压力传感器和压力变送器
传感器是将一个要测量的物理量转换成另一个可以读取处理的物理量,现代控制中,这种物理量就是电信号;变送器就是将传感器初级的电信号转换成标准的电信号,例如电流信号4--20mA,0--20mA,电压信号0--10V,1--5V。 初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化,如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号,这样的传感器也可以称为压力变送器; 压力变送器的叫法,是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了,所以现在的压力传感器与压力变送器就有可能合而为一了。
应用
压力传感器是工业实践中Zui为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 压力传感器可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域,受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等,实现了传感系统的远程测试,这也是信息时代测试的必然趋势。压力传感器无线采集系统由前端传感器数据采集发射部分及末端的数据接收部分组成。
系统设计
压力传感器数据采集发射部分由压力传感器、温度传感器、信号处理部分、微处理器(一般是单片机)和无线发射电路组成。压力和温度传感器获取周围环境的压力、温度值。信号处理部分包括前项通道、程控放大器和A/D转换器,其功能是在程序控制下对传感器模拟信号提取放大,并进行模/数转换。微处理器负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下,由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理,并用发射模块发射出去。数据接收部分由无线接收电路、微处理器和显示部分组成,在微处理器控制下接收无线电传来的数据。当一组格式数据接收完毕后,由接收电路里的解码器对格式数据进行解码,获取环境当前的压力信息,然后将压力信息显示在LED接收面板上。
分类
压力传感器的类型非常多,目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器两种。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化,通过放大器放大并采用标准压力标定,即可进行压力检测。压阻式压力传感器的性能主要取决于压敏元件(即压敏电阻)、放大电路,以及生产中的标定和老化工艺。
● 应变片
在目前的压力传感器封装工艺中,通常可以将压阻式敏感芯体做得体积小巧、灵敏度高,而且稳定性好,并将压敏电阻以惠司通电桥形式与应变材料(通常为不锈钢)结合在一起,这样一来,就能确保压阻式压力传感器过载能力强和抗冲击压力强。
该类传感器适合测量高量程范围的压力变化,尤其在1Mpa以上时,线性很好,精度也很高,并适合测量与应变材料兼容的各类介质。
● 陶瓷压阻
在结构上,该类传感器将压敏电阻以惠司通电桥形式与陶瓷烧结在一起。其过载能力较应变片类低一些,抗冲击压力较差,但灵敏度较高,适合测量50Kpa以上的高量程范围,而且耐腐蚀,温度范围也很宽。
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,可以和应变式传感器相兼容。
压电式压力传感器 压电式传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
压电式压力传感器
现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电式压力传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
区别
传感器是将一个要测量的物理量转换成另一个可以读取处理的物理量,现代控制中,这种物理量就是电信号;变送器就是将传感器初级的电信号转换成标准的电信号,例如电流信号4--20mA,0--20mA,电压信号0--10V,1--5V。
初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化,如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号,这样的传感器也可以称为压力变送器; 压力变送器的叫法,是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了,所以现在的压力传感器与压力变送器就有可能合而为一了。
应用
压力传感器是工业实践中Zui为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 压力传感器可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域,受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等,实现了传感系统的远程测试,这也是信息时代测试的必然趋势。压力传感器无线采集系统由前端传感器数据采集发射部分及末端的数据接收部分组成。
系统设计
压力传感器数据采集发射部分由压力传感器、温度传感器、信号处理部分、微处理器(一般是单片机)和无线发射电路组成。压力和温度传感器获取周围环境的压力、温度值。信号处理部分包括前项通道、程控放大器和A/D转换器,其功能是在程序控制下对传感器模拟信号提取放大,并进行模/数转换。微处理器负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下,由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理,并用发射模块发射出去。数据接收部分由无线接收电路、微处理器和显示部分组成,在微处理器控制下接收无线电传来的数据。当一组格式数据接收完毕后,由接收电路里的解码器对格式数据进行解码,获取环境当前的压力信息,然后将压力信息显示在LED接收面板上。
分类
压力传感器的类型非常多,目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器两种。
压阻式压力传感器
压阻式压力传感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化,通过放大器放大并采用标准压力标定,即可进行压力检测。压阻式压力传感器的性能主要取决于压敏元件(即压敏电阻)、放大电路,以及生产中的标定和老化工艺。
● 应变片
在目前的压力传感器封装工艺中,通常可以将压阻式敏感芯体做得体积小巧、灵敏度高,而且稳定性好,并将压敏电阻以惠司通电桥形式与应变材料(通常为不锈钢)结合在一起,这样一来,就能确保压阻式压力传感器过载能力强和抗冲击压力强。
该类传感器适合测量高量程范围的压力变化,尤其在1Mpa以上时,线性很好,精度也很高,并适合测量与应变材料兼容的各类介质。
● 陶瓷压阻
在结构上,该类传感器将压敏电阻以惠司通电桥形式与陶瓷烧结在一起。其过载能力较应变片类低一些,抗冲击压力较差,但灵敏度较高,适合测量50Kpa以上的高量程范围,而且耐腐蚀,温度范围也很宽。
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,可以和应变式传感器相兼容。
压电式压力传感器 压电式传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
压电式压力传感器
现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电式压力传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
区别
传感器是将一个要测量的物理量转换成另一个可以读取处理的物理量,现代控制中,这种物理量就是电信号;变送器就是将传感器初级的电信号转换成标准的电信号,例如电流信号4--20mA,0--20mA,电压信号0--10V,1--5V。
初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化,如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号,这样的传感器也可以称为压力变送器; 压力变送器的叫法,是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了,所以现在的压力传感器与压力变送器就有可能合而为一了。