اخبار شرکت
بحث مختصری در مورد سنسورهای فشار
زمان انتشار：2018-11-23 منبع：شرکت Jinan Hengsi Shanda Instrument ، Ltd. مرور کردن：
1. اصول و کاربرد سنسورهای فشار سرامیکی
سنسور فشار سرامیکی مقاوم در برابر خوردگی دارای انتقال مایع نیست. فشار به طور مستقیم در سطح جلوی دیافراگم سرامیک عمل می کند و باعث می شود دیافراگم تغییر شکل جزئی ایجاد کند. مقاومت فیلم ضخیم در پشت دیافراگم سرامیکی چاپ شده و به یک پل Wheatstone (پل بسته) وصل شده است. با توجه به اثر پیزوره ای واریستور ، این پل یک سیگنال ولتاژ بسیار خطی متناسب با فشار تولید می کند و همچنین متناسب با ولتاژ تحریک است. با توجه به دامنه فشار و غیره ، سیگنال استاندارد به صورت 2.0 / 3.0 / 3.3 mV / V کالیبره می شود که می تواند با سنسور کرنش سازگار باشد. از طریق کالیبراسیون لیزر ، سنسور از ثبات دمای بالا و ثبات زمان برخوردار است. این سنسور با جبران دما 0 تا 70 درجه سانتیگراد همراه است و می تواند با اکثر رسانه ها در تماس مستقیم باشد.
سرامیک ها به عنوان مواد بسیار الاستیک ، مقاوم در برابر خوردگی ، مقاوم در برابر سایش ، مقاوم در برابر ضربه و مقاوم در برابر لرزش شناخته می شوند. خصوصیات پایداری حرارتی سرامیک ها و مقاومت در برابر فیلم ضخیم آن می تواند دامنه دمای عملیاتی آن تا 135 ~ -40 ℃ باشد و از دقت بالا و ثبات بالایی برای اندازه گیری برخوردار باشد. درجه عایق الکتریکی> 2kV ، سیگنال خروجی قوی است و ثبات طولانی مدت خوب است. سنسورهای سرامیکی با شخصیت بالا و کم قیمت ، جهت توسعه سنسورهای فشار خواهند بود. روند جایگزینی جامع سایر سنسورها در کشورهای اروپایی و آمریکایی وجود دارد. در چین ، بیشتر کاربران از سنسورهای سرامیکی برای جایگزینی سنسورهای فشار سیلیکون انتشار استفاده می کنند.
2. اصول و کاربرد سنسور فشار فشار فشار
انواع مختلفی از سنسورهای مکانیکی وجود دارد ، مانند سنسورهای فشار فشار فشار مقاومت ، سنسورهای فشار فشار سنج نیمه هادی ، سنسورهای فشار پیزوره ای ، سنسورهای فشار القایی ، سنسورهای فشار خازنی ، سنسورهای فشار رزونانس و سنسورهای شتاب خازنی. با این حال ، سنسور فشار پیزوره ای که به طور گسترده استفاده می شود یک سنسور فشار پیزور است که دارای قیمت بسیار کمی ، دقت بالا و خصوصیات خطی خوب است. در زیر ما عمدتا این نوع سنسور را معرفی می کنیم.
هنگام درک سنسورهای نیروی پیزورز ، ابتدا عنصری مانند سنج کرنش مقاومت را درک می کنیم. سنج فشار مقاومت وسیله ای حساس است که تغییر کرنش را در قسمت که به یک سیگنال الکتریکی اندازه گیری می شود ، تبدیل می کند. این یکی از مؤلفه های اصلی سنسورهای کرنش پیزور است. سنج کرنش مقاومت بیشتر در سنجش فشار مقاومت به فلز و سنج کرنش نیمه هادی استفاده می شود. دو نوع فشار فشار فلزی وجود دارد: سنجهای کرنش رشته ای و سنجهای کرنش فویل فلزی. معمولاً سنج کرنش از طریق یک چسب مخصوص به ماتریس مکانیکی محکم وصل می شود. هنگامی که استرس ماتریس تغییر می کند ، سنج فشار مقاومت نیز در کنار هم تغییر شکل می یابد و باعث می شود مقدار مقاومت سنج فشار تغییر یابد و از این طریق ولتاژ اعمال شده در برابر مقاومت را تغییر دهد. تغییر مقاومت در این فشار سنج هنگامی که در معرض استرس قرار می گیرد ، معمولاً اندک است. به طور کلی ، این فشار سنج یک پل کرنش را تشکیل می دهد و از طریق تقویت کننده های ابزار دقیق بعدی تقویت می شود ، و سپس به صفحه نمایش یا محرک مدار پردازش منتقل می شود (معمولاً تبدیل A/D و CPU).
ساختار داخلی فشار فشار فلزی
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، این یک نمودار ساختاری از فشار کرنش مقاومت است که از مواد ماتریس ، سیم کرنش فلزی یا فویل کرنش ، عایق ورق محافظ و سیم سرب تشکیل شده است. بسته به کاربردهای مختلف ، مقدار مقاومت سنج فشار مقاومت می تواند توسط طراح طراحی شود ، اما باید دامنه مقاومت مقاومت را ذکر کرد: مقدار مقاومت خیلی کوچک است ، جریان رانندگی مورد نیاز بسیار بزرگ است و گرم کردن سنج کرنش باعث می شود درجه حرارت بیش از حد زیاد شود. مورد استفاده در محیط های مختلف ، مقدار مقاومت سنج فشار بیش از حد تغییر می کند ، رانش صفر خروجی آشکار است و مدار تنظیم صفر بسیار پیچیده است. مقاومت بسیار بزرگ است و امپدانس بسیار زیاد است و توانایی مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی خارجی ضعیف است. به طور کلی ، ده ها یورو به ده ها هزار یورو است.
فشار سنج مقاومت چگونه کار می کند
اصل کار سنجش فشار فلزی پدیده ای است که مقاومت کرنش با تغییر شکل مکانیکی بر روی ماده بستر تغییر می کند ، که معمولاً به عنوان اثر کرنش مقاومت شناخته می شود. مقدار مقاومت یک هادی فلزی را می توان با فرمول زیر بیان کرد:
جایی که: ρ— - مقاومت به هادی فلزی (ω ・ cm2/m)
S-سطح مقطعی هادی (CM2)
L-طول هادی (M)
بگذارید مقاومت کرنش سیم را به عنوان نمونه در نظر بگیریم. هنگامی که سیم در معرض نیروی خارجی قرار می گیرد ، طول و سطح مقطع آن تغییر می کند. از فرمول فوق می توان به راحتی مشاهده کرد که مقدار مقاومت آن تغییر خواهد کرد. اگر سیم در معرض نیروی خارجی باشد و طول آن افزایش یابد ، طول آن افزایش می یابد و سطح مقطع کاهش می یابد و مقدار مقاومت افزایش می یابد. هنگامی که سیم توسط نیروی خارجی فشرده می شود ، طول کاهش می یابد و سطح مقطع افزایش می یابد و مقدار مقاومت کاهش می یابد. تا زمانی که تغییر در مقاومت اندازه گیری شود (معمولاً اندازه گیری ولتاژ در طول مقاومت) ، می توان وضعیت کرنش سیم کرنش را بدست آورد.
3. اصل و کاربرد سنسور فشار سیلیکون انتشار
چگونه کار می کند
فشار رسانه مورد آزمایش مستقیماً بر روی دیافراگم سنسور (فولاد ضد زنگ یا سرامیک) عمل می کند و باعث می شود دیافراگم متناسب با فشار متوسط تولید کند و باعث تغییر مقدار مقاومت سنسور شود و این تغییر را با مدارهای الکترونیکی تشخیص دهد و یک سیگنال اندازه گیری استاندارد را که مطابق با این فشار است ، تبدیل کند.
نمودار شماتیک
4. اصل و کاربرد سنسور فشار یاقوت کبود
با استفاده از اصل کار مقاومت در برابر کرنش ، کبود سیلیکون به عنوان مؤلفه های حساس نیمه هادی ، با خصوصیات متروولوژیکی بی نظیر استفاده می شود.
سیستم یاقوت کبود از عناصر عایق کریستالی تک تشکیل شده است و باعث هیسترزیس ، خستگی و خزش نمی شود. یاقوت کبود از سیلیکون قوی تر است ، با سختی بالاتر و ترس از تغییر شکل. یاقوت کبود از خصوصیات الاستیک و عایق بسیار خوبی برخوردار است (در 1000 درجه سانتیگراد). بنابراین ، اجزای حساس به نیمه هادی ساخته شده از سیلیکون-یا کبود نسبت به تغییرات دما غیر حساس هستند و حتی در شرایط دمای بالا از ویژگی های کار خوبی برخوردار هستند. یاقوت کبود دارای مقاومت در برابر تابش بسیار قوی است. علاوه بر این ، اجزای حساس به نیمه هادی سیلیکون بدون هیچ رانش P-N ندارند ، بنابراین آنها اساساً روند تولید را ساده می کنند ، تکرارپذیری را بهبود می بخشند و عملکرد بالایی را تضمین می کنند.
سنسورهای فشار و فرستنده های ساخته شده از اجزای حساس نیمه هادی سیلیکون-یاقوت کبود می توانند به طور عادی در شرایط کار سخت کار کنند و دارای قابلیت اطمینان بالا ، دقت خوب ، خطای دمای بسیار کمی و عملکرد هزینه بالا باشند.
سنسور فشار سنج و فرستنده از دو دیافراگم تشکیل شده است: یک دیافراگم اندازه گیری آلیاژ تیتانیوم و یک آلیاژ تیتانیوم که دیافراگم دریافت می کنند. یک ورق یاقوت کبود چاپ شده با یک مدار پل حساس به فشار هتروپیتاکسیال بر روی دیافراگم اندازه گیری آلیاژ تیتانیوم جوش داده شد. فشار اندازه گیری شده به دیافراگم دریافت کننده منتقل می شود (دیافراگم دریافت کننده و دیافراگم اندازه گیری به طور محکم همراه با میله کراوات متصل می شوند). تحت عمل فشار ، آلیاژ تیتانیوم تغییر شکل دیافراگم را دریافت می کند. بعد از اینکه تغییر شکل توسط عنصر حساس سیلیکون-صرفه سازی حس می شود ، خروجی پل آن تغییر می کند و دامنه تغییر متناسب با فشار اندازه گیری شده است.
مدار سنسور می تواند منبع تغذیه مدار پل کرنش را تضمین کرده و سیگنال نامتعادل پل کرنش را به یک خروجی سیگنال الکتریکی یکپارچه تبدیل کند (0-5 ، 4-20mA یا 0-5V). در سنسور فشار فشار مطلق و فرستنده ، ورق یاقوت کبود به لحیم کاری شیشه ای پایه سرامیکی وصل می شود و به عنوان یک عنصر الاستیک عمل می کند و فشار اندازه گیری شده را به تغییر شکل سنج فشار تبدیل می کند و از این طریق به هدف اندازه گیری فشار می رسد.
5. اصول و کاربرد سنسورهای فشار پیزو الکتریک
مواد پیزو الکتریک که عمدتا در سنسورهای پیزو الکتریک مورد استفاده قرار می گیرند شامل کوارتز ، تارترات سدیم پتاسیم و فسفات دی هیدروامین است. در میان آنها ، کوارتز (سیلیس) یک کریستال طبیعی است و اثر پیزو الکتریک در این کریستال یافت می شود. در یک محدوده دما خاص ، خواص پیزوالکتریک همیشه وجود دارد ، اما پس از گذشت دما از این محدوده ، خواص پیزوالکتریک کاملاً از بین می روند (این دمای بالا به اصطلاح "نقطه کوری" است). از آنجا که میدان الکتریکی با تغییر استرس کمی تغییر می کند (یعنی ضریب پیزوالکتریک نسبتاً کم است) ، کوارتز به تدریج توسط سایر کریستال های پیزوالکتریک جایگزین می شود. تارترات سدیم پتاسیم دارای حساسیت پیزوالکتریک عالی و ضریب پیزوالکتریک است ، اما فقط در محیط هایی با دمای و رطوبت نسبتاً کم اتاق قابل استفاده است. فسفات دی هیدرومین یک کریستال مصنوعی است که می تواند در برابر درجه حرارت بالا و رطوبت بسیار بالا مقاومت کند ، بنابراین به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
سنسورهای پیزوالکتریک عمدتاً در اندازه گیری شتاب ، فشار و نیرو مورد استفاده قرار می گیرند. سنسور شتاب پیزوالکتریک یک شتاب سنج متداول است. این ویژگی دارای ویژگی های عالی مانند ساختار ساده ، اندازه کوچک ، وزن سبک و عمر طولانی است. سنسورهای شتاب پیزوالکتریک به طور گسترده ای در اندازه گیری لرزش و ضربه هواپیما ، اتومبیل ، کشتی ، پل ها و ساختمانها به ویژه در زمینه های حمل و نقل هوایی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. از سنسورهای پیزوالکتریک نیز می توان برای اندازه گیری فشار احتراق و اندازه گیری خلاء در داخل موتور استفاده کرد. به عنوان مثال ، می توان از آن در صنعت نظامی استفاده کرد ، برای اندازه گیری تغییر در فشار محفظه اسلحه و فشار موج شوک پوزه در لحظه شلیک اسلحه در محفظه. از آن می توان برای اندازه گیری فشار بزرگ و فشار ریز استفاده کرد.
اکنون اثر پیزوالکتریک نیز در مورد پلی کریستال ها مانند سرامیک های فعلی پیزو الکتریک ، از جمله سرامیک پیزو الکتریک باریم تیتانات ، PZT ، سرامیک پیزوالکتریک مبتنی بر نیوبات ، سرامیک پیزوالک منیزیم نیوبیوم و غیره نیز اعمال می شود.
اثر پیزوالکتریک اصل اصلی کار سنسورهای پیزوالکتریک است. از سنسورهای پیزوالکتریک برای اندازه گیری استاتیک استفاده نمی شود زیرا بار پس از نیروهای خارجی فقط در صورت ذخیره مدار دارای امپدانس ورودی نامتناهی ذخیره می شوند. این در واقعیت نیست ، بنابراین این تعیین می کند که سنسور پیزو الکتریک فقط می تواند استرس پویا را اندازه گیری کند.
- مقاله قبلی：نحوه تمایز مواد پلاستیکی ABS ، PE ، PP و PVC
- مقاله بعدی：بررسی اجمالی آزمایش محصولات لاستیکی
محصولات توصیه شدهPRODUCTS
