电容式压力传感器原理(电容式压力传感器结构特点)

海潮机械 2023-01-04 02:36 编辑:admin 193阅读

1. 电容式压力传感器结构特点

压阻式压力传感器又称为固态压力传感器,它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力,而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔,另一面是与大气连通的低压腔。

  硅膜片一般设计成周边固支的圆形,直径与厚度比约为20~60。在圆形硅膜片N型定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥,其中两条位于压应力区,另两条处于拉应力区,相对于膜片中心对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条,两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。

   压力传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。这种传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内,引出电极引线。

  压阻式压力传感器主要由固定在硅杯上的硅杯膜片和外壳组成。硅膜片的上下有低压腔和高压腔,高压腔通入被测压力,低压腔与大气相通,检测表压力。也可以分別通入高、低压力,检测差压力。在被测压力或差压作用下,硅膜片产生应变,扩散电阻的阻值随应变而变化。传感器的外形结构因被测介质性质和测压环境而有所不同。由硅杯膜片构成的压力传感器又称为扩散硅压力传感器。

  已经出现的集成压阻式压力传感器(又称固态压力传感器),采用大规模集成电路技术,将扩散电阻、检测放大电路、温度补傥电路乃至电源变换电路和微处理器集成在同一块中晶硅膜片上,兼有信号检测、处理(放大、运算、补偿)、记忆功能,从而大大地提高了传感器的稳定性和测量准确度。

2. 电容式压力传感器结构特点是什么

差动电容式压力传感器在检测压力时,因压力的作用使检测电容的动片发生位置变化,当其中一个电容的容量变小时,另一个电容的容量就会变大,这就相当于有两倍的变化量,其灵敏度当然就会提高。

同时,对于电容式压力传感器的检测电容变化时,它的变化过程是非线性的,而采用差动电容时,对应的非线性变化互补就变成了线性变化。因此,差动电容式压力传感器不仅其灵敏度高,线性都也高。

3. 电容式压力传感器的工作原理和特点

压力传感器工作原理 1 、应变片压力传感器原理 力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。

电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D 转换和CPU )显示或执行机构。2 、陶瓷压力传感器原理 陶瓷压力传感器 压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的电压信号。3 、扩散硅压力传感器原理 工作原理:被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化, 用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。4 、蓝宝石压力传感器 利用应变电阻式工作原理,采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件,具有良好的计量特性。5 、压电压力传感器原理 压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的 “居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。

4. 电容式压力传感器按结构分有哪两类

传感器中充硅油或者惰性气体,它所其到的作用是把压力均匀的作用在感压膜片上的!

在电容式传感器中,压力、差压通过隔离膜片和灌充液硅油传到传感膜片引起位移.传感膜片和两电容极板之间的电容差由电子部件转换成输出的电信号。

例如不锈钢传感器很多都是浸泡在硅油里进行罐充后封口的,所以灌封完后产品表面会有很多硅油,因此需要对硅油进行有效的清洗。

5. 电容式压力传感器应用实例

差动电容式压力传感器在检测压力时,因压力的作用使检测电容的动片发生位置变化,当其中一个电容的容量变小时,另一个电容的容量就会变大,这就相当于有两倍的变化量,其灵敏度当然就会提高。

同时,对于电容式压力传感器的检测电容变化时,它的变化过程是非线性的,而采用差动电容时,对应的非线性变化互补就变成了线性变化。

因此,差动电容式压力传感器不仅其灵敏度高,线性都也高

6. 电容式压力传感器结构特点有哪些

特点:电容式传感器结构简单,易于制造和保证高的精度,可以做得非常小巧,以实现某些特殊的测量;能工作在高温,强辐射及强磁场等恶劣的环境中,可以承受很大的温度变化,承受高压力,高冲击,过载。

7. 电容式压力传感器属于什么型

由物理学知,一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。即:在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化,从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷,且其电位移d(在mks单位制中即电荷密度σ)与外应力张量t成正比;当外力消失,又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。

压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应,目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等,当这些晶体受压力作用发生机械变形时,在其相对的两个侧面上产生异性电荷,这种现象称为“压电效应”。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、pzt、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压力变送器

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。

8. 电容式压力传感器结构有哪些特征

结构型传感器是以结构(如形状、尺寸等)为基础,利用某些物理规律来感受(敏感)被测量,并将其转换为电信号实现测量的。

例如电容式压力传感器,必须有按规定参数设计制成的电容式敏感元件,当被测压力作用在电容式敏感元件的动极板上时,引起电容间隙的变化导致电容值的变化,从而实现对压力的测量。

又比如谐振式压力传感器,必须设计制作一个合适的感受被测压力的谐振敏感元件,当被测压力变化时,改变谐振敏感结构的等效刚度,导致谐振敏感元件的固有频率发生变化,从而实现对压力的测量。

9. 电容式压力传感器结构特点是

1. 温度

温度过高是压力传感器众多问题的常见原因之一,因为压力传感器有许多元件只能在规定温度范围内才能正常工作。在装配期间,若传感器暴露在超出这些温度范围的环境下,则可能会受到负面影响。

例如,若压力传感器安装在靠近产生蒸汽的蒸汽管路上,则动态性能会受到影响。正确而简单的解决方案就是将传感器转移到离蒸汽管路较远的位置。

2.电压尖峰

电压尖峰是指短时存在的电压瞬变现象。虽然这种高能量浪涌电压持续时间仅数毫秒,但仍然会对传感器造成损坏。除非电压尖峰来源非常明显,例如来自闪电,否则极难发现。OEM工程师必须注意整个制造环境及周围的潜在失效风险。与我们进行及时的沟通有助于识别并消除这类问题。

3. 荧光照明

荧光灯在启动时需要高压产生电弧击穿氩气和汞,从而使汞加热成气态。这种启动电压尖峰可能会对压力传感器构成潜在危险。此外,荧光照明产生的磁场还可能会感应电压作用在传感器导线上,使控制系统可能将其误认为是实际的输出信号。因此,不得将传感器置于荧光照明装置下方或附近。

4. EMI/RFI

压力传感器用于将压力转换为电信号,因此容易受到电磁辐射或电气干扰的影响。虽然传感器制造商已经尽力确保传感器免受外部干扰的不良影响,但一些特定的传感器设计应减少或避免EMI/RFI(电磁干扰/射频干扰)影响。

其他要避免的EMI/RFI源包括接触器、电源线、计算机、对讲机、手机以及会产生变化磁场的大型机械。最常见的减少EMI/RFI干扰的方法有屏蔽、滤波和抑制。正确的预防措施,您可以咨询我们。

5. 冲击和振动

冲击和振动会引起多种问题,例如外壳凹陷、断线、电路板破裂、信号错误、间歇性故障和寿命缩短。为避免装配过程中的冲击和振动,OEM厂家首先要在设计师考虑到这一潜在问题,然后采取措施消除之。

最简单的方法就是将传感器安装在离明显的冲击和振动源尽可能远的地方。另一个可行的解决方法是使用振冲隔离器,具体取决于安装方式。

6. 过压

无论是在自己的制造场地还是在最终用户那里,一旦OEM完成了机器组装,就应小心避免过压问题。过压的原因有很多种,包括水锤效应、系统意外受热、稳压器故障等。

如果压力值偶尔达到耐压上限,压力传感器还能够承受并会恢复原来状态。但当压力值达到破裂压力时,这就会导致传感器膜片或外壳破裂,从而引起泄漏。介于耐压上限与破裂压力之间的压力值可能会造成膜片永久变形,从而引起输出漂移。

为避免过压,OEM工程师必须了解系统的动态性能以及传感器的极限。在设计时,他们需要掌握泵、控制阀、平衡阀、止回阀、压力开关、电机、压缩机、储罐等系统部件之间的相互关系。