四種壓力感測器的基本工作原理及特點

2021-03-03 22:43:09 字數 2772 閱讀 7528

一:電阻應變式感測器

1 1電阻應變式感測器定義

被測的動態壓力作用在彈性敏感元件上,使它產生變形,在其變形的部位貼上有電阻應變片,電阻應變片感受動態壓力的變化,按這種原理設計的感測器稱為電阻應變式壓力感測器。

1.2 電阻應變式感測器的工作原理

電阻應變式感測器所貼上的金屬電阻應變片主要有絲式應變片與箔式應變片。

箔式應變片是以厚度為0.002——0.008mm的金屬箔片作為敏感柵材料,,箔柵寬度為0.

003——0.008mm。絲式應變片是由一根具有高電阻係數的電阻絲(直徑0.015--0.05mm),平行地排成柵形(一般2——40條),電阻值60——200 ,通常為120 ,牢貼在薄紙片上,電阻紙兩端焊有引出線,表面覆一層薄紙,即製成了紙基的電阻絲式應變片。

測量時,用特製的膠水將金屬電阻應變片貼上於待測的彈性敏感元件表面上,彈性敏感元件隨著動態壓力而產生變形時,電阻片也跟隨變形。如下圖所示。b為柵寬,l為基長。

材料的電阻變化率由下式決定:

1)式中;

由材料力學知識得;

2) 式中k對於確定購金屬材料在一定的範圍內為一常數,將微分dr、dl改寫成增量δr、δl,可得

3)由式(2)可知,當彈性敏感元件受到動態壓力作用後隨之產生相應的變形ε,而形應變值可由絲式應變片或箔式應變片測出,從而得到了δr的變化,也就得到了動態壓力的變化,基於這種應變效應的原理實現了動態壓力的測量。

1.3電阻應變式感測器的分類及特點

測低壓用的膜片式壓力感測器

常用的電阻應變式壓力感測器包括測中壓用的膜片——應變筒式壓力感測器

測高壓用的應變筒式壓力感測器

1.3.1膜片——應變筒式壓力感測器的特點

該感測器的特點是具有較高的強度和抗衝擊穩定性,具有優良的靜態特性、動態特性和較高的自震頻率,可達30khz以上,測量的上限壓力可達到9.6mpa。適於測量高頻脈動壓力,又加上強制水冷卻。

也適於高溫下的動態壓力測量,如火箭發動機的壓力測量,內燃機、壓氣機等的壓力測量。

1.3.2 膜片式應變壓力傳鹹器的特點

a 這種膜片式應變壓力感測器不宜測量較大的壓力,當變形大時,非線性較大。但小壓力測量中由於變形很小,非線性誤差可小於0.5%,同時又有較高的靈敏度,因此在衝擊波的測量中,國內外都用過這種膜片式壓力感測器。

b 這種感測器與膜片—應變筒式壓力感測器相比,自振頻率較低,因此在低壓高頻測量中,應嚴防衝擊壓力頻率與膜片自頓頻率相接近,否則臺帶來嚴重的波形與壓力值的失真與偏低。

二 :壓阻式壓力感測器

2.1壓阻式壓力感測器的工作原理

壓阻式壓力感測器是由平面應變感測器發展起來的一種新型壓力感測器。它以矽片作為彈性敏感元件,任該膜片上用積體電路擴散工藝製成四個等值導體電阻,組成惠斯登電矯,當膜片受力後、由於半導體的壓阻效應.電阻值發生變化,使電橋輸出而測得壓力的變化,利用這種方法製成的壓力感測器叫壓阻式壓力感測器.

相似於電阻應變式感測器

金屬電阻應變片的靈敏度係數主要利用的應變效應,而半導體應變片主要利用電阻率的變化,這就是壓阻式壓力感測器的基本原理,它是利用壓阻效應的結果。

2.2壓阻式壓力感測器的特點

結構簡單、可微型化。

壓阻式壓力感測器的優點可測高頻

靈感度高

精度高 受溫度影響大

壓阻式壓力感測器的缺點量程小

不耐腐蝕

工藝複雜

三:壓電式壓力感測器

壓電式壓力感測器是利用壓電材料的壓電效應,將壓力轉換為相應的電訊號。經放大器、記錄器而得到欲測的動態壓力引數。

3.1壓電式壓力感測器的工作原理

由於壓電感測器受到力時,其表面聚集著數量相等而極性相反的電荷q,而晶體片本身又是絕緣體,很顯然這樣的晶體片就構成了電容器,若極扳間電容為co時,在兩極板間呈現的電壓為:

因此壓電感測器可以等效為乙個電壓源和乙個串聯電容表示的等效電路或把壓電感測器等效—個電荷源與乙個電容co併聯的電荷等效電路。

壓電作感器的前置放大器可分兩類,即高輸入阻抗電壓放大器,其輸出電壓與輸入電壓成正比,這種電壓前置放大器一般也稱為阻抗變換器;另一種是電荷放大器,其輸出電壓與輸入電荷成比例。

a電壓放大器的工作原理

由於電壓放大器具將高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點,因此壓電感測器經過電壓故大器後就變為低阻抗輸出了,這就可以用光線示波器或普通儀器進行記錄。

b 電荷放大器的工作原理

電荷放大器能將高內阻的電荷轉換為低內阻電壓輸出,且輸出電壓正比輸入電荷,因此電荷放大器同樣起著阻抗變換的作用。它實際上是乙個具有深度電容負反饋的高增益運算放大器。

3.2壓電式壓力感測器的特點主要有

自震頻率高

能適應惡劣環境(如花炮衝擊波壓力)

低頻效能差

溫度效應敏感

使用及維修使用比較苛刻

四:電感式壓力感測器

4.1電感式壓力感測器的工作原理

這種感測器是將壓力的變化量轉換為對應的電感變化量輸入給放大器

和記錄器。如下圖所示。

電感感測器的工作原理圖

1—鐵芯 2—銜鐵 3—膜盒 p—作用壓力

鐵芯1和銜鐵2均由導磁性材料矽鋼片或坡莫合金製成。銜鐵和鐵芯之間有空隙,在壓力作用下,銜鐵隨膜盒3上下運動,磁路中的氣隙隨之改變,使線圈的磁阻發生變化,從而引起線圈電感的變化。線圈中的電感等於單位電流所產生的磁鏈。

電感量上式為電感壓力感測器的基本特性公式,它表示由於壓力p的變化引起膜片銜鐵氣隙的變化,使得磁路中線圈電感也有相應的變化,而測出電感量的變化,就能得到壓力的大小。

4.2電感式壓力感測器的特點

a壓力變換器的線性有了很大的改善,可擴大到起始間隙的0.3——0.4倍。

b橋壓越高,起始氣隙越小及初始電磁引數越高,靈敏度就越高。

壓力感測器工作原理

壓力感測器是工業實踐 儀器儀表控制中最為常用的一種感測器,並廣泛應用於各種工業自控環境,涉及水利水電 鐵路交通 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。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...

壓力感測器的工作原理

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...

壓力感測器的原理簡介

壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器,而我們通常使用的壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的,這樣的感測器也稱為壓電感測器。我們知道,晶體是各向異性的,非晶體是各向同性的。某些晶體介質,當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時,就產生了極化效應 當機械力撤掉之後,又會重新回到不帶電的狀態,也就是...