壓力傳感器的的作業(yè)方式、保護(hù)及分類

                             壓力傳感器的的作業(yè)方式、保護(hù)及分類

作業(yè)方式

     選擇壓力傳感器的時(shí)候需要注意很多問(wèn)題，比如，壓力傳感器的量程、精度、壓力傳感器的溫度特性，化學(xué)特性都是要考慮的，而壓力傳感器的作業(yè)方式也是需要考慮的重要問(wèn)題。
　　例如傳感器用于氣體壓力的測(cè)量與液體壓力的測(cè)量時(shí)情況便不同。氣體是可壓縮流體，增多時(shí)會(huì)貯存一定的壓縮能，減壓時(shí)又以動(dòng)能釋放出來(lái)，給傳感器彈性膜施加沖擊波。要求壓力傳感器有較大的過(guò)載能力。液體是不可壓縮流體，在壓力傳感器安裝時(shí)，擰緊螺拴又無(wú)可壓縮空間則可使液體壓力升高超過(guò)彈性膜的耐壓極限，導(dǎo)致彈性膜破裂。由于這種情況屢屢發(fā)生，也要求壓力傳感器有較大的過(guò)壓能力。壓力傳感器的工作環(huán)境惡劣時(shí)，例如有大的振動(dòng)、沖擊，大的電磁干擾，對(duì)傳感器提出更為嚴(yán)格的要求。不僅過(guò)壓能力強(qiáng)，而且要求機(jī)械密封可靠，防松動(dòng)，傳感器安裝正確。傳感器自身的引線、引腳以及外導(dǎo)線都應(yīng)加以電磁屏蔽，并將屏蔽良好接地。此外，應(yīng)考慮壓力傳感器與所測(cè)流體介質(zhì)的相容性問(wèn)題。例如傳感器的彈性膜結(jié)構(gòu)應(yīng)與腐蝕性介質(zhì)相隔開，此時(shí)采有不銹鋼波紋套傳感器，傳感器內(nèi)用硅油作傳壓介質(zhì)。傳感器檢測(cè)易燃、易爆介質(zhì)壓力時(shí)，使用小激勵(lì)電流，防止彈性膜破裂時(shí)產(chǎn)生火花、火星，并增加壓力傳感器外套的耐壓能力。
　　只有了解了壓力傳感器的作業(yè)方式才能更好的選擇壓力傳感器，尤其是如今壓力傳感器正在飛速發(fā)展，所以了解壓力傳感器的作業(yè)方式是非常必要的。

 關(guān)鍵作用

     壓力傳感器不僅在生產(chǎn)測(cè)量中應(yīng)用廣泛，如今在我們生活中也常常看見，在我們大多的交通工具中都有壓力傳感器，可能一般人知道汽車上有壓力傳感器，其實(shí)普通的摩托車上也有壓力傳感器的應(yīng)用。

     摩托車的動(dòng)力來(lái)自汽油機(jī)汽缸內(nèi)油的燃燒。只有充分燃燒才能提供很好的動(dòng)力，良好的燃燒必須具備良好的混合氣、充分的壓縮和最佳點(diǎn)火三個(gè)條件。電噴系統(tǒng)能否正確的將空燃比控制在所需的范圍內(nèi)，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)的優(yōu)劣。而汽油機(jī)空燃比的控制是采用調(diào)整與進(jìn)氣量相匹配的供油量實(shí)現(xiàn)的，因此，進(jìn)氣空氣流量的測(cè)量精度直接影響空燃比的控制精度。

  內(nèi)部結(jié)構(gòu)

它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

  工作原理

    金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

R=ρ

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω·

/m）

S——導(dǎo)體的截面積（

）

L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）

    我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情。

   原理應(yīng)用

    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(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

    陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國(guó)家有全面替代其它類型傳感器的趨勢(shì)，在中國(guó)也越來(lái)越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

保護(hù)

    壓力傳感器我們經(jīng)常使用，我們?cè)谑褂眠^(guò)程中一定要注意保護(hù)壓力傳感器，因?yàn)閴毫鞲衅麟m然有不銹鋼保護(hù)，但是壓力傳感器還是很容易損壞的，尤其是使用不當(dāng)很容易造成壓力傳感器損壞導(dǎo)致?lián)p失。

    首先肯定是傳感器超量程使用，不要施加超過(guò)額定耐壓力的壓力。若施加了耐壓力以上的壓力，可能引起破損。其次是使用環(huán)境，避免在有可燃性和爆炸性氣體的環(huán)境下使用。還有就是電源電壓和負(fù)載短路，使用時(shí)請(qǐng)不要超過(guò)使用電壓范圍。若施加了使用電壓范圍以上的電壓，則可能引起破裂或燒毀。避免使負(fù)載短路。否則可能引起破裂或燒毀。還有一點(diǎn)比較少見就是誤布線，避免對(duì)電源的極性等進(jìn)行錯(cuò)誤布線。否則可能引起破裂或燒毀。

    壓力傳感器在使用的時(shí)候一定要學(xué)會(huì)如何保護(hù)它，否則它很容易被損壞從而造成生產(chǎn)上的損失，當(dāng)然只要我們按廠家說(shuō)明書正確操作，避免上述的幾個(gè)問(wèn)題，壓力傳感器還是可以長(zhǎng)時(shí)間工作的。有些壓力傳感器能用到幾年甚至十幾年。主要是要學(xué)會(huì)如何保護(hù)它。

分類

壓電式

     壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電式壓力傳感器的種類和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測(cè)壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。這種傳感器的特點(diǎn)是體積小、動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫等。現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)傳感器的性能出越來(lái)越高的要求。

    例如用壓力傳感器測(cè)量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖，在測(cè)量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料最適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應(yīng)就是在它上面發(fā)現(xiàn)。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點(diǎn)高達(dá)1210℃，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。

擴(kuò)散硅式

   被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），

使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

藍(lán)寶石式

    利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。

藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內(nèi)），因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)p-n漂移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。

    用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比高。

    表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測(cè)量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測(cè)量膜片上。被測(cè)壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成正比。

    傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的。