壓電陶瓷有屬于二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶�、鈮酸鹽系列陶瓷和屬于三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的�(yōu)�(diǎn)是燒制方�、易成型、耐濕、耐高�。缺�(diǎn)是具有熱釋電�,會(huì)�(duì)力學(xué)量測(cè)量造成干擾。有�(jī)壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙�、尼龍等十余種高分子材料。有�(jī)壓電材料可大量生�(chǎn)和制成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有獨(dú)特的�(yōu)越�,是很有發(fā)�?jié)摿Φ男滦碗娐暡牧稀?0年代以來(lái)�(fā)�(xiàn)了同�(shí)具有半導(dǎo)體特性和壓電特性的晶體,如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣�。利用這種材料可以制成集敏感元件和電子�(xiàn)路于一體的新型壓電傳感�,很有發(fā)展前��
壓電式傳感器的應(yīng)�:壓電傳感器結(jié)�(gòu)�(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量累世、功耗小、壽命長(zhǎng),特別是它具有良好的�(dòng)�(tài)特�,因此適合適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的沖擊力�
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原�,壓電傳感器不能用于靜態(tài)�(cè)�,因?yàn)�?jīng)�(guò)外力作用后的電荷,只有在回路具有�(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保�。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠�(cè)量動(dòng)�(tài)的應(yīng)��
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度�23213感器是一種常用的加速度�(jì)。它具有�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度�23213感器在飛�(jī)、汽�(chē)、船�、橋梁和建筑的振�(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的�(yīng)�,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)�(cè)量發(fā)�(dòng)�(jī)�(nèi)部燃燒壓力的�(cè)量與真空度的�(cè)量。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來(lái)�(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用�(lái)�(cè)量大的壓�,也可以用來(lái)�(cè)量微小的壓力�
壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物�(yī)�(xué)�(cè)量中,比如說(shuō)心室�(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)�(tài)壓力是如此普�,所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛.
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原�,壓電傳感器不能用于靜態(tài)�(cè)量,�?yàn)�?jīng)�(guò)外力作用后的電荷,只有在回路具有�(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保�。實(shí)際的情況不是這樣�,所以這決定了壓電傳感器只能夠�(cè)量動(dòng)�(tài)的應(yīng)力�
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度�(jì)。它具有�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽�(chē)、船�、橋梁和建筑的振�(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的�(yīng)用,特別是航空和宇航�(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)�(cè)量發(fā)�(dòng)�(jī)�(nèi)部燃燒壓力的�(cè)量與真空度的�(cè)�。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來(lái)�(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓�。它既可以用�(lái)�(cè)量大的壓�,也可以用來(lái)�(cè)量微小的壓力�
壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫�。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)�(xiàn)�,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存�,但溫度超過(guò)這�(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這�(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化�?。ㄒ簿驼f(shuō)壓電系數(shù)比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的�(huán)境下才能夠應(yīng)�。磷酸二氫胺屬于人造晶�,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已�(jīng)得到了廣泛的�(yīng)��
壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物�(yī)�(xué)�(cè)量中,比如說(shuō)心室�(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)�(tài)壓力是如此普�,所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛�
除了壓電傳感器之�,還有利用壓阻效�(yīng)制造出�(lái)的壓阻傳感器,利用應(yīng)變效�(yīng)的應(yīng)變式傳感器等,這些不同的壓力傳感器利用不同的效�(yīng)和不同的材料,在不同的場(chǎng)合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用��
這種壓力變送器主要利用液體或氣體在檢測(cè)器件上形成的壓力�(lái)檢測(cè)液體或者氣體的流量或壓�(qiáng)。把這種壓力信號(hào)�(zhuǎn)變成�(biāo)�(zhǔn)�0�10V或�4�20mA電信�(hào)。以便控制使��
壓力和電信號(hào)的轉(zhuǎn)化主要由各種壓力傳感器的核心部件完成。核心部件主要由壓力檢測(cè)體和放大電路組成�
?�?)力�(cè)� 壓電式傳感器主要利用石英晶體的縱向和剪切的壓電效�(yīng),因?yàn)槭⒕w剛度�、滯后小,靈敏度高、線(xiàn)性好,工作頻率寬、熱釋電誑應(yīng)�。力傳感器除可測(cè)單向作用力外還可利用不同切割方向的多片晶� 依靠其不同的壓電效應(yīng)�(cè)量多方向�,如空間作用�3�(gè)方向的分力Fx、Fy、Fz
?�?)壓力測(cè)量:壓電式壓力傳感器主要利用彈性元件(膜片、活塞等)收集壓力變成作用于晶體片上的力,因?yàn)閺椥栽貌牧系男阅�?duì)傳感器的特性有很大影響�
?�?)加速度�(cè)量:壓電式加速度傳感器是利用�(zhì)量塊m由預(yù)緊力壓在晶體片上,婁被測(cè)加速度a作用�(shí),晶體處�(huì)受到慣性力F=ma,由此�(chǎn)生壓電效�(yīng),因此質(zhì)量塊的質(zhì)量決定了傳感器的靈敏度,也影響著傳感器的高頻響應(yīng)�
壓力傳感器是工業(yè)�(shí)踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛�(yīng)用于各種工業(yè)自控�(huán)�,涉及水利水電、鐵路交�、智能建筑、生�(chǎn)自控、航空航天、軍�、石�、油�、電�、船�、機(jī)床、管道等眾多行業(yè),下面就�(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其�(yīng)�
1、應(yīng)變片壓力傳感器原理與�(yīng)�
力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多,如電阻�(yīng)變片壓力傳感器、半�(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感�、壓阻式壓力傳感�、電感式壓力傳感�、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但�(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感�,它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的�(xiàn)性特�。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感��
在了解壓阻式力傳感器�(shí),我們首先認(rèn)�(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器�。它是壓阻式�(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片�(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半�(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀�(yīng)變片和金屬箔狀�(yīng)變片兩種。通常是將�(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在�(chǎn)生力�(xué)�(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力�(fā)生應(yīng)力變化時(shí),電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形�,使�(yīng)變片的阻值發(fā)生改�,從而使加在電阻上的電壓�(fā)生變化。這種�(yīng)變片在受力時(shí)�(chǎn)生的阻值變化通常較小,一般這種�(yīng)變片都組成應(yīng)變電�,并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器�(jìn)行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/D�(zhuǎn)換和CPU)顯示或�(zhí)行機(jī)�(gòu)�
金屬電阻�(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)�(gòu)
如圖1所示,是電阻應(yīng)變片的結(jié)�(gòu)示意�,它由基體材�、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保�(hù)片和引出�(xiàn)等部分組�。根�(jù)不同的用�,電阻應(yīng)變片的阻值可以由�(shè)�(jì)者設(shè)�(jì),但電阻的取值范圍應(yīng)注意:阻值太�,所需的驅(qū)�(dòng)電流太大,同�(shí)�(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度�(guò)�,不同的�(huán)境中使用,使�(yīng)變片的阻值變化太大,輸出零點(diǎn)漂移明顯,調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太�,阻抗太�,抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左��
電阻�(yīng)變片的工作原�
金屬電阻�(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上�(yīng)變電阻隨�(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的�(xiàn)象,俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效�(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示:
式中:ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率(Ω·cm2/m�
S——導(dǎo)體的截面積(cm2�
L——導(dǎo)體的�(zhǎng)度(m�
我們以金屬絲應(yīng)變電阻為�,當(dāng)金屬絲受外力作用�(shí),其�(zhǎng)度和截面積都�(huì)�(fā)生變�,從上式中可很容易看�,其電阻值即�(huì)�(fā)生改�,假如金屬絲受外力作用而伸�(zhǎng)�(shí),其�(zhǎng)度增�,而截面積減少,電阻值便�(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí),長(zhǎng)度減小而截面增�,電阻值則�(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化(通常是測(cè)量電阻兩端的電壓�,即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情
2、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)�
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片�(chǎn)生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背�,連接成一�(gè)惠斯通電�(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),使電橋�(chǎn)生一�(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)�、與激�(lì)電壓也成正比的電壓信�(hào),標(biāo)�(zhǔn)的信�(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V�,可以和�(yīng)變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標(biāo)�,傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和�(shí)間穩(wěn)定�,傳感器自帶溫度�(bǔ)�0�70�,并可以和絕大多�(shù)介質(zhì)直接接觸�
陶瓷是一種公�(rèn)的高彈�、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振�(dòng)的材�。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高�(dá)-40�135�,而且具有�(cè)量的高精�、高�(wěn)定性。電氣絕緣程�>2kV,輸出信�(hào)�(qiáng),長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特�,低�(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向,在歐美國(guó)家有全面替代其它�(lèi)型傳感器的趨�(shì),在中國(guó)也越�(lái)越多的用�(hù)使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感��
3、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及�(yīng)�
工作原理
被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷�,使膜片�(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位�,使傳感器的電阻值發(fā)生變�,和用電子線(xiàn)路檢�(cè)這一變化,并�(zhuǎn)換輸出一�(gè)�(duì)�(yīng)于這一壓力的標(biāo)�(zhǔn)�(cè)量信�(hào)�
4、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與�(yīng)�
利用�(yīng)變電阻式工作原理,采用硅-�(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元�,具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性�
�(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不�(huì)�(fā)生滯后、疲勞和蠕變�(xiàn)�;藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)�,硬度更高,不怕形�;藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性(1000 OC�?xún)?nèi)),因此,利用硅-�(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元�,對(duì)溫度變化不敏�,即使在高溫條件�,也有著很好的工作特�;藍(lán)寶石的抗輻射特性極�(qiáng);另�,硅-�(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元�,無(wú)p-n漂移,因�,從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝,提高了重�(fù)�,確保了高成品率�
用硅-�(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器,可在最?lèi)毫拥墓ぷ鳁l件下正常工作,并且可靠性高、精度好、溫度誤差極�、�?xún)r(jià)比高�
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片�(gòu)成:鈦合金測(cè)量膜片和鈦合金接收膜�。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的�(lán)寶石薄片,被焊接在鈦合金�(cè)量膜片上。被�(cè)壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿�(jiān)固的連接在一起)。在壓力的作用下,鈦合金接收膜片�(chǎn)生形變,該形變被�-�(lán)寶石敏感元件感知�,其電橋輸出�(huì)�(fā)生變化,變化的幅度與被測(cè)壓力成正��
傳感器的電路能夠保證�(yīng)變電橋電路的供電,并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)�(zhuǎn)換為�(tǒng)一的電信號(hào)輸出�0-5�4-20mA�0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器�,藍(lán)寶石薄片,與陶瓷基極玻璃焊料連接在一�,起到了彈性元件的作用,將被測(cè)壓力�(zhuǎn)換為�(yīng)變片形變,從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的�
5、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)�
壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫�。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶�,壓電效�(yīng)就是在這種晶體中發(fā)�(xiàn)的,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存�,但溫度超過(guò)這�(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這�(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化�?。ㄒ簿驼f(shuō)壓電系數(shù)比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的�(huán)境下才能夠應(yīng)�。磷酸二氫胺屬于人造晶�,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已�(jīng)得到了廣泛的�(yīng)用�
�(xiàn)在壓電效�(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶�、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等�
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原�,壓電傳感器不能用于靜態(tài)�(cè)�,因?yàn)�?jīng)�(guò)外力作用后的電荷,只有在回路具有�(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保�。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠�(cè)量動(dòng)�(tài)的應(yīng)��
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度�(jì)。它具有�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽�(chē)、船�、橋梁和建筑的振�(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的�(yīng)�,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)�(cè)量發(fā)�(dòng)�(jī)�(nèi)部燃燒壓力的�(cè)量與真空度的�(cè)�。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來(lái)�(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓�。它既可以用�(lái)�(cè)量大的壓�,也可以用來(lái)�(cè)量微小的壓力�
壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物�(yī)�(xué)�(cè)量中,比如說(shuō)心室�(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)�(tài)壓力是如此普�,所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛�