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Una breve discussione sui sensori di pressione
Tempo di rilascio：2018-11-23 fonte：Jinan Hengsi Shanda Instrument Co., Ltd. Sfoglia：
1. Principi e applicazioni di sensori di pressione ceramica
Il sensore di pressione ceramica resistente alla corrosione non ha trasmissione liquida. La pressione agisce direttamente sulla superficie anteriore del diaframma ceramico, causando la produzione del diaframma. La spessa resistenza al film è stampata sul retro del diaframma in ceramica e collegata a un ponte di Wheatstone (ponte chiuso). A causa dell'effetto piezoresistivo del varistore, il ponte produce un segnale di tensione altamente lineare proporzionale alla pressione ed è anche proporzionale alla tensione di eccitazione. Il segnale standard è calibrato come 2,0 / 3.0 / 3,3 mV / V secondo l'intervallo di pressione, ecc., Che può essere compatibile con il sensore di deformazione. Attraverso la calibrazione laser, il sensore ha stabilità e stabilità del tempo ad alta temperatura. Il sensore viene fornito con una compensazione della temperatura da 0 a 70 ° C e può essere in contatto diretto con la maggior parte dei supporti.
La ceramica è riconosciuta come materiale altamente elastico, resistente alla corrosione, resistente all'usura, resistente all'impatto e resistente alle vibrazioni. Le caratteristiche di stabilità termica della ceramica e la sua spessa resistenza al film possono rendere il suo intervallo di temperatura operativa fino a -40 ~ 135 ℃ e ha un'elevata precisione e un'elevata stabilità per la misurazione. Il grado di isolamento elettrico è> 2KV, il segnale di uscita è forte e la stabilità a lungo termine è buona. I sensori ceramici ad alto contenuto caratteristico e a basso prezzo saranno la direzione di sviluppo dei sensori di pressione. C'è una tendenza alla sostituzione completa di altri tipi di sensori nei paesi europei e americani. In Cina, sempre più utenti usano sensori di ceramica per sostituire i sensori di pressione del silicio a diffusione.
2. Principi e applicazione del sensore di pressione del calibro di deformazione
Esistono molti tipi di sensori meccanici, come sensori di pressione del calibro di deformazione resistenti, sensori di pressione del calibro a semiconduttore, sensori di pressione piezoresistiva, sensori di pressione induttiva, sensori di pressione capacitiva, sensori di pressione risonante e sensori di accelerazione capacitiva. Tuttavia, il sensore di pressione piezoresistivo ampiamente utilizzato è un sensore di pressione piezoresistenti, che ha un prezzo estremamente basso, un'elevata precisione e buone caratteristiche lineari. Di seguito introduciamo principalmente questo tipo di sensore.
Quando si capisce i sensori di forza piezoresistiva, comprendiamo prima l'elemento come un calibro di deformazione resistivo. Il manometro resistivo è un dispositivo sensibile che converte la variazione della deformazione sulla parte che viene misurata in un segnale elettrico. È uno dei componenti principali dei sensori di deformazione piezoresistenti. Il calibro di deformazione di resistenza è principalmente utilizzato nell'indicatore di deformazione di resistenza al metallo e nel cuscinetto di deformazione dei semiconduttori. Esistono due tipi di manometri di resistenza al metallo: calibri filamentosi e manometri in foglio di metallo. Di solito, l'indicatore di deformazione è strettamente legato alla matrice meccanicamente tesa attraverso un adesivo speciale. Quando lo stress della matrice cambia, il calibro di deformazione di resistenza si deforma anche insieme, causando il cambiamento del valore di resistenza dell'indicatore di deformazione, cambiando così la tensione applicata alla resistenza. Il cambio di resistenza di questo calibro di deformazione quando è soggetto a stress è generalmente piccolo. In generale, questo calibro di deformazione forma un ponte di deformazione e viene amplificato attraverso gli amplificatori di strumentazione successivi e quindi trasmesso al display o all'attuatore del circuito di elaborazione (di solito conversione A/D e CPU).
La struttura interna del calibro di deformazione della resistenza al metallo
Come mostrato nella Figura 1, è un diagramma strutturale del calibro di deformazione di resistenza, che consiste nel materiale della matrice, nel filo di deformazione del metallo o sul foglio di deformazione, il foglio di protezione isolante e il filo di piombo. A seconda di diversi usi, il valore di resistenza del calibro di deformazione di resistenza può essere progettato dal progettista, ma si deve notare l'intervallo di valori della resistenza: il valore di resistenza è troppo piccolo, la corrente di guida richiesta è troppo grande e il riscaldamento del calibro di deformazione fa sì che la temperatura sia troppo elevata. Utilizzato in diversi ambienti, il valore di resistenza del calibro di deformazione cambia troppo, la deriva zero di uscita è evidente e il circuito di regolazione zero è troppo complicato. La resistenza è troppo grande e l'impedenza è troppo alta e la capacità di resistere alle interferenze elettromagnetiche esterne è scarsa. In generale, si tratta di decine di euro a decine di migliaia di euro.
Come funziona il calibro di deformazione di resistenza
Il principio di funzionamento del calibro di deformazione della resistenza al metallo è il fenomeno che la resistenza alla deformazione cambia con la deformazione meccanica sul materiale del substrato, comunemente noto come effetto di deformazione di resistenza. Il valore di resistenza di un conduttore metallico può essere espresso dalla seguente formula:
Dove: ρ— - Resistività del conduttore metallico (ω ・ cm2/m)
S-L'area trasversale del conduttore (CM2)
L-lunghezza del conduttore (M)
Prendiamo la resistenza alla deformazione del filo come esempio. Quando il filo è sottoposto a forza esterna, la sua lunghezza e la sezione trasversale cambieranno. Dalla formula sopra, si può facilmente vedere che il suo valore di resistenza cambierà. Se il filo è sottoposto a forza esterna e si estende, la sua lunghezza aumenterà e l'area della sezione trasversale diminuirà e il valore di resistenza aumenterà. Quando il filo viene compresso dalla forza esterna, la lunghezza diminuisce e la sezione trasversale aumenta e il valore di resistenza diminuisce. Finché viene misurata la variazione applicata alla resistenza (di solito misura la tensione attraverso la resistenza), è possibile ottenere la condizione di deformazione del filo di deformazione.
3. Principio e applicazione del sensore di pressione del silicio di diffusione
Come funziona
La pressione del mezzo da testare agisce direttamente sul diaframma del sensore (acciaio inossidabile o ceramica), causando il cambiamento del diaframma del diaframma e convertire un segnale di misura standard, causando un segnale di resistenza al sensore corrispondente a questa pressione.
Diagramma schematico
4. Principio e applicazione del sensore di pressione di zaffiro
Usando il principio di funzionamento della resistenza alla deformazione, il silicio-uphire viene usato come componenti sensibili a semiconduttore, con caratteristiche metrologiche senza pari.
Il sistema di zaffiro è composto da singoli elementi di isolante cristallino e non causerà isteresi, affaticamento e creep; Lo zaffiro è più forte del silicio, con maggiore durezza e nessuna paura di deformazione; Lo zaffiro ha ottime caratteristiche elastiche e isolanti (entro 1000 OC). Pertanto, i componenti sensibili ai semiconduttori realizzati in silicio-uphire sono insensibili alle variazioni di temperatura e hanno buone caratteristiche di lavoro anche in condizioni di alta temperatura; Lo zaffiro ha una resistenza alle radiazioni estremamente forte; Inoltre, i componenti sensibili ai semiconduttori al silicio non hanno una deriva P-N, quindi semplificano fondamentalmente il processo di produzione, migliorano la ripetibilità e garantiscono un elevato rendimento.
I sensori di pressione e i trasmettitori realizzati in componenti sensibili al semiconduttore in silicio-umorato possono funzionare normalmente in condizioni di lavoro difficili e avere un'elevata affidabilità, una buona accuratezza, un errore di temperatura estremamente ridotto e prestazioni elevate dei costi.
Il sensore di pressione del calibro e il trasmettitore sono composti da due diaframmi: una lega di titanio che misura il diaframma e una lega di titanio che riceve diaframma. Un foglio di zaffiro stampato con un circuito del ponte sensibile alla deformazione eteroepitassiale è stato saldato su un diaframma di misurazione in lega di titanio. La pressione misurata viene trasferita nel diaframma ricevente (il diaframma ricevente e il diaframma di misurazione sono saldamente collegati insieme a un tiraggio). Sotto l'azione della pressione, la lega di titanio che riceve la deformazione del diaframma. Dopo che la deformazione è stata rilevata dall'elemento sensibile al silicio sullo-apparita, la sua uscita del ponte cambierà e l'ampiezza della variazione è proporzionale alla pressione misurata.
Il circuito del sensore può garantire l'alimentazione del circuito del ponte di deformazione e convertire il segnale sbilanciato del ponte di deformazione in un'uscita del segnale elettrico unificato (0-5, 4-20 mA o 0-5 V). Nel sensore e del trasmettitore di pressione assoluta, il foglio di zaffiro è collegato alla saldatura del vetro di base ceramica e funge da elemento elastico, convertendo la pressione misurata in deformazione del calibro di deformazione, raggiungendo così lo scopo della misurazione della pressione.
5. Principi e applicazioni di sensori di pressione piezoelettrica
I materiali piezoelettrici utilizzati principalmente nei sensori piezoelettrici includono quarzo, tartrato di sodio di potassio e diidroamina fosfato. Tra questi, il quarzo (silice) è un cristallo naturale e l'effetto piezoelettrico si trova in questo cristallo. All'interno di un certo intervallo di temperatura, le proprietà piezoelettriche esistono sempre, ma dopo che la temperatura supera questo intervallo, le proprietà piezoelettriche scompaiono completamente (questa temperatura elevata è il cosiddetto "punto cury"). Poiché il campo elettrico cambia leggermente con il cambiamento di sollecitazione (ovvero il coefficiente piezoelettrico è relativamente basso), il quarzo viene gradualmente sostituito da altri cristalli piezoelettrici. Il tartrato di sodio di potassio ha un'ottima sensibilità piezoelettrica e coefficiente piezoelettrico, ma può essere utilizzato solo in ambienti con temperatura e umidità relativamente bassa. Il fosfato di diidroamina è un cristallo artificiale che può resistere a temperature elevate e umidità piuttosto elevata, quindi è stato ampiamente utilizzato.
I sensori piezoelettrici sono utilizzati principalmente nella misurazione dell'accelerazione, della pressione e della forza. Il sensore di accelerazione piezoelettrica è un accelerometro comunemente usato. Ha caratteristiche eccellenti come struttura semplice, dimensioni ridotte, peso leggero e durata di lunga durata. I sensori di accelerazione piezoelettrica sono stati ampiamente utilizzati nelle misurazioni delle vibrazioni e dell'impatto di aeromobili, automobili, navi, ponti ed edifici, specialmente nei campi dell'aviazione e dell'aerospaziale. I sensori piezoelettrici possono anche essere utilizzati per misurare la pressione di combustione e la misurazione del vuoto all'interno del motore. Può anche essere usato nell'industria militare, ad esempio, per misurare il cambiamento nella pressione della camera della pistola e la pressione dell'onda d'urto del muso al momento la pistola viene sparata nella camera. Può essere usato per misurare sia la pressione grande che la piccola pressione.
Ora l'effetto piezoelettrico viene anche applicato a policristalli, come l'attuale ceramica piezoelettrica, tra cui ceramica piezoelettrica di ceramica piezoelettrica, ecc.
L'effetto piezoelettrico è il principale principio di lavoro dei sensori piezoelettrici. I sensori piezoelettrici non possono essere utilizzati per misurazioni statiche perché le cariche dopo le forze esterne vengono conservate solo quando il circuito ha un'impedenza di ingresso infinita. Questo non è il caso della realtà, quindi questo determina che il sensore piezoelettrico può solo misurare lo stress dinamico.
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