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    五大类压力传感☉器工▲作原理大解析

    作者: 长沙诺赛希斯 来源: www. 时间:2019-11-13 15:28 :20
      一、压电压力传感☉器
      压电式压力传感☉器主要基于压电效应(Piezoelectric effect) ,利用电气元件№和其他机械把待测的压力转换成为电量 ,再进行相关测量工▲作的测量精密↓仪☉器 ,比如很多压力变送☉器№和压力传感☉器。压电传感☉器不可以应用在静态的测量当中 ,原因 是受到外力作用后的电荷 ,当回路有无限大的输入抗阻的时候 ,才可以得以保存下来。但是实际上  并不是这样的。因 此压电传感☉器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料→是:磷酸二氢胺、酒石酸钾钠№和石英。压电效应就是在石英上  发现的。
      当应力发生变化的时候 ,电场的变化很小很小 ,其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠 ,它是具有很大的压电系数№和压电灵敏度的 ,但是 ,它只可以使用在室内的湿度№和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体 ,它可以在很高的湿度№和很高的温度的环境中使用 ,所以 ,它的应用是非常广泛的。随着技术的发展 ,压电效应也已经在多晶体上  得到应用了。例如:压电陶瓷 ,铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷№和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
    天津福彩app官方下载压电压力传感☉器
      以压电效应为工▲作原理的传感☉器 ,是机电转换式№和自发电式传感☉器。它的敏感元件是用压电的材料→制作而成的 ,而当压电材料→受到外力作用的时候 ,它的表面会形成电荷 ,电荷会通过电荷放大☉器、测量电路的放大以及变换阻抗以后 ,就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量 ,例如:
      加▆速度№和压力。它有很多优点:重量较轻、工▲作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点:有部分电压材料→忌潮湿 ,因 此需要采取▓一系列的防潮措施 ,而输出电流的响应又●比较差 ,那就要使用电荷放大☉器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点 ,让↓仪☉器更好地工▲作。
      二、压阻压力传感☉器
      压阻压力传感☉器主要基于压阻效应(Piezoresistive effect)。压阻效应是用来描述材料→在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上  述压电效应 ,压阻效应只产生阻抗变化 ,并不会产生电荷。
      大多数金★属材料→与半导体材料→都被发现具有压阻效应。其中半导体材料→中的压阻效应远大于金★属。由于硅是现今集成电路的主要 ,以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变 ,而且也来自材料→本身与应力相关的电阻 ,这使得其程度因 子大于金★属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布 ,进而使得电子在不同流动方向上  的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中 ,此现象变得更复杂 ,而且也导致等效质量改变及电洞转换。
      压阻压力传感☉器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加▆压力作用 ,电桥处于平衡状态(称为零位) ,当传感☉器受压后芯片电阻发生变化 ,电桥将失去平衡。若给电桥加▆一个恒定电流或电压电源 ,电桥将输出与压力对应的电压信号 ,这样传感☉器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化 ,经过放大后 ,再经过电压电流的转换 ,变换成相应的电流信号 ,该电流信号通过非线性校正环路的补偿 ,即产生了输入电压成线性对应关系的4~20mA的标准输出信号。
      为减小温度变化对芯体电阻值的影响 ,提高测量精度 ,压力传感☉器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
      三、电容式压力传感☉器
      电容式压力传感☉器是一种利用电容作为敏感元件 ,将被测压力转换成电容值改变的压力传感☉器。这种压力传感☉器一般采用圆形金★属薄膜或镀金★属薄膜作为电容☉器的一个电极 ,当薄膜感受压力而变形时 ,薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化 ,通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感☉器属于极距变化型电容式传感☉器 ,可分为单电容式压力传感☉器№和差动电容式压力传感☉器。
      单电容式压力传感☉器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形 ,从而改变电容☉器的容量 ,其灵敏度大致与薄膜的面积№和压力成正比而与薄膜的张力№和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取▓凹形球面状 ,膜片为周边固定的张紧平面 ,膜片可用塑料镀金★属层的方法制成。这种型式适于测量低压 ,并有较高过载能〓力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感☉器。这种型式可减小膜片的直接受压面积 ,以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿№和保护部以及放大电路整体封装在一起 ,以便提高抗干扰能〓力。这种传感☉器适于测量动态高压№和对飞行☉器进行遥测。单电容式压力传感☉器还有传声☉器式(即话筒式)№和听诊☉器式等型式。
      差动电容式压力传感☉器的受压膜片电极位于两个固定电极之间 ,构成两个电容☉器。在压力的作用下一个电容☉器的容量增大而另一个则相应减小 ,测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上  镀金★属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感☉器比单电容式的灵敏度高、线性度好 ,但加▆工▲较困难(特别是难以保证对称性) ,而且不能〓实现对被测气体或液体的隔离 ,因 此不宜于工▲作在有腐蚀性或杂质的流体中。
      四、电磁压力传感☉器
      多种利用电磁原理的传感☉器统称 ,主要包括电感压力传感☉器、霍尔压力传感☉器、电涡流压力传感☉器等。
      电感压力传感☉器
      电感式压力传感☉器的工▲作原理是由于磁性材料→№和磁导率不同 ,当压力作用于膜片时 ,气隙大小发生改变 ,气隙的改变影响线圈电感的变化 ,处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出 ,从而达到测量压力的目的。该种压力传感☉器按磁路变化可以分为两种:变磁阻№和变磁导。电感式压力传感☉器的优点在于灵敏度高、测量范围大;缺点就是不能〓应用于高频动态环境。
      变磁阻式压力传感☉器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时 ,气隙大小改变 ,即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上  加▆一定的电压 ,电流会随着气隙的变化而变化 ,从而测出压力。
      在磁通密度高的场合 ,铁磁材料→的导磁率不稳定 ,这种情况下可以采用变磁导式压力传感☉器测量。变磁导式压力传感☉器用一个可移动的磁性元件代替铁芯 ,压力的变化导致磁性元件的移动 ,从而磁导率发生改变 ,由此得出压力值。
      霍尔压力传感☉器
      霍尔压力传感☉器是基于某些半导体材料→的霍尔效应制成的。霍尔效应是指当固体导体放置在一个磁场内 ,且有电流通过时 ,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边 ,继而产生电压(霍尔电压)的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性 ,可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子(自由电子)之运动所造成。
      在导体上  外加▆与电流方向垂直的磁场 ,会使得导线中的电子受到洛伦兹力而聚集 ,从而在电子聚集的方向上  产生一个电场 ,此电场将会使后来的电子受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力 ,使得后来的电子能〓顺利通过不会偏移 ,此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。
      当磁场为一交变磁场时 ,霍尔电动势也为同频率的交变电动势 ,建立霍尔电动势的时间极短 ,故其响应频率高。理想霍尔元件的材料→要求要有较高的电阻率及载流子迁移率 ,以便获得较大的霍尔电动势。常用霍尔元件的材料→大都是半导体 ,包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟InAs)、锗(Ge)、砷化镓GaAs)及多层半导体质结构材料→ ,N型硅的霍尔系数、温度稳定性№和线性度均较好 ,砷化镓温漂小 ,目前应用。
    天津福彩app官方下载压阻压力传感☉器
      电涡流压力传感☉器
      基于电涡流效应的压力传感☉器。电涡流效应是由一个移动的磁场与金★属导体相交 ,或是由移动的金★属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之 ,就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。
      电涡流特性使电涡流检测具有零频率响应等特性 ,因 此电涡流压力传感☉器可用于静态力的检测。
      五、振弦式压力传感☉器
      振弦式压力传感☉器属于频率敏感型传感☉器 ,这种频率测量具有相当高的准确度 ,因 为时间№和频率是能〓准确测量的物理量参数 ,而且频率信号在传输过程中可以忽略电缆的电阻、电感、电容等因 素的影响。同时 ,振弦式压力传感☉器还具有较强的抗干扰能〓力 ,零点漂移小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能〓稳定 ,便于数据传输、处理№和存储 ,容易实现↓仪表数字化 ,所以振弦式压力传感☉器也可以作为传感技术发展的方向之一。
      振弦式压力传感☉器的敏感元件是拉紧的钢弦 ,敏感元件的固有频率与拉紧力的大小有关。弦的长度是固定的 ,弦的振动频率变化量可用来测算︻拉力的大小 ,即输入是力信号 ,输出的是频率信号。振弦式压力传感☉器分为上  下两个部分组成 ,下部构件主要是敏感元件组合体。上  部构件是铝壳 ,包含一个电子模块№和一个接线端子 ,分成两个小室放置 ,这样在接线时就不会影响电子模块室的密封性。
      振弦式压力传感☉器可以选择电流输出型№和频率输出型。振弦式压力传感☉器在运作时 ,振弦以其谐振频率不停振动 ,当测量的压力发生变化时 ,频率会产生变化 ,这种频率信号经过转换☉器可以转换为4~20mA的电流信号。
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