具有很大的壓電系數和壓電靈敏度的,但是,它只可以使用在室內的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體,它可以在很高的濕度和很高的溫度的環境中使用,所以,它的應用是非常廣泛的。隨著技術的發展,壓電效應也已經在多晶體上得到應用了。例如:壓電陶瓷,鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內。

  以壓電效應為工作原理的傳感器,是機電轉換式和自發電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料制作而成的,而當壓電材料受到外力作用的時候,它的表面會形成電荷,電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后,就會被轉換成為與所受到的外力成正比關系的電量輸出。它是用來測量力以及可以轉換成為力的非電物理量,例如:加速度和壓力。它有很多優點:重量較輕、工作可靠、結構很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等。但是它也存在著某些缺點:有部分電壓材料忌潮濕,因此需要采取一系列的防潮措施,而輸出電流的響應又比較差,那就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個缺點,讓儀器更好地工作。

壓電式壓力傳感器工作原理









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