一、压力传感器

1、.：.；一、压力传感器压力的定义：物理学将压力定义为“单位面积上的力。从接近于绝对真空的极低压力变化到极快的爆炸压力峰值，我公司都有专门的技术为每一运用领域都提供准确和可靠的压力丈量。运用-工业通用压力丈量奇石缘静态、动态压力丈量具有可靠、准确和运用灵敏的特点。它为各种运用领域提供了压电和压阻式压力传感器及呼应的丈量系统。奇石缘压力丈量仪器在机械工程、航空、化工、研讨、交通工程、能源及医学领域的运用经受了长期的考验，运用领域相当广泛。交通工程奇石缘传感器和变送器丈量0.23000bar的压力环境温度为-40350，精度等级为0.052%FS。这些传感器即使在腐蚀性截止中也是高度稳定的。典型的运

2、用包括刹车系统、普通控制系统、闭环系统、平安栅、紧缩机、变速控制系统和液压动力组件。特点/用途： 运用寿命长、 载荷循环高、 高动态载荷。航 天太空之旅中即使是最微小的误差也会给宇航员带来宏大的生命要挟。奇石缘在这个要求严厉的领域中开辟了专门的压力传感器，并经过了大量的系统测试。一个典型运用是监控卫星燃油箱内的压力。特点/用途： 极高的灵敏度和可靠的传感器、 高达15年的运用寿命，构造巩固和高可靠性、 气密设计传感器确保设备免受恶劣环境影响、 抗辐射。石油和天然气在石油和天然气领域，奇石缘传感器和变送器普通用在海洋平台安装、深孔监测系统、钻井设备和高温高压的运用领域。特点/用途： 防爆传感器、

3、 构造巩固、 耐高温、 精度高。过程工业对用于过程工业的传感器来说，最重要的是目的可靠性和耐腐蚀。陶瓷或耐腐蚀金属因此被选用。典型的运用领域非常广泛，包括计量泵、高压容器、生物反响器和紧缩机等。特点/用途： 耐腐蚀性极高、 丈量死区小、 防爆传感器。 运用-爆炸压力等高压丈量奇石缘端面密封式高压传感器是世界公认的规范传感器，运用于平安气囊引爆器内爆炸物的开发和武器的实验与开发。特点/用途：由于对安装条件不敏感，丈量反复性很高、全量程范围的线性都非常好、端面密封和优化的膜片设计使其具有很长的运用寿命、对不洁环境不敏感。1) 压电式压力传感器-压电丈量技术压电式传感器奇石缘公司的压电丈量技术源于军

4、工，并逐渐开展与完善，产品运用领域包括爆炸物理研讨、发动机测试、消费过程控制、资料实验、道路平安、靶场与靶机、模态分析等。这种传感器已历经了时间的考验，即使在最极端的条件下也能提供可靠的测试结果。如今，新一代独特的压电晶体正在越来越多地作为传感器的敏感元件，长期任务温度可到达400以上，瞬间10个毫秒级冲击温度可达4000K以上。运用领域：压电式丈量设备今天已广泛地运用与实验室和消费过程。在各种需求准确丈量和记录诸如压力、力和振动等力学量动态变化的场所中的运用随处可见并不断扩展，目前包括： 航空：模态分析，风洞和激波管仪器，着陆架液压系统，火箭技术，构造，发射系统以及切削力研讨 弹道学：熄灭，

5、爆炸，爆破和声压分布 生物力学：矫形医学中步态及姿态，运动，人体工程学，神经学和康复学领域中的多分量力的丈量 发动机实验：熄灭，换气和放射，示功图和动态应力 工程：资料评价，控制系统，反响器，建筑构造，船舶构造，汽车底盘构造实验，冲击与振动隔离，动态呼应实验 工业/工厂：机器系统，金属切削，压力和冲压力，自动压装过程和设备安康诊断 OEM运用：运输系统，注塑机，火箭，机床，紧缩机，发动机，柔性构造，油田钻井以及冲击/振动实验仪。压电石英资料：各种优良的特性使得石英成为理想的丈量元件：可接受很高的外表压力(150N/mm2)、耐高温至00、刚度很高、线性好、迟滞小、在很宽的温度范围内灵敏度恒定、

6、频响范围宽、可接受几乎无限的载荷循环数，绝缘阻抗非常高(1014)。石英资料可人工培育，并具有其他丈量优点。例如，人工培育的石英资料可用于400的温度。可在不同角度切割，获得具有压力或剪切力敏感 ，即不同压电效应的晶片。由于石英晶体的高刚度，丈量时相应的资料变形极小，普通在几微米之内，石英敏感元件的高固有频率特别适宜于快速和动态过程的丈量，它们不仅可以用于研发，也被广泛用于工业消费和实验过程。由于丈量过程中几无形变，所以缓慢或准静态过程丈量的误差很小。压电效应压电效应piezoelectric effect前缀“piezo希腊语piezein，是“压的意思。居里兄弟在1880年发现包括石英在内

7、的某些晶体外表遭到机械应力时会变得带电荷。这些电荷与作用在晶体上的力准确地成正比。它是以悄然库仑计量的1pC= 库仑。由于压电传感器是自动敏感元件，它们只能在准静态而不是完全静态丈量中产生数据。但它们对极高速的信号拾取是非常理想的。压电晶体具有适宜于丈量动态压力的许多优点，包括优良的线性、固有频率高和即使在高温、高压下坚持稳定的灵敏度。图1 石英棒根据晶体极轴相对于载荷方向不同，分三种不同的压电效应： 纵向效应、 剪切效应、 横向效应。纵向效应电荷输出产生在力接触外表，并可以在该区域丈量。在纵向压电效应中，电荷量Q只取决于力Fx的大小，与晶体的尺寸无关。添加电荷的独一方法是衔接几个晶体片，机械

8、串联，信号电子并联。输出电荷量如下： 压电系数d11是不同方向上的晶体灵敏度。因此晶体切割的位置决议了石英拉压力传感器的性能和运用领域。产生纵向效应的压电敏感元件切割对紧缩力敏感，因此适宜于简单和巩固的力传感器。剪切效应类似于纵向效应，剪切效应中的压电灵感度和压电敏感元件的大小和外形无关。载荷作用下，在压电敏感元件的外表产生电荷。在x方向的载荷作用下，机械串联和信号电子并联的n个敏感元件产生的电荷量为：剪切敏感压电元件作用于丈量剪切力、扭矩与应变的传感器。剪切效应具有对温度和剪切敏感轴垂直方向上应变不敏感的优良特性。 横向效应横向效应中，作用在y轴方向上的力Fy在相应x轴的外表上产生电荷。与纵

9、向压电效应不同，在非受载外表产生的电荷量与压电敏感元件的尺寸成正比。假设敏感元件的尺寸为a和b，产生的电荷量为： 因此，横向效应在适宜的压电敏感元件外形和陈列下，可以获得较多的电荷。横向效应的敏感元件用于高灵敏压力，应变和力传感器。 电荷和电压输出奇石缘提供电荷和电压输出的压电式传感器。前者需求电荷放大器(或外置阻抗转换器)，将电荷信号转变为电压信号。电压输出型传感器需求外置电源单元(耦合器)，提供传感器鼓励电源，并从偏置电压输出中调制出有效信号。传感器的动态呼应丈量压力、力和加速度的压电式传感器可被看成是有阻尼的单自在度弹簧质量系统。在谐振频率(fn)的1/5处的频率呼应幅值误差约为5%。低

10、通滤波可以减弱这一效应。许多奇石缘信号调理仪(电荷放大器和信调仪)都具备滤波功能。2) 压阻式压力传感器-压阻丈量技术 奇石缘压阻式传感器用于丈量气体和液体以及纯静态的压力、力丈量。即使在最恶劣的条件下也能获得准确、可反复的丈量结果。压阻效应压阻效应广义是指某些半导体或金属遭到机械外力作用时，其电阻值会发生改动。压阻式传感器利用了这一原理，当硅晶体或金属敏感元件遭到机械应力时，嵌入硅片的电阻阻值发生了改动。这种变化与压力成正比，并可以用电桥来丈量。集成电路技术使非常小的电阻电路和有源元件集成在硅片上。硅片还可以设计成如压力膜片一样。与传统的金属应变片技术相比，这项技术的主要优点是高灵敏、紧凑和

11、固有频率高。目前奇石缘的压阻式传感器是高度集成的，电阻嵌在硅片的正面，然后从反面刻蚀硅片。这意味着中央部分作为压力膜片，边缘部分作为安装面，然后硅片被阳极键合在一玻璃上。这里有一个参照孔用于相对压力丈量。但是对于绝对压力丈量，在键合过程中硅片和玻璃片之间被抽成真空。这种设计保证了温度稳定性和最小的滞后。其丈量元件极为灵敏，非常适宜小到中等压力的丈量。刚度极高的设计那么适用于高压力丈量。陶瓷丈量元件被用于低本钱的传感器技术和较低丈量精度的运用。压阻式传感器压阻原理以1954年初次发现的半导体效应为根底。在机械应力作用下，半导体的电阻值变化比金属大两个数量级。与当时运用的金属应变仪方法相比，这个发

12、现开辟了一个全新的运用领域。从那时起，其它相近的技术开场出现，如金属上的溅射薄膜技术、陶瓷上的厚膜技术等。丈量元件压阻丈量元件(如：溅射薄膜敏感元件、厚膜陶瓷敏感元件、单晶硅等)的弹性膜片在压力作用下产生曲变。金属或半导体电阻元件组成的惠斯通电桥被分散在膜片中。由于电桥在压力作用下失去平衡，从而产生成比例的电压信号输出。 应变式充油芯体 厚膜陶瓷敏感元件静态和动态特点硅压阻丈量元件具有很好的静态丈量特点。硅是一种单晶体，能坚持弹性直至断裂点，不能接受任何塑性变形。因此，硅元件是非常稳定的，其性能即使经过很长时间也不变化。它们的动态特性也很好。由于尺寸小，硅元件的固有频率很高。根据压力范围不同(膜片厚度)，固有频率为15-200kHz。信号调理由压阻式传感器产生的实践丈量信号是一个由惠斯顿电桥输出的电压值。低噪声电压放大器不仅对信号进展调理，同时还为压力传感器提供鼓励恒流和低电压。为了到达最大的综合精度，一个典型完好的丈