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介绍几种测力传感器的原理与应用场景

时间:2021-11-17 点击次数:

介绍几种测力传感器的原理与应用场景:

应变压力传感器的原理及应用:压力传感器是工业实践中最常用的传感器,广泛应用于各种工业自动控制环境,涉及水利、水电、铁路交通、智能建筑、自动控制生产、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等行业。简要介绍了一些常用的传感器原理及其应用。

机械传感器有很多种,如电阻应变压力传感器、半导体应变压力传感器、压阻压力传感器、电感压力传感器、电容压力传感器、谐振压力传感器、电容加速度传感器等。但是压阻式压力传感器应用最广泛,价格极低,精度高,线性特性好。以下主要介绍这种传感器。

了解压阻力传感器时,首先要了解电阻应变片。电阻应变片是将被测件上的应变转换成电信号的敏感器件。

根据用途的不同,电阻应变片的电阻值可以由设计师设计,但要注意电阻值的范围:电阻值太小,驱动电流太大,应变片加热导致自身过高。在不同环境下使用,应变片的电阻值变化太大,输出零漂移明显,整个电路过于复杂。但是电阻过大,阻抗过高,抗外界电磁干扰能力差。一般在几十欧到几十千欧之间。

电阻应变片的工作原理:

众所周知,晶体是异性的,非晶体是同性的。当某些晶体介质沿一定方向机械力变形时,会产生极化效应;当机械力被移除时,会回到无电状态,即当受到压力时,某些晶体可能会产生电源效应,这就是所谓的极化效应。根据这一效应,科学家们开发了压力传感器。压电传感器中使用的主要压电材料包括应时酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中,应时(二氧化硅)是一种天然晶体,在其中发现了压电效应。在一定的温度范围内,压电性质一直存在,但当温度超过这个范围时,压电性质完全消失。由于应力的变化,电场变化很小(即压电系数相对较低),应时逐渐被其他压电晶体所取代。酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但只能在室温和湿度较低的环境中使用。磷酸二氢胺是一种能承受高温高湿度的人工晶体,因此得到了广泛的应用。

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械变形而变化,俗称电阻应变效应。金属导体的电阻值如下:

电阻率(ω)金属导体。cm2/m

导体截面积(cm2)

L-导体长度(m)

以金属丝应变电阻为例。当金属丝受到外力影响时,其长度和截面积会发生变化。从上面的公式很容易看出,它的电阻值会发生变化。如果金属丝受外力影响伸长,其长度会增加,截面积会减少,电阻值会增加。当金属丝被外力压缩时,长度减小,截面增加,电阻值减小。只需测量加在电阻上的变化(通常测量电阻两端的电压),就可以得到应变金属丝的应变。

陶瓷压力传感器的原理及应用:耐腐蚀陶瓷压力传感器没有液体传递,压力直接作用于陶瓷膜的前表面,导致膜微小变形。陶瓷膜背面印有厚膜电阻,连接惠斯通电桥(闭桥)。由于压敏电阻的压阻效应,桥梁产生与压力成正比的高线性电压信号,与激励电压成正比。根据压力范围的不同,标准信号标定为2.0/3.0/3.3mV/V。

陶瓷被公认为高弹性、耐腐蚀、耐磨、耐冲击和振动材料。

扩散硅压力传感器的原理及应用:工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,改变传感器的电阻值,用电子线检测变化,转换输出相应压力的标准测量信号。

蓝宝石压力传感器的原理及应用:采用应变电阻工作原理,硅蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石由单晶绝缘元素组成,无滞后、疲劳和蠕变;蓝宝石比硅更坚固,硬度更高,不怕变形;蓝宝石具有良好的弹性和绝缘特性(1000OC以内),因此硅蓝宝石制成的半导体敏感元件对温度变化不敏感,即使在高温条件下也具有良好的工作特性;蓝宝石具有很强的抗辐射特性;此外,硅蓝宝石半导体敏感元件无P-N漂移,焊接在钛合金测量膜上。被测压力传递到接收膜上(接收膜与测量膜用拉杆牢固连接)。钛合金接收膜在压力作用下变形。感知硅-蓝宝石敏感元件后,桥梁输出发生变化,变化幅度与被测压力成正比。

传感器电路可以保证应变桥电路的供电,将应变桥的不平衡信号转换成统一的电信号输出(0-5.4-20mA或0-5V)。在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片与陶瓷基玻璃焊料连接,起到弹性元件的作用,将被测压力转化为应变片变形,从而达到压力测量的目的。

压电压力传感器的原理及应用:压电传感器中使用的主要压电材料包括应时酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中,应时(二氧化硅)是一种天然晶体,在其中发现了压电效应。在一定的温度范围内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的中心点)。酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但只能在室温和湿度较低的环境中使用。磷酸二氢胺能承受高温和相当高的湿度,因此得到了广泛的应用。

当前,多晶体也采用了压电效应,如钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等。压电效应是压电传感器的主要工作原理。由于外力作用后的电荷只能在电路具有无限输入阻抗时保存,压电传感器不能用于静态测量。因此,压电传感器只能测量动态应力。

压力传感器主要用于测量加速度、压力和力。压电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、使用寿命长的优点。压电加速度传感器已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量,尤其是在航空和航天领域。可用于测量大压力或小压力。

压电传感器也广泛应用于生物医学测量中。例如,心室导管微音器是由压电传感器制成的。由于动态压力测量如此普遍,压电传感器被广泛使用。

深圳市力准传感技术有限公司是专业研发生产高品质、高精度力值测量传感器厂家。主要产品有微型传感器、拉力传感器、压力传感器、称重传感器、测力传感器、扭矩传感器、位移传感器、控制仪表、以及手持仪等力控产品达千余种。

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