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壓力傳感器選型及應用

來源:上海泓楸控制技術有限公司    2009年09月28日 15:06  

壓力傳感器主要用于檢測流體或固體的壓力,并能進行信號遠傳。它是工業實踐中zui為常用的一種傳感器。常常作為自動化控制的前端元件,廣泛運用于各種工業自控環境,包括石油化工、造紙、水處理、電力、船舶、機床和公用設備等行業。

壓力傳感器分類:
壓阻式壓力傳感器
當壓敏電阻受壓后產生電阻變化,通過放大器放大并采用標準壓力標定,即可進行壓力檢測。壓阻式壓力傳感器的性能主要取決于壓敏元件(取出壓敏電阻)、放大電路,以及生產中的標定和老化工藝。
應變片:在目前的壓力傳感器封裝工藝中,通??梢詫鹤枋矫舾行倔w做得體積小巧,靈敏度高,而且穩定性能好,并將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應變材料(通常不銹鋼)結合在一起,就能確保壓阻式壓力傳感器過載能力強和搞沖擊壓力強。適合測量高量程范圍的壓力變化,尤其在1MPa以上時,線性很好,精度也很高,并適合測量與應變材料兼容的各類材料。
陶瓷壓阻:在結構上將壓敏電阻以惠斯通電橋形式與陶瓷燒結在一起。其過載能力較應變片類低一點,但靈敏度較高,適合測量50KPa以上的高量程范圍,而且耐腐蝕,溫度范圍也廣??垢g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,使膜片產生微小的型變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋,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電壓信號,可與應變式傳感器相兼容。陶瓷是一種*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溫度范圍高達-40--+135,而且具有高精度、高穩定性。電氣絕緣程度大于2KV,輸出信號強,長期穩定性好。
擴散硅:采用在硅片上注入粒子形成惠司通電橋形式的壓敏電阻。被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上,使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,哈聽電阻值發生變化,和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。因此擴散硅傳感器靈敏度和精度zui高,適合測量1KPA到40MPA的壓力范圍。一般情況下,擴散硅傳感器分為帶隔離膜拜和非隔離膜兩種,非隔離膜只能測量干凈的,隔離膜片為軟性膜片和剛性膜片,適合測量各種性質的介質。

壓電式壓力傳感器
工作原理:壓電式傳感器是利用某些晶體的極化效應,即當晶體沿著一定方向力作用發生變形時,就產生了極化效應;;當機械力撤掉之后,雙會重新回到不帶電的狀態,也就是物時候,某些晶體可能產生出電的效應。壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英(天然晶體)、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫胺(人造晶體)、鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷。

特殊效用:
壓電壓力傳感器主要應用研究在壓力和力等的測量中,比如在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到廣泛的應用。特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電傳感器可可以用來測量發動機內部壓力的測量與真空度的測量。總之,它既可以測量大的壓力,也要以用來測量微小的壓力。
壓電式壓力傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中,比如說心室管式微音器就是由壓電壓力傳感器制成的,因為測量動態壓力是如此普遍,所以壓電壓力傳感器的應用就非常廣泛。

壓力傳感器的選型步驟:
通常,壓力傳感器在使用中按照以下5個進行:
? 熟悉測量壓力類型:確定系統中壓力的zui大值,一般而言,選擇一個具有比zui大值大1.5倍左右的壓力量程的變送器。
? 了解壓力介質類型:簽發液體會堵上壓力接口,溶劑或有腐蝕性的物質基礎會不會破壞傳感器中與這些介質直接接觸的材料。以上因素決定是否選擇直接的隔離膜拜及直接與接觸的材料,比如在擴散硅壓力傳感器選擇注意隔離膜片。
? 確定溫度范圍:通常壓力傳感器會標定兩個溫度范圍,取出正常操作的溫度范圍和溫度可襝的范圍。正常操作溫度范圍是指壓力傳感器在工作狀態下不被破壞時候的溫度范圍,在超出溫度補償范圍時,可能會達不到其應用研究的性能指標。溫度補償范圍是一個比操作溫度范圍小的典型范圍。
? 掌握精度:決定精度的有非線性、遲滯、非重復性、零點偏置刻度、溫度等。
? 弄清輸出信號:壓力傳感器有MV、V、MA及幾數字輸出等多種類型,選擇怎樣的輸出取決于多種因素,包括壓力傳感器與系統控制器或顯示器間的距離,是否存在電氣噪聲或其他干擾信號。
對于許多壓力傳感器和控制器間距較短的OEM設備,采用輸出的壓力傳感器是zui為經濟而有效的解決方法。如果需要將信號放大,采用具有內放大的變送器。對于遠距離傳輸或存在較強的電子干擾信號,采用級輸出或頻率輸出。
 

 

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