- 压力传感器的用途
- 来源:赛斯维传感器网 发表于 2012/7/27
现代测量技术涉及到众多的非电量,如重量、力和力矩、加速度、压力、流量等力学量;温度、热量等热学量,以及气体、液体的成分、浓度等化学量。这些物理量进行直接测量时非常困难和不方便,需用一种转换装置将其转化为易于测量、传输和处理的电量,这种装置就是传感器。传感器的种类很多,压力传感器是其中最成熟的技术,就市场销售额来看,居传感器之首,并且每年增长率达20%,具有广阔的应用前景。不同技术性能的压力传感器应用于不同的测量需求己成为当前压力传感器发展和应用的一个重要课题。
压力传感器的选择
随着现代测量和自动化技术的发展,压力传感器的用量每年以20%的速度增长。目前市场上的压力传感器品种繁多,规格及技术性能不一,价格差别也很大。摆在使用者面前的问题是,应选用怎样的压力传感才能满足需要?哪些指标是最重要的?应考虑哪些问题?这就涉及到传感器的选用。选用的原则便是以最经济的价格买到满足其用途、压力量程、精度要求、温度范围、电和机械要求的压力传感器。
传感器装到设备上后,运行正常、稳定,测量准确。以下是选用压力传感器时必须考虑的几个重要方面。
用途
由于结构不同,压力传感器可以分为测定绝对压力、对大气的相对压力和差压。测定绝对压力时,传感器内自身带有真空参考压,所测压力与大气压力无关,是相对于真空的压力。对大气的相对压力是以大气压力为参考压,因此传感器弹性膜一侧始终与大气是连通的。由于大气压力与离地面的高度、四季中大气中水汽含量的变化以及不同地点和组成大气的各种气体的含量的变化有关。因此,所测得的相对压力便与上述因素有关。此外,还可从传感器弹性膜两侧分别导人流体压力,这样能测定流体不同地点或流体间的差压。针对不同用途应选用不同结构的压力传感器。
压力量程的选用应主要考虑三个方面的因素:
即传感器的最大过压能力、精度与压力量程的关系和传感器的价格与压力量程的关系。
对于传感器的最大过压能力,传感器承受静压力与动压力情况下是有很大区别的。后者往往会出现冲击压力,甚至冲击波。冲击压力远高于静压力。如果选用的最大工作压力量程是指静压力的话,传感器在承受动压力时,应选用较大的过压能力。否则冲击压力很容易达到极限耐压,使压力传感器受到破坏。
对于精度与压力量程的关系。压力传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移系数及非线性误差是影响传感器精度的重要指标。对同一压力传感器来说,热零点漂移系数随工作压力增加而减小,而热灵敏度系数和非线性误差随工作压力增加而增加。因此,工作压力增加有利于减小热零点漂移,而不利于热灵敏度漂移和非线性误差。热零点漂移比较大时,提高工作压力量程有利于提高压力传感器的精度。热零点漂移比较小时,减小工作压力量程有利于提高精度。对不同压力量程的传感器来说,灵敏度是不同的。低压力量程传感器的灵敏度高分辨率自然也高。
对于传感器的价格与压力量程的关系,一般来说,013-1MPa的压力传感器的价格较便宜,011MPa以下或1MPa以上的压力传感器价格比较贵。测定2-3kPa压力时可选购10-50kPa的压力传感器。特别是使用者自己设计和选用补偿电路时,能使精度进一步提高。这样可以使成本大幅度降低。一般而言,质量好的压力传感器,满量程输出都可以达到100mV/10V.如果只用一半的压力量程,则对应的输出便只有50mV/10V.因此最大工作量程应尽可能接近产品说明书上所标明的该压力传感器的量程级。
广义的讲,凡是利用压电材料各种物理效应构成的种类繁多的传感器,都可称为压力传感器。它们在工业、军事和民用等各方面得到一定的应用。
压电式压力传感器可用来测量压力范围为104-106Pa、频率为Hz至几十Hz(甚至上百千Hz)的动态压力,在内燃机的气缸、油管、进排气管的压力测量、枪炮的膛压、生物医学及航空航天等领域都得到广泛的应用。
它们的弹性元件是由膜片、膜盒等把压力收集起来,转换成集中力,再传递给压电元件。为了保证静态特性及其稳定性,通常多采用石英晶片并联组合方式。
压力传感器在应用中应注意以下几点:(1)确保弹性膜片与后传力件有良好的面接触,用以实现减小滞后与线性误差,提高静、动态特性;(2)传感器的基体和壳体要有足够刚度,保证被测压力能够尽可能地传递到压电元件上:(3)压电弹性元件的选择要考虑到频率覆盖:弯曲(014-100kHz),压缩(40kHz-15MHz),剪切(100kHz-125MHz);(4)涉及传力的元件要采用高声速材料和扇薄结构,以利于快速、无损失的传递弹性元件的弹性波,提高动态特性:(5)要考虑加速度、温度等环境干扰的补偿。
结论
近几年来,我国压力传感器技术正在蓬勃发展,应用领域也在迅速扩大。由于压力传感技术所涉及的技术广泛,几乎渗透到各个专业领域,因此,对压力传感器新理论的探讨、新技术与新方法的应用、新材料和新工艺的研究将成为发展趋势。
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