压力传感器测试方法_压力传感器的测量原理_压力传感器种类

屈育成 2018-01-22 34130

传感器

283人已加入

描述

　　什么是压力传感器

　　压力传感器（PressureTransducer）是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。

　　压力传感器种类与工作原理介绍

　　1、压电压力传感器

　　原理：主要由于压电效应的产生形成的原理情况。压电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。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，即压电系数较低，石英逐渐被其他的压电晶体所替代。压电效应应用在多晶体上，如压电陶瓷，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。

　　应用：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。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。压电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。

　　2、应变片压力传感器

　　原理：因为广泛使用的压阻式压力传感器，其金属电阻应变片工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。

　　电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

　　金属电阻应变片的内部结构：电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

　　3、陶瓷压力传感器

　　原理：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，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0~70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

　　应用：陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

　　4、蓝宝石压力传感器

　　原理：利用应变电阻式工作，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

　　压力传感器测试方法及原理介绍

　　压力传感器的应用范围非常广泛，伴随着压力传感器的广泛应用，确定如何检测压力传感器显得十分重要。检测压力传感器，根据目的不同，检测的项目也不一样，当然检测的方法也就会有区别。

　　1、桥路的检测，主要检测传感器的电路是否正确，一般是惠斯通全桥电路，利用万用表的欧姆档，量输入端之间的阻抗、以及输出端之间的阻抗，这两个阻抗就是压力传感器的输入、输出阻抗。如果阻抗是无穷大，桥路就是断开的，说明传感器有问题或者引脚的定义没有判断正确。

　　2、零点的检测，用万用表的电压档，检测在没有施加压力的条件下，传感器的零点输出。这个输出一般为mV级的电压，如果超出了传感器的技术指标，就说明传感器的零点偏差超范围。

　　3、加压检测，检单的方法是：给传感器供电，用嘴吹压力传感器的导气孔，用万用表的电压档检测传感器输出端的电压变化。如果压力传感器的相对灵敏度很大，这个变化量会明显。如果丝毫没有变化，就需要改用气压源施加压力。通过以上方法，基本可以检测一个传感器的状况。如果需要准确的检测，就需要用标准的压力源，给传感器压力，按照压力的大小和输出信号的变化量，对传感器进行校准。并在条件许可的情况下，进行相关参数的温度检测。

　　压力传感器接线方法

　　传感器的接线一向是客户采购过程咨询得最多的问题之一，很多客户都不知道传感器如何连线，其实各种传感器的接线方式基本都是一样的，压力传感器一般有两线制、三线制、四线制，有的还有五线制的。

　　压力传感器两线制比较简单，一般客户都知道怎么接线，一根线连接电源正极，另一个线也就是信号线经过仪器连接到电源负极，这种是最简单的，压力传感器三线制是在两线制基础上加了一个线，这根线直接连接到电源的负极，较两线制麻烦一点。四线制压力传感器肯定是两个电源输入端，另外两个是信号输出端。四线制的多半是电压输出而不是4~20mA输出，4~20mA的叫压力变送器，多数做成两线制的。压力传感器的信号输出有些是没有经过放大的，满量程输出只有几十毫伏，而有些压力传感器在内部有放大电路，满量程输出为0~2V。至于怎么接到显示仪表，要看仪表的量程是多大，如果有和输出信号相适应的档位，就可以直接测量，否则要加信号调整电路。五线制压力传感器与四线制相差不大，市面上五线制的传感器也比较少。

　　螺纹类型

　　压力传感器的螺纹有很多种，常见的有NPT、PT、G、M，都是管螺纹。

　　NPT是National（American）PipeThread的缩写，属於美国压力传感器标准的60度锥管螺纹，用于北美地区。国家标准可查阅GB/T12716-1991

　　PT是PipeThread的缩写，是55度密封圆锥管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族，多用於欧洲及英联邦国家。常用於水及煤气管行业，锥度规定为1:16。国家标准可查阅GB/T7306-2000

　　G是55度非螺纹密封管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族。标记为G代表圆柱螺纹。国家标准可查阅GB/T7307-2001

　　M是公制普通螺纹，如M20*1.5表示直径为20mm，螺距为1.5，如客户无特殊要求，压力传感器一般为M20*1.5螺纹。

　　另外螺纹中的1/4、1/2、1/8标记是指螺纹尺寸的直径，单位是英寸。行内人通常用分来称呼螺纹尺寸，一寸等于8分，1/4寸就是2分，如此类推。G好像就是管螺纹的统称（Guan），55、60度的划分属于功能性的，俗称管圆。螺纹由一圆柱面加工而成。

　　ZG俗称管锥，即螺纹由一圆锥面加工而成，一般的水管压力接头都是这样的，老国标标注为Rc

　　公制螺纹用螺距来表示，美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示，这是压力传感器螺纹最大的区别，公制螺纹是60度等边牙型，英制螺纹是等腰55度牙型，美制螺纹60度。公制螺纹用公制单位，美英制螺纹用英制单位。

　　管螺纹主要用来进行压力管道的连接，其内外螺纹的配合紧密，压力传感器管螺纹有直管与锥管两种。公称直径是指所连接的压力管道直径，显然螺纹大径比公称直径大。1/4，1/2，1/8是英制螺纹的公称直径，单位是英寸。

　　压力传感器应用领域

　　压力传感器主要应用于：增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机，压缩机，空调制冷设备等领域。

　　1、应用于液压系统

　　压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。当控制阀芯突然移动时，在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。在典型的行走机械和工业液压中，如果设计时没有考虑到这样的极端工况，任何压力传感器很快就会被破坏。需要使用抗冲击的压力传感器，压力传感器实现抗冲击主要有2种方法，一种是换应变式芯片，另一种方法是外接盘管，一般在液压系统中采用第一种方法，主要是因为安装方便。此外还有一个原因是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。

　　2.应用于安全控制系统

　　压力传感器在安全控制系统中经常应用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。在安全控制领域有很多传感器应用，压力传感器作为一种非常常见的传感器，在安全控制系统中应用也不足为奇。

　　在安全控制领域应用一般从性能方面来考虑，从价格上的考虑，还有从实际操作的安全性方便性来考虑，实际证明选择压力传感器的效果非常好。压力传感器利用机械设备的加工技术将一些元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面。所以体积小也是它的优点之一，除此之外，价格便宜也是它的另一大优点。在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中，通过在出气口的管道设备中安装压力传感器来在一定程度上控制压缩机带来的压力，这算是一定的保护措施，也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后，如果压力值未达到上限，那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。

　　3.应用于注塑模具

　　压力传感器在注塑模具中有着重要的作用。压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。

　　4.应用于监测矿山压力

　　传感器技术作为矿山压力监控的关键性技术之一。一方面，我们应该正确应用已有的各种传感器来为采矿行业服务；另一方面，作为传感器厂家还要研制和开发新型压力传感器来适应更多的采矿行业应用。压力传感器有多种，而基于矿山压力监测的特殊环境，矿用压力传感器主要有：振弦式压力传感器、半导体压阻式压力传感器、金属应变片式压力传感器、差动变压器式压力传感器等。这些传感器在矿产行业都有广泛的应用，具体使用哪种传感器还有根据具体的采矿环境进行选择。

　　5.应用于促进睡眠

　　压力传感器本身无法促进睡眠，我们只是将压力传感器放在床垫地下，由于压力传感器具有高灵敏度，当人发生翻身、心跳以及呼吸等有关的动作时，传感器会分析这一系列信息，去推断睡眠人睡觉处于一个什么状态，然后通过对传感器的分析，收集传感器的信号得到心跳和呼吸节奏等睡眠的数据，最后将所有数据处理谱成一首段的曲目，当然能将你一个晚上的睡眠压缩成一首几分钟的音乐。

　　6.应用于压缩机，空调冷设备

　　压力传感器常用于空气压力机，以及空调制冷设备，这类传感器产品外形小巧、安装方便、导压口一般采用专用阀针式设计。

打开APP阅读更多精彩内容