自动控制技术的发展促进了工业设备的更新。除液柱压力计.弹性压力表之外,在工业设备中,除能把压力转变为电信号的压力变送器和传感器外,还多用于工作。那些压力变送器和传感器是怎么把压力信号转化成电信号的呢?今日小编就为您总结出目前几种最常见的压力传感器的测量原理,一起来体验一下吧!
1.压电式压力传感器。
根据压电效应(Piezoelectriceffect),用电子元件或其它机械装置将被测压力转换成电量,再用来做有关测量工作的精密仪器。压电式传感器只能用于动态测量。压电材料主要有:磷酸二氢胺、酒石钾、石英。随著科技的发展,压电效应已应用于多晶体。压电陶瓷、铌镁酸压电陶瓷、铌酸钡压电陶瓷、铌酸钡压电陶瓷等。
传感器的工作原理是压电效应,主要有机电式和自发式两种。其敏感元件是由压电材料制成。压电体在外力作用下,表面会形成电荷,电荷通过电荷放大器.测量电路的放大和阻抗变换后,将测量电路转换为电能输出,与外力成正比关系。这是测量能转化成力的非电物理量的量力,例如:加速度和压力。
优势在于:重量较轻.工作可靠.结构简单.高信噪比.灵敏度高,信号频率宽等。
不利之处:部分电压材料忌湿,因此需要采取一系列防潮措施;而输出电流反应较差,则需采用电荷放大器或高输入阻抗电路来弥补这一不足。
2.压阻式压力传感器。
压阻效应用于描述材料受机械应力作用时产生的电阻变化。与压电效应不同的是,压阻效应仅产生阻抗变化,且不产生电荷。发现大部分金属和半导体材料都有压阻效应。在当今集成电路中,硅是最主要的材料,因此,用硅来制造压阻元件具有十分重要的意义。电阻值的变化并不只是由几何变形引起的,它还来自于材料本身与应力有关的电阻,它使电阻比金属大几百倍。
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压阻式压力传感器通常是通过引线连接到惠斯登电桥。在正常情况下,敏芯不会有外压作用,电桥处于平衡状态(称为零位),当传感器受压时,电桥会失去平衡。如果在电桥上加入恒定电流或电压电源,电桥就会输出相应于压力的电压信号,使传感器的电阻变化由电桥转化为压力信号。通过对电桥进行非线性校正,使电阻值发生变化,再经放大,然后转换为电压电流信号,并由非线性校正回路进行补偿,得到4~20mA标准输出信号。
为了减少温度变化对核心电阻值的影响,提高测量精度,压力传感器均采用温度补偿措施,使其零位漂移、灵敏度、线性、稳定性等技术指标保持较高水平。
3.电容压力传感器。
以电容为敏感元件,将测压转化为变容值的压力传感器。这类压力传感器一般是用圆形金属膜或镀金属薄膜作电极,当薄膜受压变形时,薄膜与固定电极间所形成的电容量发生变化,并通过测量电路输出与电压成一定关系的电信号。电容器式压力传感器是一种变距式电容传感器,它可以分为单容式和差动式两种。
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采用圆圈薄膜和固定电极构成单电容式压力传感器。电容器在压力作用下变形,并因此改变容量,电容器的感受力与膜的面积和压强成正比,而随膜张力和膜对固定电极的距离呈反比。另外一种类型的固定电极是一种凹球面,其周围是固定的张紧平面,膜片可以采用塑料镀金属层的方法制作。本型号适用于低电压测量,具有高过负荷能力。也可使用带活塞动极性隔膜构成的单电容式高压传感器。这一类型可以减少膜片的直接压力面积,从而通过更薄的膜片来提高灵敏度。并将其与各种补偿、保护部分及放大电路集成在一起,以增强抗干扰能力。该传感器适合于测量动态高电压和飞行器的遥测。单容式压力传感器有传声器型(即话筒型)和听诊器型等。
该压膜片电极位于两个固定电极之间,由两个电容器组成,它由差动电容传感器组成。通过差动电路输出一种电容,当负载增加时,另一种电容减小,通过差压输出。其固定电极是在凹凸玻璃表面镀一层金属制成。过负荷时,隔膜受凹陷保护,不会破裂。差变容式压力传感器的灵敏度高于单一电容式灵敏度,线性度好,但加工难度大(尤其是对称性很难保证),且不能隔离被测气体或液体,所以不宜工作在腐蚀性或杂质流体中。
带你了解压力传感器