ifm壓力傳感器，ifm壓力傳感器，IFM壓力傳感器/39529839/39529830：單榮兵
IFM壓力傳感器是工業(yè)實踐、儀器儀表控制中zui為常用的種傳感器， 壓力傳感器是工業(yè)實踐、儀器儀表控制中zui為常用的種傳感器，并廣泛應(yīng)用 于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、自控、航空航天、軍工、 于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、自控、航空航天、軍工、 石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多， 石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多，下面就簡單介紹些常用 傳感器原理及其應(yīng)用。 傳感器原理及其應(yīng)用。 力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、 力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、 壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、 壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感 器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器， 器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器，它具有 極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 1、應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用： 變片壓力傳感器原理與應(yīng)用： 在了解壓阻式力傳感器時，我們認(rèn)識下電阻應(yīng)變片這種元件。 在了解壓阻式力傳感器時，我們認(rèn)識下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變 片是種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為種電信號的敏感器件。 ifm壓力傳感器，ifm壓力傳感器，IFM壓力傳感器/39529839/39529830：單榮兵
片是種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為種電信號的敏感器件。它是壓阻式 應(yīng)變傳感器的主要組成部分之。 應(yīng)變傳感器的主要組成部分之。電阻應(yīng)變片應(yīng)用zui多的是金屬電阻應(yīng)變片和 半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。 半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。 通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上， 通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體 受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變， 受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變， 從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。 從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常 較小，般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大， 較小，般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大， 再傳輸給處理電路( CPU)顯示或執(zhí)行機構(gòu)。 再傳輸給處理電路(通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU)顯示或執(zhí)行機構(gòu)。 1．1、金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、 金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、 緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途， 緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè) 計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大， 計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時 應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用， 應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用ifm壓力傳感器，ifm壓力傳感器，IFM壓力傳感器/39529839/39529830：單榮兵
，使應(yīng)變片的阻值變化 太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高， 太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外 界的電磁干擾能力較差。般均為幾十歐幾十千歐左右。 界的電磁干擾能力較差。般均為幾十歐幾十千歐左右。 左右 1．2、電阻應(yīng)變片的工作原理：金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料 電阻應(yīng)變片的工作原理： 上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo) 體的電阻值可用下式表示： 體的電阻值可用下式表示： 式中： ——金屬導(dǎo)體的電阻率 Ω·cm2/m) 金屬導(dǎo)體的電阻率( 式中： ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率(Ω·cm2/m) S——導(dǎo)體的截面積(cm2) ——導(dǎo)體的截面積(cm2) 導(dǎo)體的截面積 L——導(dǎo)體的長度(m) ——導(dǎo)體的長度( 導(dǎo)體的長度 我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時， 我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都 會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變， 會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受 外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。 外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲 受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。 受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在 電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓)，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變壓力。 電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓)，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變壓力。 )，/39529839/39529830：單榮兵
即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變壓力 2、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用：抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓 陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用：抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞， 力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變， 力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶 瓷膜片的背面，連接成個惠斯登電路閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)， 瓷膜片的背面，連接成個惠斯登電路閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電 橋產(chǎn)生個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號， 橋產(chǎn)生個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn) 的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為 2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V 等，可以和應(yīng)變式傳 感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性， 感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳 相兼容 感器自帶溫度補償 0～70℃，并與大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。 70℃，并與大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。 陶瓷是種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。 陶瓷是種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷 的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃， 的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且 具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣緣程度>2kV，輸出信號強， 具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性 >2kV 好。高特性，格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有 高特性，格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向， 全面替代其它類型傳感器的趨勢， 全面替代其它類型傳感器的趨勢，在也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替 代擴散硅壓力傳感器。 代擴散硅壓力傳感器。 3、擴散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用：被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上 擴散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用： 原理及應(yīng)用 (不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻 不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移， )，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移 值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這變化， 值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這變化，并轉(zhuǎn)換輸出個對應(yīng)于這壓力的 標(biāo)準(zhǔn)測量信號。 標(biāo)準(zhǔn)測量信號。 /39529839/39529830：單榮兵
4、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用 利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件， 利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與 倫比的計量特性。 倫比的計量特性。 藍(lán)寶石系由單晶體緣體元素組成，不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象； 藍(lán)寶石系由單晶體緣體元素組成，不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán) 寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變； 寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和緣特性 以內(nèi))，因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件， )，因此 (1000 OC 以內(nèi))，因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化 不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性； 不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極 漂移，因此， 強；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無 p-n 漂移，因此，從根本上簡化了制 另外， 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件， 造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。 造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。 用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器， 用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在zui惡劣的工 作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。 作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。 表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成： 表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜 片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測量 印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片， 膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上( 膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的 接收膜片上 連接在起)。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅連接在起)。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶 )。在壓力的作用下 石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。 石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。 傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電， 傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn) 換為統(tǒng)的電信號輸出( 5V)。 )。在壓壓力傳感器和變送器 換為統(tǒng)的電信號輸出(0-5，4-20mA 或 0-5V)。在壓壓力傳感器和變送器 中，藍(lán)寶石薄片，/39529839/39529830：單榮兵
與陶瓷基極玻璃焊料連接在起，起到了彈性元件的作用， 藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在起，起到了彈性元件的作用， 將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。 將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。 5、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。 壓電材料包括有石英 其中石英(二氧化硅)是種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的， 其中石英(二氧化硅)是種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的， 在定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)直存在，但溫度超過這個范圍之后， 在定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電 性質(zhì)*消失(這個高溫就是所謂的“居里點”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場 性質(zhì)*消失(這個高溫就是所謂的“居里點”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場 變化微小(也就說壓電系數(shù)比較低)，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。 變化微小(也就說壓電系數(shù)比較低)，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。 )，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代 而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)， 而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比 較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體， 較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高 的濕度，所以在起)。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變 的濕度，所以在起)。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變 )。在壓力的作用下 被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化， 被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力 成正比。 成正比。 現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、 現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、 PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。 PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。 壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量， 壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量， 因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。 因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。 實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。 實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。 壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。 壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感 器是種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、 器是種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等 的加速度計 優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、 優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和 沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用， 沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航域中更有它的特殊地 位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。 壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。/39529839/39529830：單榮兵