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能够感知压力信号的敏感器件,而且能够把压力信号转换成能够进行自动化控制的电信号。传感器主要是把非电量信号转换成电信号。
压力传感器检测技术是以获取压力信号,同时再经一些转换电路,进行显示或提供给控制电路,以达到过程控制的目的装置。以压力传感器制作的压力控制装置一般称为电子称重系统,电子称重系统作为各种工业过程中物料流动的在线控制工具显得越来越重要。电子称重系统既能组合在产品制造过程中优化生产,提高产品质量,又能把有关生产过程中物料流动的数据加以采集并传送到数据处理中心。
压力传感器在称重系统中的特点采用称重传感器的电子称重系统中,基本上是测量质量受到地球引力作用而产生的力。由于引力随海拔高度而变化,当电子秤应用在引力不同的地方时,只要对该秤重系统进行新的校准即可。由于电子称重传感器的压缩量通常可以忽略不计,因而在实践中可以安装在运输过程中的任何地方。
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第二章 压力传感器
2.1压力传感器的特点
1.传感器的量程和功能都得到了进一步扩展,能实现对基本参数和特殊参数的测量和满足不同场合的需要。 2.传感器的灵敏度和测量精度也同时得到了提高,对于微弱信号测量,各种信号的校正和补偿都可以实现,测量数据可以根据需要进行存储。
3.数据测量的稳定性和可能性得到提升,减小外界环境对压力传感器输出干扰,可以对测量有选择性地进行。 4.能够实现自我诊断功能,对发生故障的部位能及时且准确地进行锁定,故障状态迅速识别,解决一些通过硬件不能实现的问题。
5.信号输出形式和接口选择更为多样,通信距离得到更大提高。
2.2常见的压力传感器
2.2.1 、应变片压力传感器原理
力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。 在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一
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下电阻应变片这种元件。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。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常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,当基体受力发生应力变化时,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电桥并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路。通常是A/D 转换和CPU 显示或执行机构。
电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:式中ρ——金属导体的电阻率Ω。cm2/m
S ——导体的截面积cm2 L ——导体的长度m
2.2.2 、陶瓷压力传感器原理
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),
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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。
2.2.3 、扩散硅压力传感器原理
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。
2.2.4 、蓝宝石压力传感器
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。
2.2.5 、压电压力传感器原理
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。
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在电子称重系统中,称重传感器的主要特点是把作用在它上面的被测力,自动而准确地转换成相应的电信号。压力传感器根据制作原理不同可以分为压电式、电容式、霍尔式、压磁式、振弦式和应变式等,虽然能够感知压力的传感器很多,但并不是所有的压力传感器都能够在电子称重系统中很好的应用,特别是动态的称重系统。在称重的过程自动化控制中,要求压力传感器不仅能感知重力信号,而且其性能必须可靠,动态响应性要好、抗干扰性能要好;压力传感器提供的信号经检测系统可以直接显示、记录打印、存储或用于反馈调节控制。
压力传感器与转换电路相结合的电子称重系统称重传感器把机械力转换成一个电气量,如电阻的变化、磁性的变化或频率的变化等。由称重传感器输出来的电信号经放大和处理后,在模拟指针仪表或记录器上给出偏转量,或通过模
数
转换后在数字显示器上显示,或同时输入到电子数据处埋系统。
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