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电容式和压电式压力传感器测量金属膜片的电容变化

发表时间:2022-09-13 18:11【 阅读量:-查看手机网址
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 由于必须测量压力的条件、范围和材料多种多样,因此存在许多不同类型的压力传感器设计。通常压力可以转换为一些中间形式,例如位移。然后,传感器将此位移转换为电输出,例如电压或电流。这种形式的三种最常见的压力传感器是应变计、可变电容和压电传感器。


 在所有压力传感器中,惠斯通电桥(基于应变)传感器是最常见的,提供满足不同精度、尺寸、耐用性和成本限制的解决方案。桥式传感器用于高压和低压应用,可以测量绝压、表压或差压。所有桥式传感器都使用应变片和隔膜(下图)。

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 当压力变化导致膜片偏转时,应变片上的电阻也会发生相应的变化,这可以通过数据采集(DAQ)系统进行测量。这些应变计压力传感器有几个不同的品种:粘合应变计、溅射应变计和半导体应变计。


 在粘合应变计压力传感器中,金属箔应变计实际上是粘合或粘合到测量应变的表面上。这些粘合箔应变计(BFSG)多年来一直是行业标准,并因其对压力变化和大工作温度的快速1000 Hz响应时间而继续使用。


 溅射应变计制造商将一层玻璃溅射到膜片上,然后将薄金属膜应变计沉积到换能器的膜片上。溅射应变计传感器实际上在应变计元件、绝缘层和传感膜片之间形成分子键。这些仪表最适合长期使用和恶劣的测量条件。


 集成电路制造商已开发出特别易于使用的复合压力传感器。这些设备通常采用半导体膜片,其上生长有半导体应变仪和温度补偿传感器。适当的信号调节包括在集成电路的形式中,该集成电路提供与指定范围内的压力成线性比例的直流电压或电流。


 如果这两个金属板之间的距离发生变化,那么两个金属板之间的电容就会发生变化。可变电容压力传感器(下图)测量金属膜片和固定金属板之间的电容变化。这些压力传感器通常非常稳定和线性,但对高温敏感,并且比大多数压力传感器设置起来更复杂。

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 压电压力传感器(下图)利用石英等天然晶体的电气特性。这些晶体在受到压力时会产生电荷。压电压力传感器不需要外部激励源并且非常坚固。然而,传感器确实需要电荷放大电路,并且非常容易受到冲击和振动的影响。

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 压力测量应用中传感器故障的一个常见原因是动态效应,它可能会使传感器过载。过载压力传感器的一个典型例子是水锤。当快速流动的流体由于阀门关闭而突然停止时,就会发生这种情况。流体的动量突然停止,这会导致流体被限制在其中的血管的微小伸展。这种拉伸会产生一个压力峰值,可能会损坏压力传感器。为了减少“水锤”的影响,传感器通常在传感器和压力管路之间安装一个缓冲器。


 缓冲器通常是网状过滤器或烧结材料,允许加压流体通过,但不允许大量流体通过,从而防止发生水锤时的压力峰值。在某些应用中,保险杠是保护传感器的不错选择,但在许多测试中,峰值冲击压力是感兴趣的区域。在这种情况下,您需要选择不包含过度保护的压力传感器。