關於壓力變送器工作原理介紹

壓力變送器（qì）是工業實踐（jiàn）中*為常用的一種傳感器，其廣泛應用於各種工業自控（kòng）環（huán）境（jìng），涉及水利水電、鐵（tiě）路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井（jǐng）、電力、船舶、機床、管（guǎn）道等眾多行業（yè），下麵就簡單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應用。

 

1、應變片壓力變送器（qì）原理（lǐ）與應用
力學傳感器的種類繁多（duō），如電阻應變片（piàn）壓力變送器（qì）、半導體應變片壓力變送器、壓阻（zǔ）式壓力變送器、電（diàn）感式壓力變送器、電容式壓力變送器、諧（xié）振式壓力變送器及電容式加速度（dù）傳（chuán）感器等。但應（yīng）用*為廣泛的是壓阻式壓力變（biàn）送器，它具有*低的價格和較高的精度以及較好的線性特性（xìng）。下麵我們（men）主要介紹這（zhè）類傳感器。在了解壓阻（zǔ）式壓力變送器時，我們*先認識一下電阻應變片這種元（yuán）件。電阻應變片是（shì）一種將被測件上（shàng）的應變變化轉換成（chéng）為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變變送器的主要組成部分之一。電阻應變片應用*多的是金（jīn）屬電阻應變片和半導（dǎo）體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片（piàn）兩種（zhǒng）。通常是將應（yīng）變片通過特（tè）殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產（chǎn）生形（xíng）變，使應變片（piàn）的阻（zǔ）值（zhí）發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應（yīng）變片在受力時產生的阻（zǔ）值變化通常較小，一（yī）般這都組成應變電橋，並通過（guò）後續的儀表放大器進（jìn）行放大，再傳輸給處理電路（lù）（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構（gòu）。

金屬電（diàn）阻應變（biàn）片的（de）工作原理是吸附在（zài）基體材（cái）料上應（yīng）變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電（diàn）阻應（yīng）變效應。金屬導（dǎo）體的電阻值可（kě）用下式表示：式中：ρ——金屬導（dǎo）體的電阻率（?·cm2/m）S——導體的截麵積（cm2）L——導體的長度（m）我們以金屬絲（sī）應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截麵積都會（huì）發生變化，從上式中可很（hěn）容易（yì）看出，其電阻（zǔ）值即會發（fā）生改（gǎi）變，假（jiǎ）如金屬絲受（shòu）外力作（zuò）用而伸長時，其長度增加，而截麵積減少，電阻值便會增（zēng）大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而（ér）截麵增加，電阻值則會減小。隻要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲（huò）得應變金屬絲的應變情

 

2、陶瓷壓力變送器（qì）原理及應用
抗腐蝕的壓力變送器沒（méi）有液體的傳遞，壓力直接作用在陶（táo）瓷膜片的前表麵，使膜片（piàn）產生（shēng）微小的形（xíng）變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜（mó）片的背麵，連接成一個惠斯通（tōng）電橋（閉橋），由於壓敏電阻的壓阻效（xiào）應，使（shǐ）電橋產（chǎn）生一個與壓力成正（zhèng）比的高度線性、與激勵電壓也成（chéng）正比的電壓（yā）信號，標準的（de）信號根據壓力量程的（de）不同標定為（wéi）2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和（hé）應變式（shì）傳感器相兼容。通過激光標（biāo）定，傳感（gǎn）器具有很高的溫度（dù）穩定性和時間穩定性，傳感（gǎn）器自帶（dài）溫度補償（cháng）0～70℃，並（bìng）可以和（hé）絕大多數介質直接接觸。陶瓷（cí）是一種公認的高彈（dàn）性（xìng）、抗腐蝕、抗磨（mó）損、抗衝擊和振動的材料。陶瓷（cí）的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度（dù）範圍（wéi）高達-40～135℃，而且具有測量的高（gāo）精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓（yā）力變送器的發展（zhǎn）方向，在歐美**有全麵替（tì）代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用（yòng）戶使用陶瓷傳感器（qì）替代（dài）擴散矽壓力變送器。

 

3、擴散矽壓力變送器原理及應用
工作（zuò）原理被測介質的壓（yā）力直接作用於傳（chuán）感器的膜片上（shàng）（不鏽鋼或（huò）陶瓷），使膜片產生（shēng）與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的（de）電阻值發生變化，和（hé）用電子線路檢測這一變化，並轉換輸出一個（gè）對應於這一壓（yā）力的標準測量信號。

 

4、藍寶石壓力變送器原理與應用
利用（yòng）應變（biàn）電阻式工作原理，采用矽-藍寶石作為半導（dǎo）體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。藍寶石係由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滯後、疲勞和蠕變現象；藍寶（bǎo）石比矽要堅（jiān）固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈（dàn）性和絕緣特性（1000OC以內），因此，利用矽（guī）-藍寶石製造的半導體敏感（gǎn）元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條（tiáo）件下（xià），也有著很好的工作（zuò）特性；藍寶石的（de）抗輻射特（tè）性*強；另外，矽-藍寶石半導體敏感元件（jiàn），無p-n漂（piāo）移，因此，從根本上簡化了製造工藝，提高了重複（fù）性，確保了高成品率。用矽-藍（lán）寶石（shí）半導體敏感元件製造的（de）壓力傳感器和變（biàn）送器，可在*惡劣的工作條件下正常工作，並且可靠性高、精度好、溫度（dù）誤差*小、性價比（bǐ）高。表壓壓力傳感器和壓力變送器由（yóu）雙膜片構（gòu）成（chéng）：鈦合金測量膜（mó）片和鈦合金接收（shōu）膜（mó）片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在（zài）鈦合金測量膜片上。被測壓力（lì）傳送（sòng）到（dào）接收膜片上（shàng）（接收膜片與（yǔ）測量膜片之間用拉杆堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生（shēng）形變，該形變被矽-藍寶石敏感元件（jiàn）感知（zhī）後，其電橋輸出會發生變（biàn）化，變化的幅度（dù）與被測壓力成正比。傳（chuán）感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，並將應（yīng）變（biàn）電（diàn）橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和壓力變（biàn）送（sòng）器中，藍寶（bǎo）石薄片，與陶瓷基*玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被（bèi）測壓力轉換為應變片形（xíng）變，從而（ér）達到壓力測量的目的。

 

5、壓電壓（yā）力傳（chuán）感器原理與應用
壓（yā）電傳感器中主（zhǔ）要使用的壓（yā）電材料（liào）包括有石英、酒石（shí）酸鉀鈉（nà）和磷酸二（èr）氫胺。其中石英（二氧化矽）是一種天然（rán）晶體，壓電效應就是在這種晶體（tǐ）中發現的，在（zài）一定（dìng）的（de）溫度範（fàn）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（quán）消失（這個高溫（wēn）就（jiù）是所謂的“居裏點”）。由於隨著應力的變（biàn）化電場（chǎng）變化微小（也就（jiù）說壓電係數比較低），所以石英逐（zhú）漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石（shí）酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電係數，但是它隻能在（zài）室溫和濕度（dù）比較低的環境下才能夠應用。磷酸（suān）二氫胺屬於人造晶體，能（néng）夠承受（shòu）高溫和（hé）相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。現（xiàn）在壓電效應也應用在多晶（jīng）體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽係壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等（děng）等。壓電效應（yīng）是壓電傳感器的主要工作原理，壓電（diàn）傳感器不能用於靜態測量，因為經過外力作（zuò）用後的電荷，隻有在回路（lù）具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這（zhè）樣的，所以這決（jué）定了壓電傳感器隻能夠測量動態的應力。壓電傳感器主（zhǔ）要應用在加速（sù）度、壓力和（hé）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（gòu）簡單（dān）、體積小、重量輕、使用壽（shòu）命長（zhǎng）等優異的特點。壓電式加速度傳感器在（zài）飛（fēi）機（jī）、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和（hé）衝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（de）特殊地位。壓電式（shì）傳感（gǎn）器（qì）也可以（yǐ）用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度（dù）的測量。也可以用於軍事工（gōng）業，例如用它來測量槍炮（pào）在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。它既可以用（yòng）來測量大的壓力，也可以（yǐ）用來測量微小的壓力。壓電（diàn）式傳感器也廣泛應用在生物醫學測（cè）量中，比（bǐ）如說心室導管式微音器就是由壓（yā）電傳感器製成（chéng）的，因（yīn）為測量動態壓力是如此普遍，所以（yǐ）壓電傳感（gǎn）器的應用就非常廣泛。