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力敏傳感�
閱讀�15786�(shí)間:2011-03-21 10:45:54

  力敏傳感�指對力學(xué)量敏感的一類器件或裝置。它主要是用來檢測氣�、固�、液體等物質(zhì)間相互作用力,廣泛應(yīng)用于石化、冶�、電�、汽�、建�、機(jī)�、船舶、家�、環(huán)保等�(lǐng)�。目前常用的主要是硅壓阻式力敏傳感器�電容式力敏傳感器�

分類

  力敏傳感器的種類很多,有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式�,有�(jīng)彈性敏感元件轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)換成電量的如電阻�、電容式和電感式�。它主要用于兩�(gè)方面:測力和稱重。主要分為以下幾種:

  1、應(yīng)變式傳感�

  2、電感式傳感�

  3、電容式傳感�

  4、壓電式傳感�

原理分析

  以下主要是介紹了電阻式變式傳感器、固�(tài)壓阻式傳感器及壓電傳感器的工作原��

  一、電阻應(yīng)變式傳感器:

  電阻�(yīng)變式傳感器是通過彈性敏感元件將外部的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成�(yīng)變�,再根據(jù)電阻�(yīng)變效�(yīng),由電阻�(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的微小變化,通過測量電橋�(zhuǎn)換成電壓或電流的輸出�

  � 電阻�(yīng)變式傳感器的原理框圖�

電阻應(yīng)變式傳感器的原理框圖

  �、固�(tài)壓阻式傳感器�

  固態(tài)壓阻式傳感器的工作主要基于壓阻效�(yīng),而壓阻效�(yīng)是在半導(dǎo)體材料上施加作用力時(shí),其電阻率將�(fā)生顯著變化的�(xiàn)��

  �� 壓電傳感器:

  1、壓電效�(yīng)�

  �(dāng)某些晶體或多晶體陶瓷在一定的方向上受到外力作用時(shí),在某兩�(gè)對應(yīng)的晶面上,會(huì)�(chǎn)生符號相反的電荷。當(dāng)外力消失�(shí),電荷也消失;當(dāng)外力改變方向�(shí),兩晶面上的電荷符號也隨之改��

  壓電傳感器就是以壓電效應(yīng)為基�(chǔ),將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的器��

  典型的具有壓電效�(yīng)的物�(zhì)有石英晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料等�

  2、石英晶體的壓電效應(yīng)�

  石英晶體的外形是�(guī)則的六角棱柱�,它有三�(gè)晶軸,如下圖所��

  � 石英晶體的坐�(biāo)軸和切片�

石英晶體的坐標(biāo)軸和切片

  1).縱向壓電效應(yīng):沿著X軸對晶片施加力時(shí),在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電�。如�1所�。產(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比,與晶片尺寸無關(guān)�

  �1 晶片受力方向與電荷極性的�(guān)系:

晶片受力方向與電荷極性的關(guān)系

  2).橫向壓電效應(yīng):沿著Y軸對晶片施加壓力�(shí),在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電�。如�1所�。產(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比,與晶片尺寸有關(guān)�

  3).壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理:(圖2所示)

  �2 壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理:

壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理

  3、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)�

  壓電陶瓷是人工制造的具有電疇�(jié)�(gòu)的多晶壓電材料。它的壓電機(jī)理與壓電晶體不同�

  原始的壓電陶瓷不具有壓電特�,電疇無�(guī)則排�。當(dāng)外加直流電場�(shí),使得電疇規(guī)則排列,這時(shí)壓電陶瓷就有了壓電特�。在極化電場去除�,電疇方向基本不�,留下了很強(qiáng)的剩余極�。極化過的壓電陶瓷受力后就產(chǎn)生了電荷。見�3所�。壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多,因此其靈敏度較高�

  �3 壓電陶瓷的極化過程和壓電特性:

壓電陶瓷的極化過程和壓電特性

參數(shù)及應(yīng)�

  量程:0�1�150(MPa)

  綜合精度:0.2%FS�0.5%FS�1.0%FS

  輸出信號:4�20mA(二線�)�0�5V�1�5V�0�10V(三線�)

  供電電壓:24DCV(9�36DCV)

  介質(zhì)溫度:-20�85�150�

  �(huán)境溫�:常溫(-20�85�)

  �(fù)載電�:電流輸出型:800Ω�

  電壓輸出型:大于50KΩ

  絕緣電阻:大于2000MΩ(100VDC

  密封等級:IP65

  長期�(wěn)定性能:0.1%FS/�

  振動(dòng)影響:在機(jī)械振�(dòng)頻率20Hz�1000Hz�(nèi),輸出變化小�0.1%FS

  電氣接口(信號接口):四芯屏蔽�、四芯航空接插件、緊線螺�

  �(jī)械連接(螺紋接口):1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等�

  廣泛用于工業(yè)�(shè)�、水利、化�、醫(yī)�、電力、空�(diào)、金剛石壓機(jī)、冶�、車輛制�(dòng)、樓宇供水等壓力測量與控��

智能化發(fā)�

  隨著�(jì)算機(jī)控制、通訊、網(wǎng)�(luò)等技�(shù)的發(fā)�,信息交換溝通的�(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控�、管理各層次。集�?cái)?shù)�(jù)處理平臺,業(yè)已成�,網(wǎng)�(luò)�(shù)�(jù)采集傳感�,國�(nèi)尚處萌芽。在力敏傳感器的基礎(chǔ)�,�(jìn)行技�(shù)拓展,提升其信息化水平,形成具有�(shù)字化、無線化、智能化、網(wǎng)�(luò)化功能的新型智能化網(wǎng)�(luò)力敏傳感��

  力敏傳感器的智能化發(fā)展分三�(gè)階段�

  階段力敏傳感器數(shù)字化,實(shí)�(xiàn)傳輸方式的數(shù)字化,同�(shí)解決傳統(tǒng)�(chǎn)品抗干擾能力差的問題�

  第二階段力敏傳感器智能化,實(shí)�(xiàn)人—機(jī)交流,同�(shí)解決傳統(tǒng)�(chǎn)品精度低、穩(wěn)定性差的問��

  第三階段力敏傳感器網(wǎng)�(luò)化,�(shí)�(xiàn)工業(yè)�(yuǎn)程集中控制,解決傳統(tǒng)�(chǎn)品在工業(yè)控制中必須一次儀�+二次儀表配�,造成部分功能冗余的問題。其�(shí)�(zhì)將計(jì)算機(jī)信息技�(shù)與傳感器技�(shù)有機(jī)融合為一�,全面提升傳感器�(shù)�(jù)傳輸功能和數(shù)�(jù)處理、判斷功能�

  近幾十年來微電子技�(shù)、計(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)技�(shù)�(fā)生了巨大變化,洞察當(dāng)今高科技,無不是傳感器技�(shù)與計(jì)算機(jī)信息技�(shù)的結(jié)�。工�(yè)控制從單�(jī)控制走向集中�(jiān)控、集散控�。在�(jìn)入網(wǎng)�(luò)�(shí)代的今天,工�(yè)控制器連網(wǎng)也為�(wǎng)�(luò)管理提供了方�。特別是嵌入式系�(tǒng),片上系�(tǒng)SOC(System on Chip)給電子信息�(chǎn)�(yè)� IC �(yīng)用帶來劃�(shí)代的�(jìn)�。信息技�(shù)滲入傳感器之中勢不可擋,相互融合更是大勢所�。傳感器行業(yè)向智能化、單片系�(tǒng)�、網(wǎng)�(luò)化的方向�(fā)展已是大勢所��

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