2022年压力传感器原理.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1 概述 2 工作原理1. 2.1 电阻应变片 2. 2.2 陶瓷型3 选型要点 4 常见故障 5 四个无法防止的误差 6 抗干扰措施 7 八大进展趋势将压力转换为电信号输出的传感器；通常把压力测量外表中的电测式外表称为压力传感器；压力传感器一般由弹性敏锐元件和位移敏锐元件 使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变,（或应变计） 组成； 弹性敏锐元件的作用是 然后由位移敏锐元件或应变计转换为与压力成肯定关系的电信号；有时把这两种元件的功能集于一体；压力传感器广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天

2、、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业；压力传感器 - 概述力学传感器的种类繁多,但常用的压力 传感器 有电阻 应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器,光纤压力传感器等；应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性；压力传感器是使用最为广泛的一种传感器；传统的压力传感器以机械结构型的器件为主,以弹性元件的形变指示压力,但这种结构尺寸大、质量轻,不能供应电学输出；随着半导体技术的进展,半导体压力传感器也应运而生；其特点是体积小、质量轻、精确度高、温度特性

3、好；特殊是随着 MEMS技术的进展,半导体传感器向着微型化进展,而且其功耗小、牢靠性高；压力传感器 - 工作原理压阻式应变压力传感器的主要由电阻应变片依据电阻应变片惠斯通 电桥原理组成；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一种将被测件上的应变变化转换成为一种 电信号 的敏锐器件； 它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一；电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和 半导体 应变电阻应变片内部结构片两种； 金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种；通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力

4、发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生转变,从而使加在 电阻 上的 电压 发生变化； 这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的外表放大器进行放大,再传输给 处理电路 （通常是金属电阻应变片的内部结构A/D 转换和 CPU）显示或执行机构；如下列图, 是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、 金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成；依据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范畴应留意：阻值太小, 所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用, 使应变片的阻值变化太大,输出

5、零点漂移 明显,调零电路 过于复杂；而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰才能较差；一般均为几十欧至几十千欧左右；惠斯通原理名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 惠斯通电桥电路原理惠斯通电桥是采纳比较法的思想对未知电阻进行测量的；测量时挑选肯定的比例臂数值（R1/R2）并将电桥量的调整平稳,就可以将待测电阻（Rx）与标准电阻（ R0）进行比较,从而确定待测电阻的阻值；抗腐蚀的 陶瓷 压力传感器没有 液体 的传递, 压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面, 连接成一个惠斯通电桥

6、闭桥 ,由于 压敏电阻 的压阻效应 ,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与鼓励电压也成正比的电压信号,标准的信号依据压力气程的不同标定为 2.0/3.0/3.3mV/V 等,可以和应变式传感器相兼容；通过 激光 标定, 传感器具有很高的温度稳固性和时间稳固性,传感器自带温度补偿 070,并可以和绝大多数介质直接接触；陶瓷型瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料；陶瓷的热稳固特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范畴高达-40 135,而且具有测量的高精度、高稳固性； 电气绝缘程度 2kV,输出信号强, 长期稳固性好；高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的进展方向, 在欧

7、美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器；被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷） ,使膜片产生与介质压力成正比的微位移, 使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 蓝宝石型压力传感器利用应变电阻式工作原理,采纳硅 - 蓝宝石 作为半导体敏锐元件, 具有无与伦比的计量特性；蓝宝石系由 单晶体 绝缘体元素组成,不会发生滞后、疲惫和蠕变 现象；蓝宝石比硅 要牢固,硬度

8、更高,不怕形变；蓝宝石有着特别好的弹性和绝缘特性（1000OC以内）,因此,利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏锐元件,对温度变化不敏锐,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外,硅- 蓝宝石半导体敏锐元件,无 p-n 漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率；用硅- 蓝宝石半导体敏锐元件制造的压力传感器和 变送器 ,可在最恶劣的工作条件下正常工作,并且牢靠性高、 精度好、温度误差微小、性价比高；表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和 钛合金接收膜片； 印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金测量膜片上；被测压力传

9、送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆牢固的连接在一起）；在压力的作用下,钛合金接收膜片产生形变,该形变被硅- 蓝宝石敏锐元件感知后,其电桥输出会发生变化,变化的幅度 与被测压力成正比；传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号 输出（ 0-5 ,4-20mA 或 0-5V）；在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起,起到了弹性元件的作用,将被测压力转换为应变片形变,从而达到压力测量的目的；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压电薄膜传感器压电效应

10、是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,由于经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到储存；压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠 和磷酸二氢胺 ；其中 石英（二氧化硅）是一种自然晶体,压电效应 就是在这种晶体中发觉的, 在肯定的温度范畴之内,压电性质始终存在,但温度超过这个范畴之后,压电性质完全消逝（这个高温就是所谓的“ 居里点” ）；由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数 比较低） ,所以石英逐步被其他的压电晶体所替代；而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温顺湿度比较低的环境下才能够应用；磷酸二氢胺属于人造晶体,

11、 能够承担高温顺相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用；现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括 铌镁酸铅 压电陶瓷等等；钛酸钡 压电陶瓷、 PZT、铌酸盐 系压电陶瓷、压电传感器主要应用在加速度 、压力和力等的测量中；压电式加速度传感器是一种常用的加速度计；它具有结构简洁、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点；压电式加速度传感器在飞机、 汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特殊是航空和宇航领域中更有它的特殊位置；压电式传感器也可以用来测量 发动机 内部燃烧压力的测量与真空度的测量；也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮 子弹 在膛中击发的一瞬时的膛压

12、的变化和炮口的冲击波压力；它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力；压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说 心室导管 式微音器 就是由压电传感器制成的,由于测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就特别广泛；压力传感器 - 选型要点名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 陶瓷型压力传感器在挑选合适的压力传感器过程中,明白介质的特点尤为重要；介质的腐蚀性如何,导电性如何；依据介质的这些属性选用相应类型的传感器；介质温度范畴如何,一是介质的常常性的温度范畴为多少,依据此信息挑选补偿温度与其范畴一样的传感器

13、,二是介质的最高温度范畴,依据此信息挑选使用温度范畴一样的传感器；如以上两点假如挑选不正确,极有可能损害传感器甚至引起事故；压力传感器 - 常见故障压力传感器简洁显现的故障主要有以下几种：第一种是压力上去,变送器输也上不去；此种情形, 先应检查压力接口是否漏气或者被堵住, 假如确认不是, 检查接线方式和检查电源,如电源正常就进行简洁加压看输出是否变化,或者观察传感器零位是否有输出,如无变化就传感器已损坏,可能是外表损坏或者整个系统的其他环节的问题；其次种是加压变送器输出不变化,再加压变送器输出突然变化,泄压变送器零位回不去,很有可能是压力传感器密封圈的问题；常见的是由于密封圈规格缘由,传感器拧

14、紧之后密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器,加压时压力介质进不去,但在压力大时突然冲开密封圈, 压力传感器受到压力而变化；排除这种故障的正确方法是将传感器卸下,直接观察零位是否正常,如零位正常可更换密封圈再试；第三种是变送器输出信号不稳；这种故障有肯是压力源的问题；压力源本身是一个不稳定的压力, 很有可能是外表或压力传感器抗干扰才能不强、传感器本身振动很厉害和传感器故障； 第四种是变送器与 指针式压力表 对比偏差大； 显现偏差是正常的现象,确认正常的偏差范畴即可；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 最终一种易显现的

15、故障是微差压变送器安装位置对零位输出的影响；微差压变送器由于其测量范畴很小, 变送器中传感元件会影响到微差压变送器的输出；安装时应使变送器的压力敏锐件轴向垂直于重力方向,安装固定后调整变送器零位到标准值；压力传感器 - 四个无法防止的误差在挑选压力传感器的时候我们要考虑他的综合精度,而压力传感器的精度受哪些方面的影响呢.其实造成传感器误差的因素有许多,下面我们留意说四个无法防止的误差,这是传感器的初始误差；第一的偏移量误差：由于压力传感器在整个压力范畴内垂直偏移保持恒定,因此变换器扩散和激光调剂修正的变化将产生偏移量误差；其次是灵敏度误差：产生误差大小与压力成正比；假如设备的灵敏度高于典型值,

16、灵敏度误差将是压力的递增函数；假如灵敏度低于典型值,那么灵敏度误差将是压力的递减函数；该误差的产生缘由在于扩散过程的变化；第三是线性误差： 这是一个对压力传感器初始误差影响较小的因素,该误差的产生缘由在于硅片的物理非线性,但对于带放大器的传感器,仍应包括放大器的非线性；线性误差曲线可以是凹形曲线,也可以是凸形曲线称重传感器；最终是滞后误差： 在大多数情形中,压力传感器的滞后误差完全可以忽视不计,由于硅片具有很高的机械刚度；一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差；压力传感器的这个四个误差是无法防止的,我们只能挑选高精度的生产设备,利用高新技术来降低这些误差, 仍可以在出厂的时候进行一点的误差

17、校准,足客户的需要；1压力传感器 - 抗干扰措施尽最大的可能来降低误差以满压力传感器直接接触或接近被测对象而猎取信息；压力传感器与被测对象同时都处于被干扰的环境中, 不行防止地受到外界的干扰；特殊是压电式压力传感器和电容式压力传感器很容易受干扰； 压力传感器抗干扰措施一般从结构上下手；智能压力传感器仍可以从软件上着手解决；改进压力传感器的结构,在肯定程度上可防止干扰的引入,可有如下途径： 将信号处理电路与传感器的敏锐元件做成一个整体,即一体化；这样,需传输的信号增强,提高了抗干扰才能；同时,由于是一体化的,也就削减了干扰的引入；集成化传感器具有结构紧凑、功能强的特点, 有利于提高抗干扰才能；智

18、能化传感器可以从多方面在软件上实行抗干扰措施,如数字滤波、定时自校、特性补偿等措施；名师归纳总结 压力传感器一旦抗干扰性差简洁受外界干扰,那么它的价值就打了折扣,其应用范畴受第 7 页,共 8 页到很大的限制； 压力传感器是传感器中应用最多的传感器之一,其广泛应用在工业、农业以- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 及服务业； 在各种环境下都有应用,所以抗干扰性必需要相当牢靠；目前压力传感器已能适应许多环境在使用但是在有的环境中压力传感器的抗干扰性仍是不够好,我们必需从多角度,结合高新科技来使得压力传感器的抗干扰性进一步提高；2压力传感器 - 八大进展趋势一

19、、压力传感器产业化进展模式：要加速形成从传感器讨论开发到大生产一条龙的产业化进展模式, 走自主创新和国际合作相结合的跨过式进展道路,使我国成为世界传感器的生 产大国；二、传感器产品结构向全面、和谐、连续进展；产品品种要向高技术、高附加值倾斜,特殊要填补“ 空白” 品种；三、企业生产规模（年生产才能）向规模经济或相宜规模经济进展,量大面广的通用传感器的生产规模将以年亿只计,一些中档传感器的生产规模将以年产1000 万只（含以上）计；而一些高档传感器和专用压力传感器的生产规模将以年产几十万只几百万只计；四、生产格局向专业化进展；专业化生产的内涵为：1. 生产传感器门类少而精；2. 特地 生产某一应

20、用领域需要的某一类传感器系列产品,以获得较高的市场占有率；3. 各传感器企 业的专业化合作生产；五、传感器大生产技术向自动化进展；传感器的门类、 品种繁多, 所用的敏锐材料各异,打算了传感器制造技术的多样性和复杂性,综观当前传感器工艺线的概况,多数工艺已实现 单机自动化,但距离生产过程全自动化尚存在诸多困难,有待今后广泛采纳 CAD、CAM及先 进的自动扮装备和工业机器人,予以突破；六、压力传感器企业的重点技术改造应加强从依靠引进技术向引进技术的消化吸取与自 主创新的方向转移；七、企业经营要加快从国内市场为主向国内与国外两个市场相结合的国际化方向跨更加 展；八、企业结构将向“ 大、中、小并举” 、“ 集团化、专业化生产共存” 的格局进展；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页