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有关固态压阻压力传感器应用手册 传感器操作规程

时间:2020-06-19    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
【导读】 半导体单晶硅材料在受到外力作用,产生肉眼根本察觉不到的极微小应变时,其原子结构内部的电子能级状态发生变化,从而导致其电阻率剧烈的变化,由其材料制成的电阻也就出现极大变化,这种物理效

半导体单晶硅材料在受到外力作用,产生肉眼根本察觉不到的极微小应变时,其原子结构内部的电子能级状态发生变化,从而导致其电阻率剧烈的变化,由其材料制成的电阻也就出现极大变化,这种物理效应叫压阻效应。人类是在本世纪五十年代才开始发现和研究这一效应的应用价值的。利用压阻效应原理,采用三维集成电路工艺技术及一些专用特殊工艺,在单晶硅片上的特定晶向,制成应变电阻构成的惠斯顿检测电桥" href="http://www.18show.cn/product/detail/12099379.html" target="_blank">电桥,并同时利用硅的弹性力学特性,在同一硅片上进行特殊的机械加工,集应力敏感与力电转换检测于一体的这种力学量传感器,称为固态压阻传感器。以气、液体压强为检测对象的则称为固态压阻压力传感器,它诞生于六十年代末期。显然,它较之传统的膜合电位计式,力平衡式,变电感式,变电容式,金属应变片式及半导体应变片式传感器技术上先进得多,目前仍是压力测量领域*新一代传感器。由于各自的特点及局限性,它虽然不能全面取代上述各种力学量传感器,但是,从八十年代中期以后,在美,日,欧传感器市场上,它已是压力传感器中执牛耳的品种,并与压电式几乎平分了加速度传感器的国际市场。目前,在以大规模集成电路技术和计算机软件技术介入为特色的智能传感器技术中,由于它能做成单片式多功能复合敏感元件来构成智能传感器的基础,因此,它仍然*受瞩目。
主要特点:
1. 灵敏度高
  硅应变电阻的灵敏因子比金属应变片高50~100倍,故相应的传感器灵敏度很高,一般满量程输出为100mv左右。因此对接口电路无特殊要求,应用成本相应较低。由于它是一种非机械结构传感器,因而分辨率极高,国外称之无限,即主要受限于外界的检测读出仪表限制及噪声干扰限制,一般均可达传感器满量程的十万分之一以下。硅压阻传感器在零点附近的低量程段无死区,且线性优良。
2. 精度高
  由于固态压阻压力传感器的感受,敏感转换和检测三部分由同一个元件实现,没有中间转换环节,所以不重复性和迟滞误差极小。同时由于硅单晶本身刚度很大,形变很小,保证了良好的线性,因此综合静态精度很高。
3. 体积小、重量轻、动态频响高
  由于芯体采用集成工艺,又无传动部件,因此体积小,重量轻。小尺寸芯片加上硅极高的弹性模数,敏感元件的固有频率很高。在动态应用时,动态精度高,使用频带宽,合理选择设计传感器外型,使用带宽可以从零频至100千赫兹。
4. 性能稳定、可靠性高
  由于工作弹性形变低至微应变数量级,弹性薄膜*大位移在亚微米数量级,因而无磨损、无疲劳、无老化。寿命长达107压力循环次以上。
5. 温度系数小
  由于微电子技术的进步,四个应变电阻的一致性可做的很高,加之激光修调技术、计算机自动补偿技术的进步,目前硅压阻传感器的零位与灵敏度温度系数已可达10-5/℃数量级,即在压力传感器领域已超过温度系数小的应变式传感器的水平。
6. 适应介质广
  由于硅的优良化学防腐性能,与硅油的良好可兼容性,使得隔离式结构易于实现,即使非隔离型的压阻压力传感器,也有相当程度的适应各种介质的能力。
7. 安全防爆
  由于其低电压、低电流的低功耗特点,它是本质安全防爆型产品,可广泛用于各种化工工业检测控制等领域,具有*优性价比。

压力变送器传感器在购买选型时,相信有时会遇到一些小白,就是对一些购买时需要知道的参数一点都不知道,首先压力传感器顾名思义是用来测量压力的一种仪表。简单来说就是通过4-20MA的标准电流传输到二次仪表(智能数字显示仪)或者DCL系统里从而显示PV值。在购买压力传感器需要提供安装方式、测量的是什么介质啊、需不需要带现场表头显示。Hart协调、485通讯等等。

  

1、测量的是什么样的压力介质?   
介质直接决定传感器的类型,隔膜型或者螺纹安装。黏性液体、泥浆会堵上压力接口,溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。以上这些因素将决定是否选择直接的隔离膜及直接与介质接触的材料。因此能够说出需要测量的是什么介质是很重要的。

2、需要哪种输出信号   
变送器一般有4-20毫安输出和0-5V输出,选择怎样的输出取决于多种因素,包括变送器与系统控制器或显示器间的距离,是否存在“噪声”或其他电子干扰信号,是否需要放大器,放大器的位置等。对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM设备采用mA输出的变送器为经济而有效的解决方法。 

  
3、现场环境需要传感器达到多高的精度   
决定精度的有,非线性,迟滞性,非重复性,温度、零点偏置刻度,温度的影响。但主要由非线性,迟滞性,非重复性,精度越高,价格也就越高。通常精度选择有0.075%、0.1%、0.2%、0.5%这几个之分,通常国产的精度可以达到0.1%,进口的可以达到0.075。

4、压力变送器传感器的测量范围也就是大压力值   
先确定系统中测量压力的大值,也就是传感器的测量范围。一般而言需要选择一个具有比大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中,尤其是水压测量和加工处理中,有峰值和持续不规则的上下波动,这种瞬间的峰值能破坏压力传感器。持续的高压力值或稍微超出变送器的标定大值会缩短传感器的寿命,这样做还会使精度下降。于是可以用一个缓冲器来降低压力毛刺,但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时要充分考虑压力范围、精度与其稳定性。通常一般的压力传感器可以负载3倍的压力。超压过高会有导致传感器损坏的可能性。量程选择过大,在测量实际压力值时会导致传感器显示不准确或没有反应。因此在选购一些参数是十分必要的。

压力传感器是工业实践中为常见的一种传感器,其广泛应用于各种自控环境,设计水利水电,铁路交通,只能建筑,生产自控,航空航天,军工,石化,油井,电力,船舶,机床,管道等众多行业。
 

压力传感器选型中的密封压和表压有什么区别:密封压力是指压力传感器的背压腔密封了一个标准大气压的参考压力,背压腔与大气压力相隔离,故采用密封压可以保持压力传感器较高的抗环境能力(例如:潮湿、大气压力流动等)。当测量表压时会受到大气压力的变化产生影响。但当测量较高量程的表压力时(例如350bar),大气压力变化的影响可以忽略不计,故密封压力产品常用在测量高压力量程的场所。
 

表压力是指压力传感器背压腔直接通大气,大的优势是测量表压时不受外界大气压力的变化影响,但抗环境能力相对弱一些。主要用在小压力量程的场所。
压力传感器是工业实践中为常用的一种传感器,而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的,这样的传感器也称为压电传感器。  

 

压力传感器原理:
我们知道,晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。某些晶体介质,当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机械力撤掉之后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出电的效应,这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。  

压电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。  在现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。  

压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传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。  

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量在膛中击发的一瞬间的膛压的变化冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。  

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。除了压电传感器之外,还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器,利用应变效应的应变式传感器等,这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料,在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

详细见解:贺德克压力传感器




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