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Eine kurze Diskussion über Drucksensoren
Freigabezeit：2018-11-23 Quelle：Jinan Hengsi Shanda Instrument Co., Ltd. Durchsuchen：
1. Prinzipien und Anwendungen von Keramikdrucksensoren
Der korrosionsbeständige Keramikdrucksensor hat keine Flüssigkeitsübertragung. Der Druck wirkt direkt auf der vorderen Oberfläche des Keramikmembrans, wodurch das Zwerchfell eine leichte Verformung erzeugt. Der dicke Filmwiderstand wird auf der Rückseite des Keramikmembrans gedruckt und an eine Weizensteinbrücke (geschlossene Brücke) angeschlossen. Aufgrund der piezoresistiven Wirkung des Varistors erzeugt die Brücke ein stark lineares Spannungssignal proportional zum Druck und ist auch proportional zur Anregungsspannung. Das Standardsignal wird gemäß dem Druckbereich usw. als 2,0 / 3,0 / 3,3 mV / V kalibriert, was mit dem Dehnungssensor kompatibel sein kann. Durch die Laserkalibrierung weist der Sensor eine hohe Temperaturstabilität und Zeitstabilität auf. Der Sensor verfügt über eine Temperaturkompensation von 0 bis 70 ° C und kann direkt mit den meisten Medien in Kontakt stehen.
Die Keramik wird als hochelastische, korrosionsresistente, weastresistente, impakt-resistente und vibrationsresistente Material anerkannt. Die thermischen Stabilitätsmerkmale der Keramik und dessen dicker Filmbeständigkeit können ihren Betriebstemperaturbereich bis zu -40 ~ 135 ° C machen und eine hohe Genauigkeit und eine hohe Stabilität für die Messung haben. Der Grad für elektrische Isolierung beträgt> 2kV, das Ausgangssignal ist stark und die langfristige Stabilität ist gut. Hochcharakteristische und preisgünstige Keramiksensoren werden die Entwicklungsrichtung von Drucksensoren sein. Es besteht der Trend, andere Arten von Sensoren in europäischen und amerikanischen Ländern umfassend zu ersetzen. In China verwenden immer mehr Benutzer Keramiksensoren, um die Diffusions -Siliziumdrucksensoren zu ersetzen.
2. Prinzipien und Anwendung von Dehnungsmesserdrucksensor
Es gibt viele Arten von mechanischen Sensoren, wie z. B. Widerstandsmesserdrucksensoren, Drucksensoren des Halbleiterdehnungsmessers, piezoresistive Drucksensoren, induktive Drucksensoren, kapazitive Drucksensoren, Resonanzdrucksensoren und kapazitive Beschleunigungssensoren. Der weit verbreitete piezoresistive Drucksensor ist jedoch ein piezoresistiver Drucksensor, der extrem niedrigen Preis, hohe Genauigkeit und gute lineare Eigenschaften aufweist. Im Folgenden stellen wir diese Art von Sensor hauptsächlich vor.
Beim Verständnis piezoresistiver Kraftsensoren verstehen wir zunächst das Element wie eine Widerstandsanzeige. Das Widerstandsmessgerät ist ein empfindliches Gerät, das die Dehnungsänderung des Teils in ein elektrisches Signal umwandelt. Es ist eine der Hauptkomponenten piezoresistiver Dehnungssensoren. Die Resistenz -Dehnungsmesser wird hauptsächlich in Metallwiderstandsdehnungsmessgeräte und Halbleiterdehnungsmessgeräte verwendet. Es gibt zwei Arten von Metallwiderstandsaufladungen: filamentöse Dehnungsmessgeräte und Metallfolie -Dehnungsmessgeräte. Normalerweise ist die Dehnungsmesser durch einen speziellen Klebstoff fest an die mechanisch angespannte Matrix gebunden. Wenn sich die Spannung der Matrix ändert, verformt sich auch die Widerstandsspannungsmessung zusammen, wodurch sich der Widerstandswert der Dehnungsmesser ändert und so die auf den Widerstand angewendete Spannung ändert. Die Widerstandsänderung dieser Dehnungsmesser, wenn sie Spannung ausgesetzt ist, ist normalerweise gering. Im Allgemeinen bildet diese Dehnungsmesser eine Dehnungsbrücke und wird durch nachfolgende Instrumentierungsverstärker verstärkt und dann an die Anzeige oder den Aktuator des Verarbeitungskreises (normalerweise A/D -Umwandlung und CPU) übertragen.
Die innere Struktur der Metallwiderstandsanzeige
Wie in Abbildung 1 gezeigt, handelt es sich um ein Strukturdiagramm der Widerstandsdehnungsmesser, das aus dem Matrixmaterial, dem Metalldehnungsdraht oder der Dehnungsfolie, der Isolierschützer und dem Bleidraht besteht. Abhängig von unterschiedlichen Verwendungen kann der Widerstandswert des Widerstandsdehnungsmessgeräts vom Designer ausgelegt werden, aber der Wertebereich des Widerstands sollte beachtet werden: Der Widerstandswert ist zu klein, der erforderliche Antriebsstrom ist zu groß und die Erwärmung der Dehnungsmesser ist zu hoch. In verschiedenen Umgebungen wird der Widerstandswert des Dehnungsmessers zu stark ändert, die Ausgangsnulldrift ist offensichtlich und die Null -Einstellkreislauf ist zu kompliziert. Der Widerstand ist zu groß und die Impedanz zu hoch, und die Fähigkeit, externe elektromagnetische Interferenzen zu widerstehen, ist schlecht. Im Allgemeinen ist es ungefähr zig Euro bis Zehntausende von Euro.
Wie funktioniert Widerstandsdehnungsmessgeräte?
Das Arbeitsprinzip der Metallwiderstandsdehnungsmesser ist das Phänomen, dass sich der Dehnungswiderstand mit mechanischer Verformung am Substratmaterial ändert, das allgemein als Resistenzaufbau -Effekt bezeichnet wird. Der Widerstandswert eines Metallleiters kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
WO: ρ - - Resistalität des Metallleiters (ω ・ cm2/m)
S-der Querschnittsbereich des Leiters (CM2)
L-Länge des Leiters (M)
Nehmen wir den Drahtbeständigkeit als Beispiel. Wenn der Draht einer externen Kraft ausgesetzt ist, ändert sich seine Länge und Querschnittsfläche. Aus der obigen Formel ist leicht zu erkennen, dass sich sein Widerstandswert ändert. Wenn der Draht einer externen Kraft ausgesetzt ist und sich erstreckt, nimmt seine Länge zu und die Querschnittsfläche nimmt ab und der Widerstandswert erhöht sich. Wenn der Draht durch externe Kraft komprimiert wird, nimmt die Länge ab und der Querschnitt steigt und der Widerstandswert nimmt ab. Solange die auf den Widerstand angelegte Änderung gemessen wird (normalerweise die Spannung über den Widerstand), kann die Dehnungsbedingung des Dehnungsdrahtes erhalten werden.
3. Prinzip und Anwendung des Diffusions -Siliziumdrucksensors
Wie es funktioniert
Der Druck des zu testenden Mediums wirkt direkt auf das Zwerchfell des Sensors (Edelstahl oder Keramik), wodurch das Zwerchfell eine mikrische Verschiebung proportional zum mittleren Druck erzeugt, wodurch sich der Widerstandswert des Sensors ändert und diese Änderung mit elektronischen Zirkuern erfasst und einen Standardmesssignal entspricht.
Schematischer Diagramm
4. Prinzip und Anwendung des Saphirdrucksensors
Unter Verwendung des Arbeitsprinzips des Dehnungswiderstands wird Silizium-Aphire als halbluduktorempfindliche Komponenten mit beispiellosen metrologischen Eigenschaften verwendet.
Das Saphirsystem besteht aus Einzelkristallisolatorelementen und verursacht keine Hysterese, Müdigkeit und Kriechen; Saphir ist stärker als Silizium mit höherer Härte und ohne Angst vor Deformation; Saphir hat sehr gute elastische und isolierende Eigenschaften (innerhalb von 1000 OC). Daher sind halblueiterempfindliche Komponenten aus Silizium-Aphiren unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen und haben auch unter hohen Temperaturbedingungen gute Arbeitseigenschaften. Saphir hat einen extrem starken Strahlenwiderstand; Darüber hinaus haben die halbluduktor-sensitiven Silizium-Sapphire-Komponenten keine P-N-Drift, sodass sie den Herstellungsprozess grundlegend vereinfachen, die Wiederholbarkeit verbessern und einen hohen Ertrag gewährleisten.
Drucksensoren und Sender aus Silizium-Aphiren-Halbleiterkomponenten können normalerweise unter harten Arbeitsbedingungen funktionieren und haben hohe Zuverlässigkeit, gute Genauigkeit, extrem geringe Temperaturfehler und hohe Kostenleistung.
Der Messdrucksensor und der Sender bestehen aus zwei Zwerchfells: einer Titanlegierung, die Zwerchfell misst, und eine Titanlegierung, die Membran erhält. Ein mit einer heteroepitaxialer Dehnung empfindlicher Brückenschaltung wurde auf einem Messung des Messung von Titanlegierungen geschweißt. Der gemessene Druck wird auf das Empfangsmembran übertragen (das empfangende Zwerchfell und das Messmembran sind fest mit einer Spurstange fest angeschlossen). Unter Druck des Drucks erhält die Titanlegierung eine Diaphragmendeformation. Nachdem die Verformung durch das safrische silicium-safirempfindliche Element erfasst wird, ändert sich die Brückenleistung und die Amplitude der Änderung ist proportional zum gemessenen Druck.
Die Sensorschaltung kann die Stromversorgung des Dehnungsbrückenschaltungskreises sicherstellen und das unausgeglichene Signal der Dehnungsbrücke in einen einheitlichen elektrischen Signalausgang (0-5, 4-20 mA oder 0-5 V) umwandeln. Im absoluten Druckdrucksensor und -sender ist das Saphirblech an das Keramikbasisglaslot angeschlossen und wirkt als elastisches Element, wodurch der gemessene Druck in die Dehnungsmesserdeformation umgewandelt wird, wodurch der Zweck der Druckmessung erreicht wird.
5. Prinzipien und Anwendungen von piezoelektrischen Drucksensoren
Die piezoelektrischen Materialien umfassen hauptsächlich in piezoelektrischen Sensoren, Quarz, Kalium -Natriumtartrat und Dihydroaminphosphat. Unter ihnen ist Quarz (Kieselsäure) ein natürlicher Kristall, und in diesem Kristall findet sich der piezoelektrische Effekt. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs existieren die piezoelektrischen Eigenschaften immer, aber nach der Temperatur überschreitet der Bereich die piezoelektrischen Eigenschaften vollständig (diese hohe Temperatur ist der sogenannte "Cury-Punkt"). Da sich das elektrische Feld mit der Spannungsänderung geringfügig ändert (dh der piezoelektrische Koeffizient relativ niedrig), wird Quarz allmählich durch andere piezoelektrische Kristalle ersetzt. Das Kalium -Natriumtartrat hat eine großartige piezoelektrische Empfindlichkeit und einen piezoelektrischen Koeffizienten, kann jedoch nur in Umgebungen mit relativ niedriger Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit verwendet werden. Dihydroaminphosphat ist ein künstlicher Kristall, der hohen Temperaturen und ziemlich hohen Luftfeuchtigkeit standhalten kann, sodass es weit verbreitet ist.
Piezoelektrische Sensoren werden hauptsächlich zur Messung von Beschleunigung, Druck und Kraft verwendet. Der piezoelektrische Beschleunigungssensor ist ein häufig verwendetes Beschleunigungsmesser. Es hat hervorragende Eigenschaften wie einfache Struktur, kleiner Größe, geringes Gewicht und langes Lebensdauer. Piezoelektrische Beschleunigungssensoren wurden bei Vibrationen und Auswirkungen von Flugzeugen, Automobilen, Schiffen, Brücken und Gebäuden, insbesondere in den Bereichen Luftfahrt und Luft- und Raumfahrt, häufig eingesetzt. Piezoelektrische Sensoren können auch verwendet werden, um den Verbrennungsdruck und die Messung des Vakuums im Motor zu messen. Es kann auch in der Militärindustrie verwendet werden, um beispielsweise die Änderung des Kammerdrucks der Waffe und des Schockwellendrucks der Mündung in dem Moment, in dem die Waffe in die Kammer abgefeuert wird, zu messen. Es kann verwendet werden, um sowohl großen als auch winzigen Druck zu messen.
Jetzt wird der piezoelektrische Effekt auch auf Polykristalle wie die aktuelle piezoelektrische Keramik angewendet, einschließlich Bariumtitanat-Piezoelektrik-Keramik, PZT, piezoelektrischer Keramik auf Niobat-Basis, leitender Niob-Magnesate piezoelektrische Ceramics usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw. usw.
Der piezoelektrische Effekt ist das Hauptarbeitsprinzip der piezoelektrischen Sensoren. Piezoelektrische Sensoren können nicht für statische Messungen verwendet werden, da die Ladungen nach externen Kräften nur gespeichert werden, wenn die Schaltung eine unendliche Eingangsimpedanz aufweist. Dies ist in der Realität nicht der Fall, daher bestimmt dies, dass der piezoelektrische Sensor nur dynamische Spannung messen kann.
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