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五种常见类型压力传感器的原理及应用

发布时间:2019-07-31 12:54

  应变片,电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。压阻式压力传感器是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变

  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。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。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。

  扩散硅压力传感器工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

  蓝宝石压力传感器是利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成,不会发生滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要坚固,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性(1000 OC以内),因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外,硅 -蓝宝石半导体敏感元件,无p-n漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器,可在最恶劣的工作条件下正常工作,并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

  压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。

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  PGA300器件提供了一个适用于压阻式和应力计压感元件的接口。该器件具有可编程模拟前端(AFE),模数转换器(ADC)和数字信号处理功能。这是一套完整的片上系统(SoC)解决方案,可直接连接传感元件。此外,PGA300器件还集成了稳压器和振荡器,最大程度地减少了解外部组件数。该器件采用三阶温度和非线性补偿实现高精度。凭借单线制串行接口(OWI),可以通过电源引脚实现外部通信,从而简化系统校准过程。集成DAC支持绝对电压,比例电压以及4mA至20mA的电流回路输出。 特性 模拟特性 适用于阻性桥式传感器的模拟前端 传感器灵敏度可调节范围:1mV /V至135mV /V 片上温度传感器 可编程增益 适用于信号通道的16位Σ-Δ模数转换器 适用于温度通道的16位Σ-Δ模数转换器 14位输出数模转换器(DAC) 数字特性 整个温度范围内的FSO精度< 0.1% 系统响应时间< 220μs 三阶偏移,增益和非线性温度补偿 诊断功能 集成EEPROM用于存储器件操作,校准数据和用户数据 外设特性 单线接口,可通过电源引脚进行通信,无需额外使用线mA电流回路接口 比例电压输出和绝对电压输出 电源管理控制 模拟低压检测 ...



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