壓力傳感器的的作業(yè)方式、保護(hù)及分類

作業(yè)方式

     選擇壓力傳感器的時(shí)候需要注意很多問題，比如，壓力傳感器的量程、精度、壓力傳感器的溫度特性，化學(xué)特性都是要考慮的，而壓力傳感器的作業(yè)方式也是需要考慮的重要問題。
　　例如傳感器用于氣體壓力的測量與液體壓力的測量時(shí)情況便不同。氣體是可壓縮流體，增多時(shí)會(huì)貯存一定的壓縮能，減壓時(shí)又以動(dòng)能釋放出來，給傳感器彈性膜施加沖擊波。要求壓力傳感器有較大的過載能力。液體是不可壓縮流體，在壓力傳感器安裝時(shí)，擰緊螺拴又無可壓縮空間則可使液體壓力升高超過彈性膜的耐壓極限，導(dǎo)致彈性膜破裂。由于這種情況屢屢發(fā)生，也要求壓力傳感器有較大的過壓能力。壓力傳感器的工作環(huán)境惡劣時(shí)，例如有大的振動(dòng)、沖擊，大的電磁干擾，對傳感器提出更為嚴(yán)格的要求。不僅過壓能力強(qiáng)，而且要求機(jī)械密封可靠，防松動(dòng)，傳感器安裝正確。傳感器自身的引線、引腳以及外導(dǎo)線都應(yīng)加以電磁屏蔽，并將屏蔽良好接地。此外，應(yīng)考慮壓力傳感器與所測流體介質(zhì)的相容性問題。例如傳感器的彈性膜結(jié)構(gòu)應(yīng)與腐蝕性介質(zhì)相隔開，此時(shí)采有不銹鋼波紋套傳感器，傳感器內(nèi)用硅油作傳壓介質(zhì)。傳感器檢測易燃、易爆介質(zhì)壓力時(shí)，使用小激勵(lì)電流，防止彈性膜破裂時(shí)產(chǎn)生火花、火星，并增加壓力傳感器外套的耐壓能力。
　　只有了解了壓力傳感器的作業(yè)方式才能更好的選擇壓力傳感器，尤其是如今壓力傳感器正在飛速發(fā)展，所以了解壓力傳感器的作業(yè)方式是非常必要的。

 關(guān)鍵作用

     壓力傳感器不僅在生產(chǎn)測量中應(yīng)用廣泛，如今在我們生活中也常常看見，在我們大多的交通工具中都有壓力傳感器，可能一般人知道汽車上有壓力傳感器，其實(shí)普通的摩托車上也有壓力傳感器的應(yīng)用。

     摩托車的動(dòng)力來自汽油機(jī)汽缸內(nèi)油的燃燒。只有充分燃燒才能提供很好的動(dòng)力，良好的燃燒必須具備良好的混合氣、充分的壓縮和最佳點(diǎn)火三個(gè)條件。電噴系統(tǒng)能否正確的將空燃比控制在所需的范圍內(nèi)，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)的優(yōu)劣。而汽油機(jī)空燃比的控制是采用調(diào)整與進(jìn)氣量相匹配的供油量實(shí)現(xiàn)的，因此，進(jìn)氣空氣流量的測量精度直接影響空燃比的控制精度。

  內(nèi)部結(jié)構(gòu)

它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

  工作原理

    金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

R=ρ

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω·

/m）

S——導(dǎo)體的截面積（

）

L——導(dǎo)體的長度（m）

    我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情。

   原理應(yīng)用

    抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

    陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

保護(hù)

    壓力傳感器我們經(jīng)常使用，我們在使用過程中一定要注意保護(hù)壓力傳感器，因?yàn)閴毫鞲衅麟m然有不銹鋼保護(hù)，但是壓力傳感器還是很容易損壞的，尤其是使用不當(dāng)很容易造成壓力傳感器損壞導(dǎo)致?lián)p失。

    首先肯定是傳感器超量程使用，不要施加超過額定耐壓力的壓力。若施加了耐壓力以上的壓力，可能引起破損。其次是使用環(huán)境，避免在有可燃性和爆炸性氣體的環(huán)境下使用。還有就是電源電壓和負(fù)載短路，使用時(shí)請不要超過使用電壓范圍。若施加了使用電壓范圍以上的電壓，則可能引起破裂或燒毀。避免使負(fù)載短路。否則可能引起破裂或燒毀。還有一點(diǎn)比較少見就是誤布線，避免對電源的極性等進(jìn)行錯(cuò)誤布線。否則可能引起破裂或燒毀。

    壓力傳感器在使用的時(shí)候一定要學(xué)會(huì)如何保護(hù)它，否則它很容易被損壞從而造成生產(chǎn)上的損失，當(dāng)然只要我們按廠家說明書正確操作，避免上述的幾個(gè)問題，壓力傳感器還是可以長時(shí)間工作的。有些壓力傳感器能用到幾年甚至十幾年。主要是要學(xué)會(huì)如何保護(hù)它。

分類

壓電式

     壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電式壓力傳感器的種類和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。這種傳感器的特點(diǎn)是體積小、動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫等?，F(xiàn)代測量技術(shù)對傳感器的性能出越來越高的要求。

    例如用壓力傳感器測量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖，在測量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料最適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應(yīng)就是在它上面發(fā)現(xiàn)。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點(diǎn)高達(dá)1210℃，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。

擴(kuò)散硅式

   被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），

使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。

藍(lán)寶石式

    利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)量特性。

藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內(nèi)），因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。

    用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比高。

    表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

    傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。