陶瓷电容式压力传感器

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陶瓷电容式压力传感器

1范围

本文件规定了陶瓷电容式压力传感器的产品规格、技术要求、试验方法、检验规则和标志、包装、

运输、贮存的要求。

本文件适用于大坝及岩土工程安全监测中测量液体压力的陶瓷电容式压力传感器。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T191包装储运图示标志

GB/T6388运输包装收发货标志

GB/T9969工业产品使用说明书总则

GB/T13384机电产品包装通用技术条件

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

陶瓷电容式压力传感器ceramiccapacitivepiezometer

基于陶瓷电容感应技术，测量水压力的仪器。

4产品结构原理与规格

4.1产品结构

陶瓷电容式压力传感器主要由陶瓷电容压力敏感部件、变送电路、壳体、通气电缆及透水板组成，

其结构示意见图1，其中敏感部件由陶瓷膜片、陶瓷基座、膜片电极及同轴电极组成。

1

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图1陶瓷电容式压力传感器结构示意图

4.2工作原理

陶瓷电容式压力传感器采用陶瓷膜片作为传感元件，当液体压力作用于陶瓷膜片时，膜片产生变形，

引起膜片电极（公共电极）与同轴电极1、同轴电极2的电容量变化，通过变送电路将电容量变化转换

成电信号输出，利用输出信号与压力的函数关系得到液体压力。其工作原理示意见图2。

图2陶瓷电容式压力传感器工作原理示意图

4.3产品规格

陶瓷电容式压力传感器的基本规格参数及主要部件材质见表1。

表1陶瓷电容式压力传感器基本规格参数及主要部件材质

仪器名称测量范围（kPa）输出信号工作电源壳体材质

0∼4

0∼7

0∼10

陶瓷电容式DC0∼5V或电压：DC12V不锈钢或其他

0∼15

压力传感器EIA-RS-485电流：<10mA抗腐蚀材料

0∼20

0∼50

0∼100

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5技术要求

5.1环境条件

5.1.1正常工作条件

a)环境温度：-20℃～60℃；

b)大气压力：53kPa～106kPa。

5.1.2仲裁试验条件

a)环境温度：20℃±2℃；

b)相对湿度：60%～70%；

c)大气压力：86kPa～106kPa。

5.1.3正常试验条件

a)环境温度：15℃～35℃；

b)相对湿度：60%～70%；

c)大气压力：86kPa～106kPa。

5.2外观

陶瓷电容式压力传感器外表面应无变形及明显划痕；商标、型号等标志清晰；紧固件无松动，引出

电缆无损伤。

5.3性能参数

陶瓷电容式压力传感器的性能参数应满足下列要求：

a)非线性度δ1不大于0.2%FS；

b)不重复度δ2不大于0.1%FS；

c)滞后δ3不大于0.1%FS；

d)综合误差δ不大于0.25%FS。

5.4耐压密封性

陶瓷电容式压力传感器在1.2倍满量程的水压力下，其电缆芯线与外壳间的绝缘电阻应不小于50M

Ω。在恢复至正常工作条件后，试验前后的读数差应不大于0.25%FS。

5.5温度附加误差

陶瓷电容式压力传感器的温度附加误差δt不大于0.02%FS/°C。

5.6过范围限

陶瓷电容式压力传感器应能承受不小于2倍满量程的压力，当压力恢复至不大于满量程后，在正常

工作条件下，其性能应符合5.3条规定。

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5.7稳定性

陶瓷电容式压力传感器在正常试验条件下，30天的零点漂移及满量程输出变化应不大于0.25%FS。

5.8耐运输颠震性能

在运输包装状态下，设置振动系统的扫频振动频率为10Hz～150Hz～10Hz，扫频速度为1倍频程/min，

加速度为2g，对陶瓷电容式压力传感器进行循环3个周期的单轴振动试验。试验后其性能参数仍应满足

5.3要求，且外观符合5.2要求。

6试验方法

6.1主要试验设备

a)压力容器，0.4级压力表及加压设备；

b)0.02级压力控制器/校验仪；

c)测量范围0～5V、准确度不低于0.05%FS的读数仪表，或传感器配套的读数装置；

d)100V直流绝缘电阻表；

e)温度偏差不大于±2℃、相对湿度偏差不大于±5%的环境试验箱；

f)最大加速度20g、频率范围2Hz～600Hz的振动试验台。

6.2外观检查

在正常试验条件下，通过目测和手感检验，应符合5.2要求。

6.3性能参数试验

在正常试验条件下，按如下步骤进行试验：

a)将传感器连接到压力控制器上，按满量程压力值加载、卸载3次，然后进行正式试验；

b)将满量程等分成4～10档（测试点），从零点压力开始，按档位逐级加压至满量程压力值，用

读数仪表读取各档位的输出值；

c)加压至满量程压力值后，再按档位逐级卸压至零点压力，用读数仪表读取各档位的输出值；

d)按2）～3）的步骤，进行3次试验；

e)按附录B.2～B.4计算非线性度、不重复度及滞后误差等参数，应符合5.3要求。

6.4耐压密封性试验

将陶瓷电容式压力传感器放入压力容器内，信号电缆从带密封部件的孔中引出，用读数仪表读取传

感器的输出值并记录。由加压设备将压力容器内水压加压至1.2倍满量程的压力，压力值由压力容器上

的压力表读出，保持恒定4h后，将传感器电缆所有芯线短接，使用绝缘电阻表测量芯线与传感器外壳

间的绝缘电阻值并记录，然后卸压至正常状态，再次读取传感器的输出值并记录，试验结果应符合5.4

要求。

6.5温度附加误差试验

将陶瓷电容式压力传感器放入环境试验箱内，分别在-20℃、20℃、60℃三档进行试验。试验箱以不

超过1℃/min的变化率升降温，先从常温开始降温至-20℃，保持2h，用读数仪表读取传感器的输出值

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Dt-20，然后再升温至20℃及60℃，到达每档温度后保持2h，再读取传感器相应的输出值Dt20、Dt60，按附

录B.5计算其温度附加误差，应符合5.5要求。

6.6过范围限试验

在正常试验条件下，将陶瓷电容式压力传感器连接到压力控制器上，加压至2倍满量程的压力，保

持2h。卸压后按6.3试验，其性能应符合5.6要求。

6.7稳定性试验

在正常试验条件下，按6.3方法测试传感器的零点及满量程输出，然后将传感器静置30天，再次

按6.3方法测试传感器的零点及满量程输出，扣除环境温度影响后，按附录B.6、B.7计算零点稳定性

及满量程稳定性，结果应符合5.7要求。

6.8耐运输颠震性能试验

将包装好的陶瓷电容式压力传感器固定在振动试验台上，按5.8规定的要求进行试验，结束后进行

外观检查及仪器性能参数试验，结果应满足5.8要求。

7检验规则

7.1检验分类

陶瓷电容式压力传感器检验分为出厂检验和型式试验两种，检验项目见表2。

表2陶瓷电容式压力传感器出厂检验及型式试验项目

序号检验项目技术要求试验方法出厂检验型式试验

1外观5.26.2√√

2性能参数5.36.3√√

3耐压密封性5.46.4√√

4温度附加误差5.56.5-√

5过范围限5.66.6-√

6稳定性5.76.7-√

7耐运输颠震性能5.86.8-√

注：“√”为必检项目，“-”为不检项目。

7.2出厂检验

7.2.1陶瓷电容式压力传感器应逐台进行出厂检验，检验项目见表2。

7.2.2陶瓷电容式压力传感器经质量检验部门检验合格并附合格证及出厂检验资料后，方可出厂。

7.2.3合格证内容应包括：厂商名称、产品名称、型号规格、出厂编号、检验员、检验日期。

7.2.4出厂检验资料至少应包括：

a)产品名称、型号规格、出厂编号；

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b)性能参数试验结果；

c)制造日期、检验员标识。

7.3型式试验

7.3.1凡遇下列情况之一，应进行型式试验：

a)新产品定型或老产品转厂生产或停产1年后又恢复生产时；

b)连续批量生产时，每5年1次；

c)设计、工艺、材料、元件有较大改变，可能影响产品性能时；

d)出厂检验结果与上次型式试验有较大差异时；

e)国家质量技术监督机构提出要求时。

7.3.2型式试验应从出厂检验合格产品中随机抽取不少于3支样品，若总数少于3支，则应全检。

7.3.3型式试验项目见表2。

7.3.4型式试验未发现不合格项，则判定该批产品合格。如有不合格项，则进行加倍抽样，重复进行

型式试验，如未发现不合格项，仍判定该批产品合格；如第二次抽取的样品仍存在不合格项，则判定该

批产品不合格。

8标志、说明书、包装、运输、贮存

8.1标志

8.1.1产品标志

每支陶瓷电容式压力传感器上的标志内容至少应包含商标、产品名称、型号规格、出厂编号等内容。

8.1.2包装标志

产品包装箱外壁应使用防水标记，包装标志包括：

a)到站、收货单位和地址；

b)发站、供货单位和地址；

c)产品名称、型号和数量；

d)标明“精密仪器”、“小心轻放”、“防震”及放置标记“↑”标识。

8.1.3产品的包装储运标志和收发货标志应按照GB/T191和GB/T6388的有关规定执行。

8.2说明书

说明书编写参照GB/T9969执行。

8.3包装

8.3.1产品的内包装为入库包装，宜采用纸盒及隔震泡沫组合包装。

8.3.2产品的外包装是为出厂运输进行的包装。可多台仪器组合包装，宜采用木箱及隔震泡沫组合包

装。防震、防潮、防尘等包装防护按GB/T13384中的有关规定进行。

8.3.3外包装箱内随产品提供的技术文件应包括：

a)装箱清单；

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b)使用说明书；

c)产品合格证；

d)出厂检验资料；

e)产品技术条件规定的其他文件。

随带技术文件应装入塑料袋中并放置在外包装箱内表层。

8.4运输

按有关包装标准及本文件的规定进行包装的产品应能适应各种运输方式。

8.5贮存

包装状态下的陶瓷电容式压力传感器应能适应以下贮存环境条件：

a）温度：-40℃～60℃；

b）湿度不大于85%；

c）长期贮存状态下，贮存场所应选择通风、干燥的室内，附近应无酸性、碱性及其他腐蚀性物质

存在。

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附录A

（规范性）

陶瓷电容式压力传感器压力计算方法

A.1测量压力Pi按公式（A.1）计算：

Pi=k(Di−D0)（A.1）

式中：

k——传感器输出值Di与承受压力Pi的换算系数，计算见公式（B.9），单位kPa/V；

Di——第i次测量时传感器的输出值，单位V；

D0——零压力（P=0）时传感器的输出值，单位V。

A.2零压力输出均值D0按公式（A.2）计算：

1m

DD（A.2）

0=∑0j

mj=1

式中：

——试验循环的次数（m=6）；

m

D0j——第j次加压，然后卸压至零压力时传感器的输出值，单位V或mA。

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附录B

（规范性）

陶瓷电容式压力传感器性能指标与参数计算方法

B.1满量程输出均值U按公式（B.1）计算：

UDD（B.1）

=n−0

式中：

——满量程压力时传感器输出均值；

Dn

——零压力时传感器输出均值。

D0

B.2非线性度δ1按公式（B.2）计算：

Dfi−Di

max（B.2）

δ1=×100%

U

式中：

Dfi——同档位校准直线（或曲线）拟合值（i=0，1，2，3...n，n为分档数量，下同）；

——三次加压、卸压循环中同档位对应的6个测值的均值；

Di

——测点校准直线（或曲线）拟合值与该档位测值平均值的最大偏差值。

Dfi−Di

max

不重复度按公式（B.3）计算：

B.3δ2

∆

rmax

δ2=×100%（B.3）

U

式中：

∆——三次加压同一档测值间差值与三次卸压同一档测值间差值的最大值。

rmax

B.4滞后δ3按公式（B.4）计算：

D−D

airimax（B.4）

δ3=×100%

U

式中：

——加压各档位测值；

Dai

——卸压各档位测值；

Dri

−——每一循环中各档位加压与卸压测值间差值的最大值。

DaiDrimax

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B.5温度附加误差δt按公式（B.6）计算：

Dt60−Dt20+|Dt20−Dt−20|

δt=×100%（B.5）

2×40×U

式中：

——分别为60℃、20℃、-20℃温度条件下传感器的输出值。

Dt60,Dt20,Dt−20

B.6零点稳定性δz按公式（B.7）计算：

Dj−D0

δz=×100%（B.6）

U0

式中：

D0——静置前零压力时传感器输出均值；

D

j——静置后零压力时传感器输出均值；

U0——静置前满量程输出均值。

B.7满量程稳定性δs按公式（B.8）计算：

Uj−U0

δs=×100%（B.7）

U0

式中：

U0——静置前满量程输出均值；

Uj——静置后满量程输出均值。

B.8换算系数k按公式（B.9）计算：

P

k=

U（B.8）

式中：

P——满量程压力值。

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ICS27.120.20

CCSN74

DL

中华人民共和国电力行业标准

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陶瓷电容式压力传感器

Ceramiccapacitivepiezometer

(征求意见稿)

（在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

国家能源局发布

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陶瓷电容式压力传感器

1范围

本文件规定了陶瓷电容式压力传感器的产品规格、技术要求、试验方法、检验规则和标志、包装、

运输、贮存的要求。

本文件适用于大坝及岩土工程安全监测中测量液体压力的陶瓷电容式压力传感器。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T191包装储运图示标志

GB/T6388运输包装收发货标志

GB/T9969工业产品使用说明书总则

GB/T13384机电产品包装通用技术条件

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

陶瓷电容式压力传感器ceramiccapacitivepiezometer

基于陶瓷电容感应技术，测量水压力的仪器。

4产品结构原理与规格

4.1产品结构

陶瓷电容式压力传感器主要由陶瓷电容压力敏感部件、变送电路、壳体、通气电缆及透水板组成，

其结构示意见图1，其中敏感部件由陶瓷膜片、陶瓷基座、膜片电极及同轴电极组成。

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图1陶瓷电容式压力传感器结构示意图

4.2工作原理

陶瓷电容式压力传感器采用陶瓷膜片作为传感元件，当液体压力作用于陶瓷膜片时，膜片产生变形，

引起膜片电极（公共电极）与同轴电极1、同轴电极2的电容量变化，通过变送电路将电容量变化转换

成电信号输出，利用输出信号与压力的函数关系得到液体压力。其工作原理示意见图2。

图2陶瓷电容式压力传感器工作原理示意图

4.3产品规格

陶瓷电容式压力传感器的基本规格参数及主要部件材质见表1。

表1陶瓷电容式压力传感器基本规格参数及主要部件材质

仪器名称测量范围（kPa）输出信号工作电源壳体材质

0∼4

0∼7

0∼10

陶瓷电容式DC0∼5V或电压：DC12V不锈钢或其他

0∼15

压力传感器EIA-RS-485电流：<10mA抗腐蚀材料

0∼20

0∼50

0∼100

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5技术要求

5.1环境条件

5.1.1正常工作条件

a)环境温度：-20℃～60℃；

b)大气压力：53kPa～106kPa。

5.1.2仲裁试验条件

a)环境温度：20℃±2℃；

b)相对湿度：60%～70%；

c)大气压力：86kPa～106kPa。

5.1.3正常试验条件

a)环境温度：15℃～35℃；

b)相对湿度：60%～70%；

c)大气压力：86kPa～106kPa。

5.2外观

陶瓷电容式压力传感器外表面应无变形及明显划痕；商标、型号等标志清晰；紧固件无松动，引出

电缆无损伤。

5.3性能参数

陶瓷电容式压力传感器的性能参数应满足下列要求：

a)非线性度δ1不大于0.2%FS；

b)不重复度δ2不大于0.1%FS；

c)滞后δ3不大于0.1%FS；

d)综合误差δ不大于0.25%FS。

5.4耐压密封性

陶瓷电容式压力传感器在1.2倍满量程的水压力下，其电缆芯线与外壳间的绝缘电阻应不小于50M

Ω。在恢复至正常工作条件后，试验前后的读数差应不大于0.25%FS。

5.5温度附加误差

陶瓷电容式压力传感器的温度附加误差δt不大于0.02%FS/°C。

5.6过范围限

陶瓷电容式压力传感器应能承受不小于2倍满量程的压力，当压力恢复至不大于满量程后，在正常

工作条件下，其性能应符合5.3条规定。

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5.7稳定性

陶瓷电容式压力传感器在正常试验条件下，30天的零点漂移及满量程输出变化应不大于0.25%FS。

5.8耐运输颠震性能

在运输包装状态下，设置振动系统的扫频振动频率为10Hz～150Hz～10Hz，扫频速度为1倍频程/min，

加速度为2g，对陶瓷电容式压力传感器进行循环3个周期的单轴振动试验。试验后其性能参数仍应满足

5.3要求，且外观符合5.2要求。

6试验方法

6.1主要试验设备

a)压力容器，0.4级压力表及加压设备；

b)0.02级压力控制器/校验仪；

c)测量范围0～5V、准确度不低于0.05%FS的读数仪表，或传感器配套的读数装置；

d)100V直流绝缘电阻表；

e)温度偏差不大于±2℃、相对湿度偏差不大于±5%的环境试验箱；

f)最大加速度20g、频率范围2Hz～600Hz的振动试验台。

6.2外观检查

在正常试验条件下，通过目测和手感检验，应符合5.2要求。

6.3性能参数试验

在正常试验条件下，按如下步骤进行试验：

a)将传感器连接到压力控制器上，按满量程压力值加载、卸载3次，然后进行正式试验；

b)将满量程等分成4～10档（测试点），从零点压力开始，按档位逐级加压至满量程压力值，用

读数仪表读取各档位的输出值；

c)加压至满量程压力值后，再按档位逐级卸压至零点压力，用读数仪表读取各档位的输出值；

d)按2）～3）的步骤，进行3次试验；

e)按附录B.2～B.4计算非线性度、不重复度及滞后误差等参数，应符合5.3要求。

6.4耐压密封性试验

将陶瓷电容式压力传感器放入压力容器内，信号电缆从带密封部件的孔中引出，用读数仪表读取传

感器的输出值并记录。由加压设备将压力容器内水压加压至1.2倍满量程的压力，压力值由压力容器上

的压力表读出，保持恒定4h后，将传感器电缆所有芯线短接，使用绝缘电阻表测量芯线与传感器外壳

间的绝缘电阻值并记录，然后卸压至正常状态，再次读取传感器的输出值并记录，试验结果应符合5.4

要求。

6.5温度附加误差试验

将陶瓷电容式压力传感器放入环境试验箱内，分别在-20℃、20℃、60℃三档进行试验。试验箱以不

超过1℃/min的变化率升降温，先从常温开始降温至-20℃，保持2h，用读数仪表读取传感器的输出值

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Dt-20，然后再升温至20℃及60℃，到达每档温度后保持2h，再读取传感器相应的输出值Dt20、Dt60，按附

录B.5计算其温度附加误差，应符合5.5要求。

6.6过范围限试验

在正常试验条件下，将陶瓷电容式压力传感器连接到压力控制器上，加压至2倍满量程的压力，保

持2h。卸压后按6.3试验，其性能应符合5.6要求。

6.7稳定性试验

在正常试验条件下，按6.3方法测试传感器的零点及满量程输出，然后将传感器静置30天，再次

按6.3方法测试传感器的零点及满量程输出，扣除环境温度影响后，按附录B.6、B.7计算零点稳定性

及满量程稳定性，结果应符合5.7要求。

6.8耐运输颠震性能试验

将包装好的陶瓷电容式压力传感器固定在振动试验台上，按5.8规定的要求进行试验，结束后进行

外观检查及仪器性能参数试验，结果应满足5.8要求。

7检验规则

7.1检验分类

陶瓷电容式压力传感器检验分为出厂检验和型式试验两种，检验项目见表2。

表2陶瓷电容式压力传感器出厂检验及型式试验项目

序号检验项目技术要求试验方法出厂检验型式试验

1外观5.26.2√√

2性能参数5.36.3√√

3耐压密封性5.46.4√√

4温度附加误差5.56.5-√

5过范围限5.66.6-√