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壓力傳感器和壓力變送器

文章出處:人氣:0发表时间:2019-6-6 10:56:56

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其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、女生影院自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多女生影院。 压力传感器可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域,受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等,实现了传感系统的远程测试,这也是信息时代测试的必然趋势。压力传感器无线采集系统由前端传感器数据采集发射部分及末端的数据接收部分组成。

壓力傳感器數據采集發射部分由壓力傳感器、溫度傳感器、信號處理部分、微處理器(一般是單片機)和無線發射電路組成。壓力和溫度傳感器獲取周圍環境的壓力、溫度值。信號處理部分包括前項通道、程控放大器和A/D轉換器,其功能是在程序控制下對傳感器模擬信號提取放大,並進行模/數轉換。微處理器負責控制系統各部分器件的工作並對數字信號進行處理。無線發射電路在微處理器的控制下,由編碼器將采集到的信息數據進行相應的編碼和處理,並用發射模塊發射出去。數據接收部分由無線接收電路、微處理器和顯示部分組成,在微處理器控制下接收無線電傳來的數據。當一組格式數據接收完畢後,由接收電路裏的解碼器對格式數據進行解碼,獲取環境當前的壓力信息,然後將壓力信息顯示在LED接收面板上。

1 传感器

压力传感器采用的是带有感温二极管的硅压阻压力传感器,被封装在专门制作的金属外壳中,通过多芯电缆与外围电路连接。压力传感器的4个电阻组成桥路,用1 mA恒流源激励。感温二极管用来检测环境温度,以供给单片机部分温度参数。

2 程控放大器

程控放大器由模拟开关、输入放大器及接口电路组成。其作用是在程序控制下,分时选通压力信号与温度信号送入放大器输入端,与此同时还可以同步选择出此二路信号相应的增益,经放大器放大后分别输出A/D转换器所要求的压力、温度电压信号,以便进行A/D转换。我们选用的双四通道模拟开关,用以选择压力、温度信号。放大器是一个集成单电源仪表放大器,它能在单电源(3~12 V)下提供满电源幅度输出。 參考:

我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的,這樣的傳感器也稱爲壓電傳感器。

我們知道,晶體是各向異性的,非晶體是各向同性的。某些晶體介質,當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時,就産生了極化效應;當機械力撤掉之後,又會重新回到不帶電的狀態,也就是受到壓力的時候,某些晶體可能産生出電的效應,這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研制出了壓力傳感器。

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化矽)是一種天然晶體,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(這個高溫就是所謂的“居裏點”)。由于隨著應力的變化電場變化微小(也就說壓電系數比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數,但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當高的濕度,所以已經得到了廣泛的應用。

在現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,包括钛酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽系壓電陶瓷、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,壓電傳感器不能用于靜態測量,因爲經過外力作用後的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用,特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業,例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。

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。 參考:

壓力傳感器的類型非常多,目前應用比較常見的包括壓阻式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器兩種。

壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化,通过放大器放大并采用标准压力标定,即可进行压力检测。壓阻式壓力傳感器的性能主要取决于压敏元件(即压敏电阻)、放大电路,以及女生影院中的标定和老化工艺。


● 应变片

在目前的压力传感器封装工艺中,通常可以将压阻式敏感芯体做得体积小巧、灵敏度高,而且稳定性好,并将压敏电阻以惠司通电桥形式与应变材料(通常为不锈钢)结合在一起,这样一来,就能确保壓阻式壓力傳感器过载能力强和抗冲击压力强。

該類傳感器適合測量高量程範圍的壓力變化,尤其在1Mpa以上時,線性很好,精度也很高,並適合測量與應變材料兼容的各類介質。

● 陶瓷压阻

在結構上,該類傳感器將壓敏電阻以惠司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些,抗沖擊壓力較差,但靈敏度較高,適合測量50Kpa以上的高量程範圍,而且耐腐蝕,溫度範圍也很寬。

抗腐蝕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,使膜片産生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應,使電橋産生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號,可以和應變式傳感器相兼容。

壓電式壓力傳感器 压电式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(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),所以石英逐渐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,但是它只能在室温和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,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。

壓電式壓力傳感器

現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,包括钛酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽系壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等等。


压电效应是压电传感器的主要工作原理,壓電式壓力傳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。


壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用,特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業,例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。


參考:

壓力變送器从一般意义上往往指壓力變送器和差压变送器,主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号(4~20mADC),以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

壓力變送器根据测压范围可分成一般壓力變送器(0.001MPa~20MP3)和微差压变送器(0~1.5kPa),负压变送器三种

壓力變送器的主要作用:把压力信号传到电子设备,进而在计算机显示压力其原理大致是:

将水压这种压力的力学信号 转变成 电流(4-20mA) 这样的电子信号

压力和电压或电流 大小成线性关系,一般是正比关系

所以,变送器输出的电压或电流 随压力增大而增大

由此得出一個壓力和電壓或電流的關系式

壓力變送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室,作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。壓力變送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡和解调环节,转换成与压力成正比的信号。壓力變送器和绝对壓力變送器的工作原理和差压变送器相同,所不同的是低压室压力是大气压或真空。

A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号,其值被微处理器用来判定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。另外,它进行传感器线性化。重置测量范围。工程單位換算、阻尼、开方,,传感器微调等运算,以及诊断和数字通信。

本微处理器中有16字节程序的RAM,并有三个16位计数器,其中之一执行A /D转换。

D/A轉換器把微處理器來的並經校正過的數字信號微調數據,這些數據可用變送器軟件修改。數據貯存在EEPROM內,即使斷電也保存完整。

數字通信線路爲變送器提供一個與外部設備(如205型智能通信器或采用HART協議的控制系統)的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數字信號,並通過回路傳送所需信息。通信的類型爲移頻鍵控FSK技術並依據BeII202標准。

傳感器是將一個要測量的物理量轉換成另一個可以讀取處理的物理量,現代控制中,這種物理量就是電信號;變送器就是將傳感器初級的電信號轉換成標准的電信號,例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。

初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化,如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号,这样的传感器也可以称为壓力變送器; 壓力變送器的叫法,是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了,所以现在的压力传感器与壓力變送器就有可能合而为一了

壓力傳感器和壓力變送器

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