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基于电磁原理压力传感器的相关知识

时间:2021-01-23 点击次数:

基于电磁原理的各种传感器统称为感应压力传感器、霍尔压力传感器、涡流压力传感器等。

感应式压力传感器的工作原理是,由于磁性材料和磁导率的不同,当压力作用在膜片上时,气隙大小发生变化,气隙的变化影响线圈电感的变化。处理电路可以将电感的变化转化为相应的信号输出,从而达到测量压力的目的。根据磁路的变化,压力传感器可分为变磁阻和变磁导率两种类型。感应式压力传感器的优点是灵敏度高,测量范围宽。缺点是不能应用于高频动态环境。

压力传感器

可变磁阻压力传感器的主要部件是铁芯和膜片。它们之间的气隙形成了磁路。有压力时,气隙变化,也就是磁阻变化。如果在铁芯线圈上施加一定的电压,电流会随着气隙的变化而变化,从而测量压力。

当磁通密度较高时,铁磁材料的磁导率不稳定,可以用变磁导率压力传感器来测量。可变磁导率压力传感器使用可移动的磁性元件代替铁芯,压力的变化导致磁性元件的移动,从而磁导率发生变化,从而获得压力值。

霍尔压力传感器是基于一些半导体材料的霍尔效应。霍尔效应是指固体导体置于磁场中,有电流通过时,导体中的电荷载流子被洛伦兹力偏置到一侧,进而产生电压(霍尔电压)的现象。电压引起的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性,可以证明导体内部的电流是由带负电的粒子(自由电子)运动引起的。

对导体施加垂直于电流方向的磁场,会使导体中的电子受到洛伦兹力的作用而聚集,从而产生电子聚集方向的电场。这个电场会使后面的电子在电力的作用下,平衡磁场产生的洛仑兹力,使后面的电子可以顺利通过而不产生偏差,这就是所谓的霍尔效应。产生的内置电压称为霍尔电压。

磁场为交变磁场时,霍尔电动势也是同频率的交变电动势,建立霍尔电动势的时间极短,因此其响应频率高。理想霍尔元件的材料需要更高的电阻率和载流子迁移率,以获得更大的霍尔电动势。常用的霍尔元件的材料多为半导体或多层半导体结构材料。

基于涡流效应的压力传感器。涡流效应是由运动磁场和金属导体的相交引起的,或者是由运动金属导体和磁场的垂直相交引起的。总之是电磁感应效应造成的。这个动作会在导体中产生电流。

涡流特性使涡流检测具有零频率响应,因此涡流压力传感器可用于静电力检测。

振弦式压力传感器是一种频率敏感型传感器,这种频率测量精度很高,因为时间和频率是可以精确测量的物理参数,在频率信号的传输过程中可以忽略电缆电阻、电感、电容等因素的影响。同时,振弦压力传感器还具有抗干扰能力强、零点漂移小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能稳定、数据传输、处理和存储方便、易于实现仪器数字化等优点,因此振弦压力传感器也可以成为传感技术的发展方向之一。

振弦式压力传感器的敏感元件是绷紧的钢绳,敏感元件的固有频率与张力有关。弦的长度是固定的,弦振动频率的变化可以用来测量张力,即输入是力信号,输出是频率信号。振弦压力传感器由上下两部分组成,下部主要由敏感元件组成。上部组件为铝壳,内装电子模块和接线端子,分为两个腔室,接线时不会影响电子模块腔室的密封性。

振弦式压力传感器可选择电流输出型和频率输出型。振弦压力传感器处于工作模式,振弦以其共振频率不断振动。当测得的压力改变时,频率也会改变。这个频率信号可以通过转换器转换成4~20mA的电流信号。

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