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压力传感器

简介

通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器(pressuretransducer)。它是把压力信号转变为电压信号输出的传感器。通常把压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变,然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。
应用范围:一是用于气压的检测,包括进气真空度、大气压力、气缸内的气压及轮胎气压等;二是用于油压的检测,包括变速箱油压、制动阀油压及悬挂油压等。

特点

1.介质的腐蚀性如何,导电性如何。根据介质的这些属性选用相应类型的传感器。

2.介质温度范围如何,一是介质的经常性的温度范围为多少,根据此信息选择补偿温度与其范围一致的传感器,二是介质的最高温度范围,根据此信息选择使用温度范围一致的传感器。

3.若以上两点如果选择不正确,极有可能损害传感器甚至引起事故。

分类

压力传感器的类型多,目前比较常用的有压阻式压力传感器和压电式压力传感器两种。

1.压阻式压力传感器

压阻式压力传感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化,通过放大器放大并采用标准压力标定,即可进行压力检测。压阻式压力传感器的性能主要取决于压敏元件(即压敏电阻)、放大电路,以及生产中的标定和老化工艺。

压阻式传感器是用集成电路工艺技术,在硅片上制造出四个等值的薄膜电阻,并组成电桥电路。当不受力作用时,电桥处于平衡状态,无电压输出;当受到力作用时,电桥失去平衡,输出与应力成正比的电压。压阻式传感器的工作原理与传统的半导体应变式传感器的工作原理一样,都是基于半导体材料的压阻效应。

2.压电式压力传感器

压电式压力传感器原理基于压电效应。压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。压电式压力传感器的种类和型号繁多,按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上,由膜片将被测压力传递给压电元件,再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。

这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。压电材料最适合于研制这种压力传感器。石英是一种非常好的压电材料,压电效应就是在它上面发现。目前比较有效的办法是选择适合高温条件的石英晶体切割方法。

常见故障

1.是变送器与指针式压力表对照偏差大。出现偏差是正常的现象,确认正常的偏差范围即可;

2.压力上去,变送器输上不去。出现此情况,应先检查压力接口是否漏气或者被堵住,如果确认不是,检查接线方式和检查电源,如电源正常则进行简单加压看输出是否变化,或者察看传感器零位是否有输出,若无变化则传感器已损坏,可能是仪表损坏或者整个系统的其他环节的问题;

3.加压变送器输出不变化,再加压变送器输出突然变化,泄压变送器零位回不去,很有可能是压力传感器密封圈的问题。

常见的是由于密封圈规格原因,传感器拧紧之后密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器,加压时压力介质进不去,但在压力大时突然冲开密封圈,压力传感器受到压力而变化。排除这种故障的最佳方法是将传感器卸下,直接察看零位是否正常,若零位正常可更换密封圈再试;

4.变送器输出信号不稳。这种故障有肯是压力源的问题。压力源本身是一个不稳定的压力,很有可能是仪表或压力传感器抗干扰能力不强、传感器本身振动很厉害和传感器故障;

5.微差压变送器安装位置对零位输出的影响。微差压变送器由于其测量范围很小,变送器中传感元件会影响到微差压变送器的输出。

压力传感器的主要性能参数

1.损坏压力

损坏压力是指能够加工在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。

2.额定压力范围

额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间,传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。

3.最大压力范围

最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力,且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器,为提高线性和温度特性,一般都大幅度减小额定压力范围。因此,即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2-3倍。

4.线性度

线性度是指在工作压力范围内,传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。

5.温度范围

压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿,精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。

6.压力迟滞

为在室温下及工作压力范围内,从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时,传感器输出之差。

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