傳感器中比較常見的一種就是壓力傳感器。壓力傳感器更多的應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備中,隨著自動化技術(shù)的進步,在工業(yè)設(shè)備中,除了液柱式壓力計、彈性式壓力表外,目前更多的是采用可將壓力轉(zhuǎn)換成電信號的壓力變送器和壓力傳感器。那么這些壓力變送器和壓力傳感器是如何將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的呢?不同的轉(zhuǎn)換方式又有什么特點呢?今天,我們一起來看一下常見的壓力傳感器的工作原理主要有哪些。
一、壓電壓力傳感器:壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應(yīng),利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量,再進行相關(guān)測量工作的測量精密儀器。
壓電傳感器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測量當(dāng)中,原因是受到外力作用后的電荷,當(dāng)回路有無限大的輸入抗阻的時候,才可以得以保存下來,因此壓電傳感器只可以應(yīng)用在動態(tài)的測量當(dāng)中。
以壓電效應(yīng)為工作原理的傳感器,是機電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料制作而成的,而當(dāng)壓電材料受到外力作用的時候,它的表面會形成電荷,電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后,就會被轉(zhuǎn)換成為與所受到的外力成正比關(guān)系的電量輸出。
二、壓阻壓力傳感器:壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于上述壓電效應(yīng),壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化,并不會產(chǎn)生電荷。
壓阻壓力傳感器一般通過引線接入電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓力作用,電橋處于平衡狀態(tài)(稱為零位),當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化,電橋?qū)⑹テ胶?。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源,電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng)的電壓信號,這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化,經(jīng)過放大后,再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換,變換成相應(yīng)的電流信號,該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補償,即產(chǎn)生了輸入電壓成線性對應(yīng)關(guān)系的4~20mA的標準輸出信號。
三、電容式壓力傳感器:電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件,將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極,當(dāng)薄膜感受壓力而變形時,薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化,通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器,可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。
差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間,構(gòu)成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應(yīng)減小,測量結(jié)果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好,但加工較困難(特別是難以保證對稱性),而且不能實現(xiàn)對被測氣體或液體的隔離,因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。
四、電磁壓力傳感器:多種利用電磁原理的傳感器統(tǒng)稱,主要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。
1)電感壓力傳感器
電感式壓力傳感器的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同,當(dāng)壓力作用于膜片時,氣隙大小發(fā)生改變,氣隙的改變影響線圈電感的變化,處理電路可以把這個電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號輸出,從而達到測量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種:變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點在于靈敏度高、測量范圍大;缺點就是不能應(yīng)用于高頻動態(tài)環(huán)境。
2)霍爾壓力傳感器
霍爾壓力傳感器是基于某些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個磁場內(nèi),且有電流通過時,導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊,繼而產(chǎn)生電壓(霍爾電壓)的現(xiàn)象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性,可證實導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶有負電荷的粒子(自由電子)之運動所造成。
3)電渦流壓力傳感器
基于電渦流效應(yīng)的壓力傳感器。電渦流效應(yīng)是由一個移動的磁場與金屬導(dǎo)體相交,或是由移動的金屬導(dǎo)體與磁場垂直交會所產(chǎn)生。簡而言之,就是電磁感應(yīng)效應(yīng)所造成。這個動作產(chǎn)生了一個在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應(yīng)等特性,因此電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力的檢測。
五、振弦式壓力傳感器:振弦式壓力傳感器屬于頻率敏感型傳感器,這種頻率測量具有想當(dāng)高的準確度,因為時間和頻率是能準確測量的物理量參數(shù),而且頻率信號在傳輸過程中可以忽略電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。同時,振弦式壓力傳感器還具有較強的抗干擾能力,零點漂移小、溫度特性好、結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、性能穩(wěn)定,便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲,容易實現(xiàn)儀表數(shù)字化,所以振弦式壓力傳感器也可以作為傳感技術(shù)發(fā)展的方向之一。
以上就是關(guān)于常見的壓力傳感器種類以及其工作原理內(nèi)容介紹,里面詳細的介紹了這些壓力傳感器是如何將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的,方便大家了解選擇。