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常見壓力變送器的類型介紹

常見壓力變送器的類型介紹

     壓力變送器是能感受壓力信號,并能將壓力信號轉化為可輸出的電信號的器件,常用的壓力傳感器有那些呢?電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器,光纖壓力傳感器等。隨著半導體技術的發展,半導體壓力傳感器也應運而生。特別是隨著MEMS技術的發展,半導體傳感器向著微型化發展,擴散硅敏感元件是在硅基片上激光修正制成電橋, 通過壓力作用在膜片上使膜片產生位移,通過膜盒的硅油壓力傳導在硅基片上 ,其特點是體積小、質量輕、高品質低價位、 準確度高、溫度特性好。

 

 

    一、壓電壓力傳感器

  壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應,利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量,再進行相關測量工作的測量精密儀器,比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中,原因是受到外力作用后的電荷,當回路有無限大的輸入抗阻的時候,才可以得以保存下來。但是實際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是:磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。

 

  二、壓阻壓力傳感器

  壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應,壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同于上述壓電效應,壓阻效應只產生阻抗變化,并不會產生電荷。大多數金屬材料與半導體材料都被發現具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大于金屬。由于硅是現今集成電路的主要,以硅制作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變,而且也來自材料本身與應力相關的電阻,這使得其程度因子大于金屬數百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布,進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量的變化。在P型硅中,此現象變得更復雜,而且也導致等效質量改變及電洞轉換。

 

  三、電容式壓力傳感器

  電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件,將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極,當薄膜感受壓力而變形時,薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化,通過測量電路即可輸出與電壓成一定關系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器,可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。結構簡單 過載能力強 可靠性好 測量精度高等優點。

 

  四、電磁壓力傳感器

  主要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。

 

  1、電感壓力傳感器

 ?、匐姼惺綁毫鞲衅魇怯捎诖判圆牧虾痛艑什煌?,當壓力作用于膜片時,氣隙大小發生改變,氣隙的改變影響線圈電感的變化,處理電路可以把這個電感的變化轉化成相應的信號輸出,從而達到測量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種:變磁阻和變磁導。電感式壓力傳感器的優點在于靈敏度高、測量范圍大;缺點就是不能應用于高頻動態環境。

 ?、谧兇抛枋綁毫鞲衅髦饕考氰F芯跟膜片。它們跟之間的氣隙形成了一個磁路。當有壓力作用時,氣隙大小改變,即磁阻發生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓,電流會隨著氣隙的變化而變化,從而測出壓力。

 ?、墼诖磐芏雀叩膱龊?,鐵磁材料的導磁率不穩定,這種情況下可以采用變磁導式壓力傳感器測量。變磁導式壓力傳感器用一個可移動的磁性元件代替鐵芯,壓力的變化導致磁性元件的移動,從而磁導率發生改變,由此得出壓力值。

 

  2、霍爾壓力傳感器

 ?、倩魻枆毫鞲衅魇腔谀承┌雽w材料的霍爾效應制成的?;魻栃侵府敼腆w導體放置在一個磁場內,且有電流通過時,導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊,繼而產生電壓(霍爾電壓)的現象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性,可證實導體內部的電流是由帶有負電荷的粒子(自由電子)之運動所造成。

 ?、谠趯w上外加與電流方向垂直的磁場,會使得導線中的電子受到洛倫茲力而聚集,從而在電子聚集的方向上產生一個電場,此電場將會使后來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力,使得后來的電子能順利通過不會偏移,此稱為霍爾效應。而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。

 ?、郛敶艌鰹橐唤蛔兇艌鰰r,霍爾電動勢也為同頻率的交變電動勢,建立霍爾電動勢的時間極短,故其響應頻率高。理想霍爾元件的材料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率,以便獲得較大的霍爾電動勢。常用霍爾元件的材料大都是半導體,包括N型硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦InAs)、鍺(Ge)、砷化鎵GaAs)及多層半導體質結構材料,N型硅的霍爾系數、溫度穩定性和線性度均較好,砷化鎵溫漂小。

 

  3、電渦流壓力傳感器

 

  基于電渦流效應的壓力傳感器。電渦流效應是由一個移動的磁場與金屬導體相交,或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生。簡而言之,就是電磁感應效應所造成。這個動作產生了一個在導體內循環的電流。電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應等特性,因此電渦流壓力傳感器可用于靜態力的檢測。

 

 

 

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