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壓力傳感器和壓力變送器
傳感器是將一個(gè)要測量的物理量轉換成另一個(gè)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準的電信號,例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。 初級的壓力傳感器是壓力引起應變產(chǎn)生毫伏信號變化,如果傳感器內已經(jīng)帶有放大整形電路,輸出標準電流或電壓信號,這樣的傳感器也可以稱(chēng)為壓力變送器; 壓力變送器的叫法,是相對于早期的壓力傳感器都是輸出毫伏信號的,現代的壓力傳感器大部分已經(jīng)直接輸出標準信號了,所以現在的壓力傳感器與壓力變送器就有可能合而為一了。


應用
壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中Zui為常用的一種傳感器,其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。 壓力傳感器可應用于布線(xiàn)和電源供給困難的區域、人員不能到達的區域(如高溫、嚴寒、高濕的區域,受到污染的區域或環(huán)境被破壞的區域)和一些臨時(shí)場(chǎng)合等,實(shí)現了傳感系統的遠程測試,這也是信息時(shí)代測試的必然趨勢。壓力傳感器無(wú)線(xiàn)采集系統由前端傳感器數據采集發(fā)射部分及末端的數據接收部分組成。


系統設計
壓力傳感器數據采集發(fā)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(wú)線(xiàn)發(fā)射電路組成。壓力和溫度傳感器獲取周?chē)h(huán)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,并進(jìn)行模/數轉換。微處理器負責控制系統各部分器件的工作并對數字信號進(jìn)行處理。無(wú)線(xiàn)發(fā)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(jìn)行相應的編碼和處理,并用發(fā)射模塊發(fā)射出去。數據接收部分由無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電傳來(lái)的數據。當一組格式數據接收完畢后,由接收電路里的解碼器對格式數據進(jìn)行解碼,獲取環(huán)境當前的壓力信息,然后將壓力信息顯示在LED接收面板上。


分類(lèi)
壓力傳感器的類(lèi)型非常多,目前應用比較常見(jiàn)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當壓敏電阻受壓后產(chǎn)生電阻變化,通過(guò)放大器放大并采用標準壓力標定,即可進(jìn)行壓力檢測。壓阻式壓力傳感器的性能主要取決于壓敏元件(即壓敏電阻)、放大電路,以及生產(chǎn)中的標定和老化工藝。
● 應變片
在目前的壓力傳感器封裝工藝中,通??梢詫鹤枋矫舾行倔w做得體積小巧、靈敏度高,而且穩定性好,并將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應變材料(通常為不銹鋼)結合在一起,這樣一來(lái),就能確保壓阻式壓力傳感器過(guò)載能力強和抗沖擊壓力強。
該類(lèi)傳感器適合測量高量程范圍的壓力變化,尤其在1Mpa以上時(shí),線(xiàn)性很好,精度也很高,并適合測量與應變材料兼容的各類(lèi)介質(zhì)。
● 陶瓷壓阻
在結構上,該類(lèi)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(guò)載能力較應變片類(lèi)低一些,抗沖擊壓力較差,但靈敏度較高,適合測量50Kpa以上的高量程范圍,而且耐腐蝕,溫度范圍也很寬。
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)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(gè)惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應,使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)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 壓電式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(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現的,在一定的溫度范圍之內,壓電性質(zhì)一直存在,但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于隨著(zhù)應力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f(shuō)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(huán)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(jīng)得到了廣泛的應用。
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,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮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,壓電式壓力傳感器不能用于靜態(tài)測量,因為經(jīng)過(guò)外力作用后的電荷,只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)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(dòng)態(tài)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(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(cháng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)測量發(fā)動(dòng)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(yè),例如用它來(lái)測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。


區別
傳感器是將一個(gè)要測量的物理量轉換成另一個(gè)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準的電信號,例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。
初級的壓力傳感器是壓力引起應變產(chǎn)生毫伏信號變化,如果傳感器內已經(jīng)帶有放大整形電路,輸出標準電流或電壓信號,這樣的傳感器也可以稱(chēng)為壓力變送器; 壓力變送器的叫法,是相對于早期的壓力傳感器都是輸出毫伏信號的,現代的壓力傳感器大部分已經(jīng)直接輸出標準信號了,所以現在的壓力傳感器與壓力變送器就有可能合而為一了。
 
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