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关于压力传感器归纳介绍(原理分类)

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-05-16  浏览次数:488
核心提示:根据原理对压力传感器分类介绍:压电压力传感器、应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、蓝宝石压力传感器以及对未来行业传感器应用分布发展趋势分析

1、压电压力传感器

原理:主要由于压电效应的产生形成的原理情况。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|二氧化硅是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失。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,即压电系数较低,石英逐渐被其他的压电晶体所替代。压电效应应用在多晶体上,如压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

应用: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。它具有结构简单、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,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。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间的膛压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,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。压电传感器不能用于静态测量,因为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保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

2、应变片压力传感器

原理:因为广泛使用的压阻式压力传感器,其金属电阻应变片工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。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改变,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,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构:电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意: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,抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

3、陶瓷压力传感器 

原理: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(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、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为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定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。

应用:陶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。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV,输出信号强,长期稳定性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧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。

4、蓝宝石压力传感器

原理:利用应变电阻式工作,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。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。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。

未来行业传感器应用分布发展趋势

在医疗设备方面,专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目前医疗领域是传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场。
汽车电子产业方面,现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用压力传感器的数量和水平,目前一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器,而要求传感器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展。

在通信方面,手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战,彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。此外,应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。

以上几个方面是传感器应用最多的,传感器也主要销售在这些行业,但是随着传感器的发展,很多行业也在积极开发利用传感器,比如一些消费行业,如鞋子上安装跑步传感器,护腕上安装脉搏传感器等。很多新型的传感器都在广泛的被开放利用。

 
关键词: 压力传感器 压电压力传感器 应变片压力传感器

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