压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,是能感触压力信号,并能依照必定的规则将压力信号转换成可用的输出的电信号的器材或设备。其广泛运用于各种工业自控环境,触及水利水电、铁路交通、智能建筑、出产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船只、机床、管道医疗等很多职业。
当传感器处在压力介质中时,介质压力作用于波纹膜片上,其间的硅油受压,硅油将膜片的压力传感给半导体芯体。受压后其电阻值发生改变,电阻信号经过引线引出。不锈钢波纹膜片壳体感触压力并维护芯体,因此压阻式压力传感器能在腐蚀性的介质中感应压力信号。为减小温度改变对芯体电阻值的影响,进步丈量精度,压力传感器都选用温度补偿办法使其零点漂移、活络度、线性度、稳定性等技术指标坚持较高水平。
压阻式压力传感器运用:
压力传感器是工业实践、仪器仪表操控中最为常用的一种传感器,并广泛运用于各种工业自控环境,触及水利水电、铁路交通、出产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船只、机床、管道等很多职业。
1954年C.S.史密斯具体研讨了硅的压阻效应,从此开端用硅制造压力传感器。前期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在N型硅片上定域分散P型杂质构成电阻条,并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需张贴在弹性元件上才干活络压力的改变。选用这种芯片作为活络元件的传感器称为分散型压力传感器。这两种传感器都相同选用粘片结构,因此存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态丈量以及难于小型化和集成化、精度不高级缺陷。
70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式分散型压力传感器。它不只克服了粘片结构的固有缺陷,并且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上,乃至将微型处理器与传感器集成在一起,制成智能传感器。这种新式传感器的长处是:频率响应高,适于动态丈量;体积小,适于微型化;精度高,可达0.1~0.01%;活络高,比金属应变计高出很多倍,有些运用场合可不加放大器;无活动部件,可靠性高,能作业于振荡、冲击、腐蚀、强搅扰等恶劣环境。其缺陷是温度影响较大、工艺较杂乱和造价高级。
压力传感器的品种繁复,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但运用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。这种传感器选用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内,引出电极引线。
压阻式压力传感器又称为固态压力传感器,它不同于张贴式应变计需经过弹性活络元件直接感触外力,而是直接经过硅膜片感触被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔,另一面是与大气连通的低压腔。
硅膜片一般规划成周边固支的圆形,直径与厚度比约为20~60。在圆形硅膜片N型定域分散4条P杂质电阻条,并接满足桥,其间两条坐落压应力区,另两条处于拉应力区,相对于膜片中心对称。硅柱形活络元件也是在硅柱面某一晶面的必定方向上分散制造电阻条,两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构满足桥。
压力传感器广泛地运用于航天、航空、帆海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气候、地质、地震丈量等各个领域。在航天和航空工业中压力是一个要害参数,对静态和动态压力,部分压力和整个压力场的丈量都要求很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较抱负的传感器。例如,用于丈量直升飞机机翼的气流压力散布,测验发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的颤动等。
在飞机喷气发动机中心压力的丈量中,运用专门规划的硅压力传感器,其作业温度达500℃以上。在波音客机的大气数据丈量体系中选用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺度缩小的风洞模型试验中,压阻式传感器能密布安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。
单个传感器直径仅2.36毫米,固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22%。在生物医学方面,压阻式传感器也是抱负的检测工具。已制成分散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能丈量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。是一种用于丈量脑压的传感器的结构图。
压阻式传感器还有效地运用于爆破压力和冲击波的丈量、真空丈量、监测和操控轿车发动机的功能以及比如丈量枪炮膛内压力、发射冲击波等武器方面的丈量。此外,在油井压力丈量、随钻测向和测位地下密封电缆毛病点的检测以及流量和液位丈量等方面都广泛运用压阻式压力传感器。