壓力感測器與壓力變送器相關知識

2021-03-03 20:27:29 字數 5989 閱讀 8394

壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器,其廣泛應用於各種工業自控環境,涉及水利水電、鐵路交通、智慧型建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、工具機、管道等眾多行業,下面就簡單介紹一些常用感測器原理及其應用

1、應變片壓力感測器原理與應用

力學感測器的種類繁多,如電阻應變片壓力感測器、半導體應變片壓力感測器、壓阻式壓力感測器、電感式壓力感測器、電容式壓力感測器、諧振式壓力感測器及電容式加速度感測器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力感測器,它具有極低的**和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類感測器。

在了解壓阻式力感測器時,我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電訊號的敏感器件。它是壓阻式應變感測器的主要組成部分之一。

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,使應變片的阻值發生改變,從而使加在電阻上的電壓發生變化。

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,並通過後續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)顯示或執行機構。

金屬電阻應變片的內部結構

電阻應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途,電阻應變片的阻值可以由設計者設計,但電阻的取值範圍應注意:阻值太小,所需的驅動電流太大,同時應變片的發熱致使本身的溫度過高,不同的環境中使用,使應變片的阻值變化太大,輸出零點漂移明顯,調零電路過於複雜。

而電阻太大,阻抗太高,抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

電阻應變片的工作原理

金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象,俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示:

式中:ρ——金屬導體的電阻率(ω·cm2/m)

s——導體的截面積(cm2)

l——導體的長度(m)

我們以金屬絲應變電阻為例,當金屬絲受外力作用時,其長度和截面積都會發生變化,從上式中可很容易看出,其電阻值即會發生改變,假如金屬絲受外力作用而伸長時,其長度增加,而截面積減少,電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時,長度減小而截面增加,電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓),即可獲得應變金屬絲的應變情

2、陶瓷壓力感測器原理及應用

抗腐蝕的陶瓷壓力感測器沒有液體的傳遞,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,連線成乙個惠斯通電橋(閉橋),由於壓敏電阻的壓阻效應,使電橋產生乙個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓訊號,標準的訊號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.

3 mv/v等,可以和應變式感測器相相容。通過雷射標定,感測器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性,感測器自帶溫度補償0~70℃,並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、抗衝擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度範圍高達-40~135℃,而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度》2kv,輸出訊號強,長期穩定性好。

高特性,低**的陶瓷感測器將是壓力感測器的發展方向,在歐美國家有全面替代其它型別感測器的趨勢,在中國也越來越多的使用者使用陶瓷感測器替代擴散矽壓力感測器.

3、擴散矽壓力感測器原理及應用

工作原理

被測介質的壓力直接作用於感測器的膜片上(不鏽鋼或陶瓷),使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使感測器的電阻值發生變化,和用電子線路檢測這一變化,並轉換輸出乙個對應於這一壓力的標準測量訊號。

4、藍寶石壓力感測器原理與應用

利用應變電阻式工作原理,採用矽-藍寶石作為半導體敏感元件,具有無與倫比的計量特性。

藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會發生滯後、疲勞和蠕變現象;藍寶石比矽要堅固,硬度更高,不怕形變;藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性(1000 oc以內),因此,利用矽-藍寶石製造的半導體敏感元件,對溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍寶石的抗輻射特性極強;另外,矽-藍寶石半導體敏感元件,無p-n漂移,因此,從根本上簡化了製造工藝,提高了重複性,確保了高成品率。

用矽-藍寶石半導體敏感元件製造的壓力感測器和變送器,可在最惡劣的工作條件下正常工作,並且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、價效比高。

表壓壓力感測器和變送器由雙膜片構成:鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片,被焊接在鈦合金測量膜片上。

被測壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連線在一起)。在壓力的作用下,鈦合金接收膜片產生形變,該形變被矽-藍寶石敏感元件感知後,其電橋輸出會發生變化,變化的幅度與被測壓力成正比。

感測器的電路能夠保證應變電橋電路的供電,並將應變電橋的失衡訊號轉換為統一的電訊號輸出(0-5,4-20ma或0-5v)。在絕壓壓力感測器和變送器中,藍寶石薄片,與陶瓷基極玻璃焊料連線在一起,起到了彈性元件的作用,將被測壓力轉換為應變片形變,從而達到壓力測量的目的.

5、壓電壓力感測器原理與應用

壓電感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化矽)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發現的,在一定的溫度範圍之內,壓電性質一直存在,但溫度超過這個範圍之後,壓電性質完全消失(這個高溫就是所謂的「居里點」)。由於隨著應力的變化電場變化微小(也就說壓電係數比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。

而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電係數,但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體,能夠承受高溫和相當高的濕度,所以已經得到了廣泛的應用。

現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、pzt、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應是壓電感測器的主要工作原理,壓電感測器不能用於靜態測量,因為經過外力作用後的電荷,只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到儲存。實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。 壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。

壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和衝擊測量中已經得到了廣泛的應用,特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。

壓電式感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業,例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。

壓電式感測器也廣泛應用在生物醫學測量中,比如說心室導管式微。

pressure datum壓力感測器壓力型別

pressure range 壓力範圍

gauge pressure 表壓

absolute pressure 絕壓

proof pressure 耐壓

fatigue life 疲勞壽命

full scale 滿量程

accuracy壓力變送器精度

long term drift 長期偏移

thermal error 溫度誤差

***pensated temperatures 補償溫度

operating temperatures 工作溫度

zero tolerance 零點允差

span tolerance 量程允差

pressure port壓力感測器壓力埠

electrical connection 電氣連線

enclosure 外殼

vibration 振動

acceleration 加速度

shock 衝擊

sensitivity 壓力感測器靈敏度

output 輸出

supply voltage 供電電壓

millivolt output 毫伏輸出

voltage output 電壓輸出

bridge resistance電橋電阻

min. load resistance 最小負載電阻

current consumption 電流消耗

max. loop resistance 最大迴路電阻

current output 電流輸出

壓力感測器的用語解釋

壓力是工業生產中的重要引數之一,為了保證生產正常執行,必須對壓力進行監測和控制。下面是壓力感測器選型時常用的用語:

標準壓:以大氣壓為標準表示的壓力大小,大於大氣壓的叫正壓;小於大氣壓的叫負壓。

絕對壓:以絕對真空為標準表示的壓力大小。

相對壓:對比較物件(標準壓)而言的壓力大小。

大氣壓:指大氣壓力。標準大氣壓(1atm)相當於高度為760mm水銀柱的壓力。

真空:指低於大氣壓的壓力狀態。1torr=1/760氣壓(atm)。

檢測壓力範圍:指感測器的適應壓力範圍。

可承受壓力:當恢復到檢測壓力時,其效能不下降的可承受壓力。

往返精度(on/off輸出):當一定溫度(23°c)下,當增加、減少壓力時、用檢測壓力的全標度值去除輸出進行反轉的壓力值而得到的動作點的壓力變動值。

精度:在一定溫度(23°c)下,當加零壓力和額定壓力時,用全標度值去除偏離輸出電流規定值(4ma、20ma)的值而得到的值。單位用%fs表示。

線性:模擬輸出對檢測壓力呈線性變化,但與理想直線相比有偏差。用對全標度值來說百分數來表示這種偏差的值叫線性。

磁滯(線性):用零電壓和額定電壓在輸出電流(或電壓)值間畫出理想直線,把電流(或電壓)值與理想電流(或電壓)值之差作為誤差求出來,再求出壓力上公升時和下降時的誤差值。用全標度的電流(或電壓)值去除上述差的絕對值的最大值所得的值即為磁滯。

單位用%fs表示。

磁滯(on/off輸出):用壓力的全標度值去除輸出on點壓力與off點壓力之差所得的值既是磁滯。

壓力變送器的工作原理與所使用的材質區別

1、壓力變送器變送器

在了解壓阻式壓力變送器時,我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電訊號的敏感器件。它是壓阻式

應變變送器的主要組成部分之一。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,使應變片的阻值發生改變,從而使加在電阻上的電壓發生變化。

2、陶瓷壓力變送器

原理抗腐蝕的壓力變送器沒有液體的傳遞,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,連線成乙個惠斯通電橋(閉橋),由於壓敏電阻的壓阻效應,使電橋產生乙個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓訊號,標準的訊號根據壓力量程的不同標定

為2.0 / 3.0 / 3.

3 mv/v等,可以和應變式感測器相相容。通過雷射標定,感測器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性,感測器自帶溫度補償0~70℃,並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、抗衝擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度範圍高達-40~135℃,而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度》2kv,輸出訊號強,長期穩定性好。

高特性,低**的陶瓷感測器將是壓力變送器的發展方向。

3、擴散矽壓力變送器

被測介質的壓力直接作用於感測器的膜片上(不鏽鋼或陶瓷),使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使感測器的電阻值發生變化,和用電子線路檢測這一變化,並轉換輸出乙個對應於這一壓力的標準測量訊號。

4、壓電壓力變送器感測器

壓電感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化矽)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發現的,在一定的溫度範圍之內,壓電性質一直存在,但溫度超過這個範圍之後,壓電性質完全消失(這個高溫就是所謂的「居里點」)。由於隨著應力的變化電場變化微

小(也就說壓電係數比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電係數,但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體,能夠承受高溫和相當高的濕度,所以已經得到了廣泛的應用。

現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的

壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、pzt、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓力感測器和壓力變送器的區別

壓力定義,壓力感測器和壓力變送器的區別 壓力 流體介質垂直作用於單位面積上的力稱為 壓強 在工程技術上一般稱它為 壓力 其法定計算單位為帕,符號為pa。絕對壓力 以絕對真空 零壓 為基準來表示的壓力pa。表壓力 以實際大氣壓為基準來表示的壓力pg。差壓力 相關兩處的壓力差值pd。密封壓 以標準大氣壓...

選擇高溫熔體壓力感測器壓力變送器的常識

1 感測器測量的是何種壓力?孝感市感測器電子 151 答 您首先要考慮的是您的系統的最大壓力。一般您需要的壓力感測器壓力範圍最大值應該達到您系統最大壓力值的1.5倍。我們建議的這些額外的壓力範圍是由於許多的系統,特別是水壓和過程控制,有壓力尖峰或者連續的脈衝。這些尖峰可能會達到 最大 壓力的五倍甚至...

壓力感測器小知識

壓力感測器是感受壓力並轉換為與壓力成一定關係的電訊號輸出的感測器。壓力感測器是壓力檢測系統中的重要組成部分,其電訊號輸出可給顯示儀表顯示壓力值,或供控制和報警使用。壓力變送器則是一種將壓力變數轉換為可傳送的標準化輸出訊號的計量器具,而且其輸出訊號與壓力變數之間有一給定的連續函式關係 通常為線性函式 ...