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Una breve discusión sobre los sensores de presión
Tiempo de lanzamiento：2018-11-23 fuente：Jinan Hengsi Shanda Instrument Co., Ltd. Navegar：
1. Principios y aplicaciones de sensores de presión cerámica
El sensor de presión cerámica resistente a la corrosión no tiene transmisión líquida. La presión actúa directamente sobre la superficie delantera del diafragma cerámico, lo que hace que el diafragma produzca una ligera deformación. La gruesa resistencia de la película se imprime en la parte posterior del diafragma de cerámica y se conecta a un puente de piedra de trigo (puente cerrado). Debido al efecto piezoresistivo del varistor, el puente produce una señal de voltaje altamente lineal proporcional a la presión y también es proporcional al voltaje de excitación. La señal estándar se calibra como 2.0 / 3.0 / 3.3 mV / V de acuerdo con el rango de presión, etc., que puede ser compatible con el sensor de deformación. A través de la calibración del láser, el sensor tiene una alta estabilidad de temperatura y estabilidad de tiempo. El sensor viene con una compensación de temperatura de 0 a 70 ° C y puede estar en contacto directo con la mayoría de los medios.
Las cerámicas se reconocen como material altamente elástico, resistente a la corrosión, resistente al desgaste, resistente al impacto y al impacto resistente a la vibración. Las características de estabilidad térmica de la cerámica y su gruesa resistencia de la película pueden hacer que su rango de temperatura de funcionamiento sea de -40 ~ 135 ℃, y tiene una alta precisión y alta estabilidad para la medición. El grado de aislamiento eléctrico es> 2kV, la señal de salida es fuerte y la estabilidad a largo plazo es buena. Los sensores de cerámica de alta característica y de bajo precio serán la dirección de desarrollo de los sensores de presión. Existe una tendencia de reemplazar exhaustivamente otros tipos de sensores en los países europeos y estadounidenses. En China, cada vez más usuarios usan sensores de cerámica para reemplazar los sensores de presión de silicio de difusión.
2. Principios y aplicación del sensor de presión de medidor de deformación
Existen muchos tipos de sensores mecánicos, como sensores de presión de calibre de tensión resistiva, sensores de presión de calibre de deformación de semiconductores, sensores de presión piezoresistiva, sensores de presión inductiva, sensores de presión capacitivos, sensores de presión resonantes y sensores de aceleración capacitiva. Sin embargo, el sensor de presión piezoresistiva ampliamente utilizado es un sensor de presión piezoresistiva, que tiene un precio extremadamente bajo, alta precisión y buenas características lineales. A continuación presentamos principalmente este tipo de sensor.
Al comprender los sensores de fuerza piezoresistiva, primero entendemos el elemento, como un medidor de tensión resistiva. El medidor de deformación resistiva es un dispositivo sensible que convierte el cambio de tensión en la pieza que se mide en una señal eléctrica. Es uno de los componentes principales de los sensores de deformación piezoresistiva. El medidor de tensión de resistencia se usa principalmente en el medidor de tensión de resistencia de metal y el medidor de tensión de semiconductores. Hay dos tipos de medidores de tensión de resistencia al metal: medidores de tensión filamentosa y medidores de tensión de aluminio de metal. Por lo general, el medidor de deformación se une bien a la matriz mecánicamente tensa a través de un adhesivo especial. Cuando cambia el estrés de la matriz, el medidor de tensión de resistencia también se deforma, lo que hace que el valor de resistencia del medidor de tensión cambie, cambiando así el voltaje aplicado a la resistencia. El cambio de resistencia de este medidor de tensión cuando está sujeto a estrés suele ser pequeño. En general, este medidor de deformación forma un puente de deformación y se amplifica a través de amplificadores de instrumentación posteriores, y luego se transmite a la pantalla o actuador del circuito de procesamiento (generalmente conversión A/D y CPU).
La estructura interna del calibre de tensión de resistencia metálica
Como se muestra en la Figura 1, es un diagrama estructural del medidor de tensión de resistencia, que consiste en el material de la matriz, el cable de deformación de metal o la aluminio de tensión, aislando la lámina protectora y el cable de plomo. Dependiendo de diferentes usos, el valor de resistencia del medidor de tensión de resistencia puede ser diseñado por el diseñador, pero el rango de valor de la resistencia debe tenerse en cuenta: el valor de resistencia es demasiado pequeño, la corriente de conducción requerida es demasiado grande y el calentamiento del medidor de deformación hace que la temperatura sea demasiado alta. Utilizado en diferentes entornos, el valor de resistencia del medidor de deformación cambia demasiado, la deriva cero de salida es obvia y el circuito de ajuste cero es demasiado complicado. La resistencia es demasiado grande y la impedancia es demasiado alta, y la capacidad de resistir la interferencia electromagnética externa es pobre. En general, se trata de decenas de euros a decenas de miles de euros.
¿Cómo funciona la resistencia al calibre de tensión?
El principio de funcionamiento del medidor de deformación de resistencia metálica es el fenómeno de que la resistencia a la deformación cambia con la deformación mecánica en el material del sustrato, comúnmente conocido como el efecto de tensión de resistencia. El valor de resistencia de un conductor de metal puede expresarse mediante la siguiente fórmula:
Dónde: ρ— - Resistividad del conductor de metal (Ω ・ CM2/M)
S-El área transversal del conductor (CM2)
L-longitud del conductor (M)
Tomemos la resistencia de la tensión del cable como ejemplo. Cuando el cable está sujeto a fuerza externa, su longitud y área transversal cambiarán. De la fórmula anterior, se puede ver fácilmente que su valor de resistencia cambiará. Si el cable está sujeto a fuerza externa y se extiende, su longitud aumentará y el área de la sección transversal disminuirá y el valor de resistencia aumentará. Cuando el cable se comprime por fuerza externa, la longitud disminuye y la sección transversal aumenta, y el valor de resistencia disminuye. Mientras se mida el cambio aplicado a la resistencia (generalmente mide el voltaje a través de la resistencia), se puede obtener la condición de deformación del cable de deformación.
3. Principio y aplicación del sensor de presión de silicio de difusión
Cómo funciona
La presión del medio para probarse actúa directamente sobre el diafragma del sensor (acero inoxidable o cerámica), lo que hace que el diafragma produzca un micro desplazamiento proporcional a la presión media de la presión, lo que hace que el valor de resistencia del sensor cambie y detecte este cambio con circulares electrónicos y convierta una señal de medición estándar que corresponde a esta presión.
Diagrama esquemático
4. Principio y aplicación del sensor de presión de zafiro
Utilizando el principio de trabajo de resistencia a la tensión, el silicio-sapphire se usa como componentes sensibles a los semiconductores, con características metrológicas incomparables.
El sistema de zafiro está compuesto por elementos de aislantes de cristal único y no causará histéresis, fatiga y fluencia; El zafiro es más fuerte que el silicio, con mayor dureza y sin miedo a la deformación; El zafiro tiene muy buenas características elásticas y aislantes (dentro de 1000 OC). Por lo tanto, los componentes sensibles a los semiconductores hechos de silicio-saphire son insensibles a los cambios de temperatura y tienen buenas características de trabajo incluso en condiciones de alta temperatura; El zafiro tiene resistencia a la radiación extremadamente fuerte; Además, los componentes sensibles a los semiconductores de silicio-sapphire no tienen una deriva P-N, por lo que simplifican fundamentalmente el proceso de fabricación, mejoran la repetibilidad y aseguran un alto rendimiento.
Los sensores de presión y los transmisores hechos de componentes sensibles a los semiconductores de silicio-sapphire pueden funcionar normalmente en condiciones de trabajo duras y tienen alta confiabilidad, buena precisión, error de temperatura extremadamente pequeño y alto rendimiento de costo.
El sensor de presión y el transmisor del medidor están compuestos por dos diafragmas: una aleación de titanio que mide el diafragma y una aleación de titanio que recibe diafragma. Se soldó una hoja de zafiro impresa con un circuito de puente sensible a la tensión heteroepitaxial en un diafragma de medición de aleación de titanio. La presión medida se transfiere al diafragma receptor (el diafragma receptor y el diafragma de medición están firmemente conectados junto con una varilla de unión). Bajo la acción de la presión, la aleación de titanio recibe deformación del diafragma. Después de que el elemento sensible a la deformación es detectada por el elemento sensible al silicio-sapphire, su salida del puente cambiará y la amplitud del cambio es proporcional a la presión medida.
El circuito del sensor puede garantizar la fuente de alimentación del circuito del puente de deformación y convertir la señal no balanceada del puente de deformación en una salida de señal eléctrica unificada (0-5, 4-20 mA o 0-5V). En el sensor de presión y el transmisor de presión absoluto, la lámina de zafiro está conectada a la soldadura de vidrio de base de cerámica y actúa como un elemento elástico, convirtiendo la presión medida en deformación del medidor de tensión, logrando así el propósito de la medición de la presión.
5. Principios y aplicaciones de sensores de presión piezoeléctrica
Los materiales piezoeléctricos utilizados principalmente en sensores piezoeléctricos incluyen cuarzo, tartrato de sodio de potasio y fosfato de dihidroamina. Entre ellos, el cuarzo (sílice) es un cristal natural, y el efecto piezoeléctrico se encuentra en este cristal. Dentro de un cierto rango de temperatura, las propiedades piezoeléctricas siempre existen, pero después de que la temperatura excede este rango, las propiedades piezoeléctricas desaparecen por completo (esta alta temperatura es el llamado "punto cury"). Dado que el campo eléctrico cambia ligeramente con el cambio de estrés (es decir, el coeficiente piezoeléctrico es relativamente bajo), el cuarzo se reemplaza gradualmente por otros cristales piezoeléctricos. El tartrato de sodio de potasio tiene una gran sensibilidad piezoeléctrica y un coeficiente piezoeléctrico, pero solo puede usarse en entornos con temperatura ambiente relativamente baja y humedad. El fosfato de dihidroamina es un cristal artificial que puede soportar altas temperaturas y una humedad bastante alta, por lo que se ha utilizado ampliamente.
Los sensores piezoeléctricos se utilizan principalmente en la medición de la aceleración, la presión y la fuerza. El sensor de aceleración piezoeléctrica es un acelerómetro de uso común. Tiene excelentes características como estructura simple, tamaño pequeño, peso ligero y larga vida útil. Los sensores de aceleración piezoeléctrica se han utilizado ampliamente en mediciones de vibración e impacto de aeronaves, automóviles, barcos, puentes y edificios, especialmente en los campos de la aviación y el aeroespacial. Los sensores piezoeléctricos también se pueden usar para medir la presión de combustión y la medición del vacío dentro del motor. También se puede usar en la industria militar, por ejemplo, para medir el cambio en la presión de la cámara de la pistola y la presión de la onda de choque del hocico en el momento en que se dispara la pistola en la cámara. Se puede usar para medir tanto la presión grande como la pequeña presión.
Ahora, el efecto piezoeléctrico también se aplica a los policristales, como la cerámica piezoeléctrica actual, incluida la cerámica piezoeléctrica de titanato de bario, PZT, cerámica piezoeléctrica a base de niobato, cerámica piezoeléctrica de magas de niobio plomo, etc.
El efecto piezoeléctrico es el principal principio de trabajo de los sensores piezoeléctricos. Los sensores piezoeléctricos no pueden usarse para mediciones estáticas porque las cargas después de las fuerzas externas se almacenan solo cuando el circuito tiene una impedancia de entrada infinita. Este no es el caso en realidad, por lo que esto determina que el sensor piezoeléctrico solo puede medir el estrés dinámico.
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