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七种常见的压力传感器

发布时间:2021-04-16 点击:4118 来源:青罗智能
 
一、扩散硅压力传感器
扩散硅压力传感器是以单晶硅为基础,采用现阶段离子注入工艺和微机械加工工艺,制成了具有惠斯顿电桥和精密力学结构的硅敏感元件。被测压力通过压力接口作用在硅敏感元件上,实现了所加压力与输出信号的线性转换,经激光修调的厚膜电阻网络补偿了敏感元件的温度性能。
扩散硅压力传感器采用带不锈钢隔离膜的扩散硅压阻式压力传感器作为信号测量元件,信号处理电路位于不锈钢壳体内,传感器信号经过专业信号调整电路转换成标准4-20mA电流或RS485信号输出。扩散硅压力传感器广泛应用于石油、化工、冶金、电力等工业过程控制测量和控制。
扩散硅压力传感器不能与腐蚀性或过热的介质接触。
 
二、应变式压力传感器
应变式压力传感器是一种传感装置,是利用弹性敏感元件和应变计将被测压力转换为相应电阻值变化的压力传感器,按弹性敏感元件结构的不同,应变式压力传感器大致可分为应变管式、膜片式、应变梁式和组合式4种。
应变式压力传感器压力传感器中应用比较多的一种传感器,它一般用于测量较大的压力。应变式压力传感器主要用来测量流动介质动态或静态压力,如广泛应用于称重、测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力,以及各种领域中的流体压力等。
 
三、溅射薄膜压力传感器
溅射薄膜压力传感器是近二十余年来薄膜技术与半导体技术综合而发展起来的高稳定品种。它的压力敏感芯体是利用离子束溅射成膜设备在高强度耐蚀不锈钢沉淀绝缘及敏感薄膜,取代传统粘贴式有机化合基底及金属敏感栅,然后溅射保护膜保护敏感膜而形成的。其次薄膜压力传感器是通过激光焊接或等离子焊接的办法将敏感芯体和不锈钢压力接嘴焊接成一个整体,因此溅射薄膜压力传感器具有以下特点:
1、溅射膜压力传感器温度特性好,薄膜压力传感器由于采用半导体工艺技术和激光调阻技术,利用电桥自补偿特性,在-200℃∽400℃全温区范围内温漂小于0.02%/℃。
2、溅射膜压力传感器长期稳定性好、工作温度宽、精度高、重复性好, 由于绝缘膜和基底、敏感膜与绝缘膜之间是直接在高真空环境内淀积在一起,各薄膜层间是原子力的结合,消除了粘贴胶带来的蠕变影响,同时敏感膜在高真空环境内得到二氧化硅保护膜保护,故特点是精度高、重复性好、长期稳定性好,工作温度宽(通过不同的设计可以达到耐温-200℃∽400℃的压力敏感芯体)。可长期在高温高压下工作。
3、溅射膜压力传感器测量真实、频响高 ,由于压力介质直接作用在耐蚀不锈钢敏感芯体上,无隔离膜和充灌液,因此测量真实、频响高。通过设计频响可达20KHZ以上。 溅射薄膜压力传感器非常适合大量称压力的测量,但是,在压力量程400KPA以下,一般不适合使用溅射薄膜压力传感器。
4、溅射膜压力传感器耐高强度震动和冲击、不泄漏、耐腐蚀,由于薄膜压力传感器是通过激光焊接或等离子焊接的办法将敏感芯体和不锈钢压力接嘴焊接成一个整体,因此溅射薄膜压力传感器没有任何“O”型橡胶密封圈,也没有充硅油,压力介质直接作用在耐蚀不锈钢敏感芯体上,产品经得起高强度的震动和冲击,绝无泄漏的危险。
 
四、粘贴应变式(应变片)压力传感器
溅粘贴应变式(应变片)压力传感器诞生已半个世纪,是最早生产的压力传感器类型。其原理缺陷是采用有机高分子基底与粘胶,不耐高温且长期稳定性差,蠕变大,一般用于低价位,要求不高的测量系统。半导体扩散硅压阻式压力传感器是采用半导体工艺在硅片上扩散制成敏感元件,经引线、充硅油封装成压力敏感芯体。将压力敏感芯体通过“O”型橡胶密封圈封装到压力接嘴内形成压力传感器。它的工作原理是:当压力作用到敏感芯体时引起扩散电阻的电阻率变化从而引起敏感电阻的变化,实现压力变化转换成电信号的变化。产品优点是适于大批量生产、成本低、输出大、适于微压、低压品种。但缺点也很突出,首先由于它的敏感电阻是由半导体硅扩散而成,因此它的电阻温度系数极差,当温度超过85℃温度补偿非常困难,低于-45℃时扩散硅的电阻率变化及大且无规律,无法满足环境耐温要求。其次由于半导体硅的易脆性以及采用隔离膜充硅油封装的原因,产品不能抗高强度的震动和冲击,频率响应也较低。
 
五、陶瓷压力传感器
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。
陶瓷压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体,采用95%的AL2O3瓷精加工而成,要求平整、均匀、质密,其厚度与有效半径视设计量程而定。瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆料,通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起,形成周边固支的感力杯状弹性体,即在陶瓷的周边固支部分应形成无蠕变的刚性结构。在陶瓷膜片上表面,即瓷杯底部,用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙,通过限位可防止膜片过载时因过度弯曲而破裂,形成对传感器的抗过载保护。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
过程控制、环境控制、液压和气动设备、伺服阀门和传动、化学制品和化学工业及医用仪表等众多领域。
热喷涂耐高温陶瓷涂层最能体现热喷涂技术特点,应用效果最突出,是影响最大的一个应用领域。
 
六、 单晶硅压力/差压变送器
单晶硅压力/差压变送(MonocrystallineSiliconPressureTransmitter)用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度、压力,然后将其转变成4-20mAHART电流信号输出,也可与HART375或BST Modem相互通信,通过他们进行参数设定、过程控制。与传统压力变送器的区别在于它使用的是纳米单晶硅作为传感器材料。
传感器模块采用全焊接技术,内部拥有一个整体化的过载膜片,一个压力传感器和一个温度传感器。温度传感器作为温度补偿的参考值。压力传感器的正压侧与传感器膜盒的高压腔相连,传感器的负压侧与传感器膜盒的低压腔相连,压力通过隔离膜片和填充液,传递给传感器内的硅芯片,使压力传感器的芯片的阻值发生变化,从而导致检测系统输出电压变化。该输出电压与压力变化成正比,再由适配单元和放大器转化成一标准化信号输出。
压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件,在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺,在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥路,单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化,再由桥式电路获得相应的电压输出信号。
 
七、电容式压力传感器(capacitive type pressure transducer)
电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。特点是,输入能量低,高动态响应,自然效应小,环境适应性好。
它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它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它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
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