四種壓力傳感器的基本工作原理及特點(diǎn)

1、四種壓力傳感器的基本工作原理及特點(diǎn)一：電阻應(yīng)變式傳感器1 1電阻應(yīng)變式傳感器定義被測(cè)的動(dòng)態(tài)壓力作用在彈性敏感元件上， 使它產(chǎn)生變形，在其變形的部位粘 貼有電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片感受動(dòng)態(tài)壓力的變化，按這種原理設(shè)計(jì)的傳感器稱 為電阻應(yīng)變式壓力傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式傳感器所粘貼的金屬電阻應(yīng)變片主要有絲式應(yīng)變片與箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片是以厚度為一一的金屬箔片作為敏感柵材料，箔柵寬度為一一。 絲式應(yīng)變片是由一根具有高電阻系數(shù)的電阻絲 （直徑0. 015-0 . 05mm）平行地 排成柵形（一般240條）,電阻值60200 ?,通常為120 ?,牢貼在薄 紙片上，電阻紙兩端焊有引出線，

2、表面覆一層薄紙，即制成了紙基的電阻絲式應(yīng) 變片。測(cè)量時(shí)，用特制的膠水將金屬電阻應(yīng)變片粘貼于待測(cè)的彈性敏感元件表面 上，彈性敏感元件隨著動(dòng)態(tài)壓力而產(chǎn)生變形時(shí)， 電阻片也跟隨變形。如下圖所示。 B為柵寬，L為基長(zhǎng)。材料的電阻變化率由下式?jīng)Q定:(1)dR d dARA式中；R材料電阻一材料電阻率由材料力學(xué)知識(shí)得；dR (1 2 ) C(1 2 ) K(2)K一金屬電阻應(yīng)變片的敏感度系數(shù)式中K對(duì)于確定購金屬材料在一定的范圍內(nèi)為一常數(shù)，將微分dR dL改寫成增 量AR A L,可得K-C由式(2)可知，當(dāng)彈性敏感元件受到動(dòng)態(tài)壓力作用后隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變形，而形應(yīng)變值可由絲式應(yīng)變片或箔式應(yīng)變片測(cè)出，從而得到

3、了AR的變化，也就得到了動(dòng)態(tài)壓力的變化，基于這種應(yīng)變效應(yīng)的原理實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量。電阻應(yīng)變式傳感器的分類及特點(diǎn)測(cè)低壓用的膜片式壓力傳感器 常用的電阻應(yīng)變式壓力傳感器包括 測(cè)中壓用的膜片一一應(yīng)變筒式壓力傳感器、測(cè)高壓用的應(yīng)變筒式壓力傳感器1.3.1 測(cè)片一一應(yīng)變筒式壓力傳感器的特點(diǎn)該傳感器的特點(diǎn)是具有 較高的強(qiáng)度和抗沖擊穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的靜態(tài)特性、 動(dòng)態(tài)特性和較高的自震頻率，可達(dá)30khz以上，測(cè)量的上限壓力可達(dá)到。適于測(cè) 量高頻脈動(dòng)壓力，又加上強(qiáng)制水冷卻。也適于高溫下的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量，如火箭發(fā) 動(dòng)機(jī)的壓力測(cè)量，內(nèi)燃機(jī)、壓氣機(jī)等的壓力測(cè)量。1.3.2 膜片式應(yīng)變壓力傳咸器的特點(diǎn)A這種膜片式應(yīng)變壓

4、力傳感器不宜測(cè)量較大的壓力，當(dāng)變形大時(shí)，非線性 較大。但小壓力測(cè)量中由于變形很小，非線性誤差可小于,同時(shí)又有較高的靈 敏度，因此在沖擊波的測(cè)量中，國內(nèi)外都用過這種膜片式壓力傳感器。B 這種傳感器與膜片一應(yīng)變筒式壓力傳感器相比， 自振頻率較低，因此在低 壓高頻測(cè)量中，應(yīng)嚴(yán)防沖擊壓力頻率與膜片自頓頻率相接近， 否則臺(tái)帶來嚴(yán)重的 波形與壓力值的失真與偏低。二：壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器的工作原理壓阻式壓力傳感器是由平面應(yīng)變傳感器發(fā)展起來的一種新型壓力傳感器。它以硅片作為彈性敏感元件，任該膜片上用集成電路擴(kuò)散工藝制成四個(gè)等值導(dǎo)體電 阻，組成惠斯登電矯，當(dāng)膜片受力后、由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng).電阻值發(fā)

5、生變化， 使電橋輸出而測(cè)得壓力的變化，利用這種方法制成的壓力傳感器叫壓阻式壓力傳 感器.相似于電阻應(yīng)變式傳感器(12) lE Ks R其中l(wèi)E 金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)主要利用 我的應(yīng)變效應(yīng)，而半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用電阻率 的變化，這就是壓阻式壓力傳感器的基本原理，它是利用壓阻效應(yīng)的結(jié)果。壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可微型化。壓阻式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)y可測(cè)高頻靈感度局J 精度局廣受溫度影響大壓阻式壓力傳感器的缺點(diǎn)y 量程小不耐腐蝕工藝復(fù)雜三：壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信 號(hào)。經(jīng)放大器、記錄器而得到欲測(cè)的動(dòng)態(tài)壓力參數(shù)。壓電式壓力傳感器的工作原

6、理由于壓電傳感器受到力時(shí)，具表面聚集著數(shù)量相等而極性相反的電荷Q,而晶體片本身又是絕緣體，很顯然這樣的晶體片就構(gòu)成了電容器， 若極扳問電容為Co時(shí)，在兩極板間呈現(xiàn)的電壓為:UC0因此壓電傳感器可以等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)串聯(lián)電容表示的等效電路或把壓電傳感器等效一個(gè)電荷源與一個(gè)電容 Co并聯(lián)的電荷等效電路。壓電作感器的前置放大器可分兩類，即高輸入阻抗電壓放大器，具輸出電壓 與輸入電壓成正比，這種電壓前置放大器一般也稱為阻抗變換器； 另一種是電荷 放大器，具輸出電壓與輸入電荷成比例。A電壓放大器的工作原理由于電壓放大器具將高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點(diǎn)，因此壓電傳感器經(jīng) 過電壓故大器后就變?yōu)榈妥杩馆敵?/p>

7、了，這就可以用光線示波器或普通儀器進(jìn)行記 錄。B電荷放大器的工作原理電荷放大器能將高內(nèi)阻的電荷轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻電壓輸出，且輸出電壓正比輸 入電荷，因此電荷放大器同樣起著阻抗變換的作用。它實(shí)際上是一個(gè)具有深度電 容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器。壓電式壓力傳感器的特點(diǎn)主要有r 自震頻率高能適應(yīng)惡劣環(huán)境（如花炮沖擊波壓力）J 低頻性能差溫度效應(yīng)敏感Q 使用及維修使用比較苛刻四：電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器的工作原理這種傳感器是將壓力的變化量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電感變化量輸入給放大器和記錄器。如下圖所示。電感傳感器的工作原理圖1鐵芯2 一銜鐵3 膜盒p 作用壓力鐵芯1和銜鐵2均由導(dǎo)磁性材料硅鋼片或坡莫合金制成。銜鐵和鐵芯之 間有空隙？，在壓力作用下，銜鐵隨膜盒3上下運(yùn)動(dòng)，磁路中的氣隙？隨之 改變，使線圈的磁阻發(fā)生變化，從而引起線圈電感的變化。線圈中的電感等 于單位電流所產(chǎn)生的磁鏈。電感量LW2 0S02線圈的匝數(shù) 空氣的導(dǎo)磁率 氣隙面積上式為電感壓力傳感器的基本特性公式， 它表示由于壓力P的變化引起 膜片銜鐵氣