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關(guān)於壓力變送器工作原理介紹

點擊次數:2387 發布時間:2021-02-07 07:10:35
壓力變(biàn)送器是工業實(shí)踐中*為常用的一種傳(chuán)感(gǎn)器,其廣泛(fàn)應用於各種工業自控環境,涉(shè)及水利水電、鐵路交通、智能建(jiàn)築、生產自控、航空航天(tiān)、軍工、石(shí)化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè),下麵就(jiù)簡單介紹一些常用壓力變送器的(de)原理及其應用(yòng)。
 
1、應(yīng)變片壓力變送器原理與應用
力學(xué)傳感器的種類繁多,如(rú)電阻應變片壓力變送器、半導體應變片壓力變送器(qì)、壓阻式壓力(lì)變送器(qì)、電感式壓力變送器、電容(róng)式壓力變送器、諧振式壓力變送器及電容式加速度傳感器等。但應用*為廣泛的是壓阻式壓力變送器,它具有*低的價格和較高的精度以(yǐ)及較(jiào)好的線性特性。下麵我們主要介紹這類傳感器。在(zài)了解壓阻式(shì)壓力變送器時,我們(men)*先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片(piàn)是(shì)一種將被(bèi)測件上的應變變化轉換(huàn)成為一(yī)種電信號的敏感器件。它是壓(yā)阻式應變變(biàn)送器的主要組(zǔ)成部(bù)分之一(yī)。電阻應(yīng)變片應用(yòng)*多的是金屬(shǔ)電阻應變片和半導體(tǐ)應變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片(piàn)又有(yǒu)絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通(tōng)常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合(hé)在產生力(lì)學應變基(jī)體上,當基體受力發生應力變化時(shí),電阻應變片也一起產生形(xíng)變(biàn),使應變片的阻值發(fā)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(shòu)力時產生的阻值變化通常較(jiào)小,一般(bān)這都組成應變(biàn)電橋,並通過(guò)後續的儀(yí)表(biǎo)放大器進行放大(dà),再傳輸給(gěi)處理電路(lù)(通常是A/D轉換和CPU)顯示或執行機構。
金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上(shàng)應變電阻隨機械形變而產生(shēng)阻值(zhí)變(biàn)化的現象,俗稱為電阻應變效應。金(jīn)屬導體的(de)電阻值可用下式表示:式中:ρ——金屬(shǔ)導體的電阻率(?·cm2/m)S——導體的截麵積(cm2)L——導體(tǐ)的長度(m)我們(men)以金屬絲應變電(diàn)阻為(wéi)例,當金屬絲(sī)受外力作用時,其長度和截麵積都會發生變化,從(cóng)上式中可很容易看出(chū),其電(diàn)阻值即會(huì)發生改變,假如金屬絲受外(wài)力(lì)作用而伸長時,其(qí)長度增加,而截麵積減少,電(diàn)阻值便會增(zēng)大(dà)。當金屬絲(sī)受外(wài)力作用而壓縮時,長(zhǎng)度減小而截麵增加,電阻值則會減小。隻要測出加在電阻的變化(通常是(shì)測量電阻兩端的電壓),即可獲得應變(biàn)金(jīn)屬(shǔ)絲的應變情
 
2、陶瓷壓力變送器原(yuán)理及應用
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(piàn)的前表(biǎo)麵,使膜片產生微小的形變,厚膜電阻(zǔ)印刷在陶瓷膜片的背麵,連(lián)接成一個惠斯通電(diàn)橋(閉橋),由(yóu)於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(dù)線性、與激勵電壓也成正比的電壓(yā)信號,標準的信號根據壓力量程的不同標定(dìng)為2.0/3.0/3.3mV/V等(děng),可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定,傳感器(qì)具有很高的溫(wēn)度穩定性和時間穩定性,傳感器自帶溫度補償0~70℃,並可以和絕大多數介質直接接觸。陶瓷(cí)是(shì)一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗衝擊和振動的材料。陶(táo)瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可(kě)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(jué)緣程度>2kV,輸出信號(hào)強,長期穩定性好。高特性(xìng),低價格的(de)陶瓷傳感器將是壓力變送器的發(fā)展方向,在歐美**有全麵替代其它類型傳感器(qì)的趨勢,在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散矽壓力變送器。
 
3、擴散矽(guī)壓力變送器原理及應用
工作原(yuán)理被測介質的壓力直接作用於傳感器的膜片上(不鏽鋼(gāng)或陶(táo)瓷),使膜片產生與介質壓力成正比的微位移(yí),使傳感器的電阻值發生變(biàn)化(huà),和用(yòng)電子線路檢測這一(yī)變化,並轉換輸出一個對應於這一壓力的標準測量信號。
 
4、藍寶石壓力變送器原理與應用
利用(yòng)應變電(diàn)阻式工作原理,采用矽-藍寶(bǎo)石作為半導體敏感元件,具有無與倫比的計量特性。藍寶石係由單晶體絕緣體元(yuán)素組成,不會發生滯後、疲勞和蠕變現象;藍寶石比矽要(yào)堅固,硬度更高,不怕形(xíng)變;藍寶石有著非(fēi)常好的彈性和絕緣特性(1000OC以內),因(yīn)此,利用矽-藍(lán)寶石製造的半(bàn)導體敏(mǐn)感元件(jiàn),對溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好(hǎo)的工作特性;藍寶石的抗輻(fú)射(shè)特性*強(qiáng);另外,矽-藍寶石半(bàn)導體敏(mǐn)感(gǎn)元件,無(wú)p-n漂移,因此,從根本上簡化了製造工藝,提高了重複性,確(què)保了高成品率。用矽-藍寶石(shí)半導體敏感元件製造的壓力傳(chuán)感器和變送器,可在*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*小(xiǎo)、性價比高。表壓壓力傳感器和壓力變送器由雙膜片構成:鈦合金測量膜片(piàn)和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍寶石薄片,被焊接在鈦(tài)合金測量膜片上(shàng)。被測壓力傳送到接(jiē)收膜片上(接收膜(mó)片與測量膜片之間用拉杆堅固的連接在一(yī)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(qiáo)輸出會發生變化,變化的幅度與被測壓力成正比。傳感器的電路能夠(gòu)保(bǎo)證應變電橋電路的(de)供電,並將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出(0-5,4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和壓力(lì)變送器中,藍寶石薄片,與陶瓷基(jī)*玻(bō)璃焊料連接在一起,起到了彈性(xìng)元件的作(zuò)用,將被測壓(yā)力(lì)轉換(huàn)為應變(biàn)片形(xíng)變,從而達到壓力測(cè)量的(de)目的。
 
5、壓電壓力傳感器(qì)原理與(yǔ)應(yīng)用
壓電傳感(gǎn)器中主要使用的(de)壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸(suān)二氫胺。其中石英(二氧化(huà)矽)是一(yī)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(wēn)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(wèi)的“居裏點”)。由(yóu)於隨(suí)著應力的變化(huà)電場變化(huà)微小(也就(jiù)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(jù)有很大的壓電靈(líng)敏度和壓電係數,但是它隻能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺(àn)屬於人造晶體,能夠(gòu)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(xiào)應也應用在多晶體上,比如現在的壓電(diàn)陶瓷,包(bāo)括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽係壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不(bú)能用於靜態測量(liàng),因為經過外力作用後的(de)電荷,隻有在回路具有無限大的輸入(rù)阻抗時才得到保存(cún)。實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器隻能夠測(cè)量動(dòng)態的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量(liàng)中。
壓電式加速度傳感(gǎn)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(yòng)壽命長等(děng)優異的特點(diǎn)。壓(yā)電式(shì)加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋(qiáo)梁和建築的振動和衝擊測量中已經得到了廣泛的應用(yòng),特別是航空和宇航領域中(zhōng)更有它的特殊地(dì)位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃(rán)燒壓力的測(cè)量與真空度的測量。也可以用於軍事工(gōng)業,例如用(yòng)它來測量槍炮在膛中(zhōng)擊發的(de)一(yī)瞬間的膛壓的(de)變化和炮口的衝擊(jī)波壓力。它既可以用來測(cè)量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學(xué)測(cè)量(liàng)中,比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感(gǎn)器(qì)製(zhì)成的,因為測(cè)量動態壓力是如此(cǐ)普(pǔ)遍,所以壓電傳感器(qì)的應用就非常廣泛。

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