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各種壓力傳感器的工作原理及應用


發布日期:[2018-08-23]    作者:昊明壓力傳感器


 壓力傳感器的種類有很多種,下面我為大家介紹一下比較常用的幾種壓力傳感的工作原理:

1:擴散硅壓力傳感器工作原理:擴散硅壓力傳感器目前是比較常的一種壓力傳感器,采用先進的離子注入工藝和微機械加工工藝,制成了具有惠斯頓電橋和精密力學結構的硅敏感元件,綜合性能比較好,性價比高。它的工作原理是利用被測介質的壓力直接作用于壓力傳感器的膜片上(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,利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。擴散硅壓力傳感器主要應用于供熱,制冷,化工,通風系統,環保設備,食品加工,供水等需要壓力測量和控制的方面,一般在需要自動化控制系統要求的的行業,都可能會用到擴散硅壓力傳感器。

2:應變式壓力傳感器工作原理:應變式壓力傳感器也是一種比較常見的壓力傳感器,一般用于測量液壓和氣壓壓力較大的場合。它的原理是應變片一般是粘貼在傳感器的彈性體上,當傳感器承受壓力后的,彈性體產生形變,引起粘貼在彈性體上的應變片電阻值變化,然后轉換成為一種電信號的壓力傳感器。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。

3:陶瓷壓力傳感器工作原理:陶瓷是一種可耐腐蝕的材料,陶瓷壓力傳感器可用于測量帶有腐蝕性液體或氣體壓力的介質。陶瓷壓力傳感器原理是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。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。

4:電容式壓力傳感器工作原理:

(1)單電容式壓力傳感器
  它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。
  
 (2) 差動電容式壓力傳感器
  它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。

5:壓電式壓力傳感器工作原理:正壓電效應是指當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化現象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力撤去后,晶體又恢復到不帶電的狀態;當外力作用方向改變時,電荷的極性也隨之改變;晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。逆壓電效應又稱電致伸縮效應,是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。壓電傳感器不能用于靜態測量,因為經過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。

壓力傳感器的應用領域


壓力傳感器主要應用于:增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機,壓縮機,空調制冷設備等領域。


1、應用于液壓系統


壓力傳感器在液壓系統中主要是來完成力的閉環控制。當控制閥芯突然移動時,在極短的時間內會形成幾倍于系統工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機械和工業液壓中,如果設計時沒有考慮到這樣的極端工況,任何壓力傳感器很快就會被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器,壓力傳感器實現抗沖擊主要有2種方法,一種是換應變式芯片,另一種方法是外接盤管,一般在液壓系統中采用第一種方法,主要是因為安裝方便。此外還有一個原因是壓力傳感器還要承受來自液壓泵不間斷的壓力脈動。


2.應用于安全控制系統


壓力傳感器在安全控制系統中經常應用,主要針對的領域是空壓機自身的安全管理系統。在安全控制領域有很多傳感器應用,壓力傳感器作為一種非常常見的傳感器,在安全控制系統中應用也不足為奇。


在安全控制領域應用一般從性能方面來考慮,從價格上的考慮,還有從實際操作的安全性方便性來考慮,實際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機械設備的加工技術將一些元件以及信號調節器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優點之一,除此之外,價格便宜也是它的另一大優點。在一定程度上它能夠提高系統測試的準確度。在安全控制系統中,通過在出氣口的管道設備中安裝壓力傳感器來在一定程度上控制壓縮機帶來的壓力,這算是一定的保護措施,也是非常有效的控制系統。當壓縮機正常啟動后,如果壓力值未達到上限,那么控制器就會打開進氣口通過調整來使得設備達到最大功率。


3.應用于注塑模具


壓力傳感器在注塑模具中有著重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機的噴嘴、熱流道系統、冷流道系統和模具的模腔內,它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。


4.應用于監測礦山壓力


傳感器技術作為礦山壓力監控的關鍵性技術之一。一方面,我們應該正確應用已有的各種傳感器來為采礦行業服務;另一方面,作為傳感器廠家還要研制和開發新型壓力傳感器來適應更多的采礦行業應用。壓力傳感器有多種,而基于礦山壓力監測的特殊環境,礦用壓力傳感器主要有:振弦式壓力傳感器、半導體壓阻式壓力傳感器、金屬應變片式壓力傳感器、差動變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產行業都有廣泛的應用,具體使用哪種傳感器還有根據具體的采礦環境進行選擇。


5.應用于促進睡眠


壓力傳感器本身無法促進睡眠,我們只是將壓力傳感器放在床墊地下,由于壓力傳感器具有高靈敏度,當人發生翻身、心跳以及呼吸等有關的動作時,傳感器會分析這一系列信息,去推斷睡眠人睡覺處于一個什么狀態,然后通過對傳感器的分析,收集傳感器的信號得到心跳和呼吸節奏等睡眠的數據,最后將所有數據處理譜成一首段的曲目,當然能將你一個晚上的睡眠壓縮成一首幾分鐘的音樂。


6.應用于壓縮機,空調冷設備


壓力傳感器常用于空氣壓力機,以及空調制冷設備,這類傳感器產品外形小巧、安裝方便、導壓口一般采用專用閥針式設計。




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