压阻应变片式压力传感器详解
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应变片压力传感器原理与应用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。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
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。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
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。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,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。
金属电阻应变片的部结构如图1所示,是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。
而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示:式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)S——导体的截面积(cm2)L——导体的长度(m)我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情况。
2、瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在瓷膜片的背面,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高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。
应变片电桥压力传感器压力传感器:压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
应变片压力传感器原理与应用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。
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。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
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。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
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。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
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。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,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。
有关产品:金属厚膜电桥压力变送器部分参数:结构:接口电路图:一种典型的压力变送器与1B31的接口电路如图所示。
1B31输出稳定的+10V激励电压,压力变送器满量程输出电压为30mV。
设定1B31的增益为333.3倍,能使0~10000磅/英寸2的压力转换成0~10V的输出。
为消除接地环流,信号返回端及屏蔽电缆必须在同一点接地。
S为校准开关,R为支路校准电阻,可对满度输出80%的点进行校准。
电路图:电流特性图:。
压力传感器原理、结构线路及其应用;%一.压力传感器原理一些常用传感器原理及其应用:1、应变片压力传感器原理与应用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。
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。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
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。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
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。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
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。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,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。
金属电阻应变片的内部结构1、应变片压力传感器原理原理图如图1所示,是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。
而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示:式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω•cm2/m)S——导体的截面积(cm2)L——导体的长度(m)我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。
电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍1. 电阻式应变片电桥压力传感器工作原理电阻式应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。
当弹性敏感元件受到外界压力作用时,将产生应变,粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变,电阻值会发生变化。
这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。
一般来说,把4个电阻应变片按照桥路方式连接,两输入端施加一定的电压值,两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。
这种变化的对应关系具有近似线性的关系。
找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系,就可以通过测量共模电压得到压力值。
通常使用四臂工作的全桥接法测量电桥有较高的灵敏度应变片式位移传感器测量精度也较高,能起到温度自动补偿的作用。
下图为全桥的基本结构电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍全桥V0:输入电源电压。
U0:输出共模电压;2. 电阻式应变片电桥压力传感器电路设计下图是电路框架结构电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍电路框架电路一般由放大电路,滤波电路,电压跟随组成,U0为模拟量输出。
1)放大电路:使用差分放大电路;差分放大电路,比较常用的电路,可以使用分立式运放来搭建差分运放电路;如下图:电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍差分运放电路不过,由分立式运放搭建的差分运放电路,外围器件比较多,而且器件本身有差异,外界干扰信号的影响等,可能会引起一些噪声等误差;比如R1,R2的阻值理想状态是需要相同阻值,但是现实中由于生产工艺等原因不可能有相同阻值的电阻,多多少少都会存在一定偏差,所有说运放的结果也不会是理想状态。
因此,为了减少外围器件,以及不必要的误差,建议在条件运行的状况下,采用仪表放大器,其内部已经集成了差分电路,所有使用时外围器件比较少,电路结构简单,受干扰情况也会减小。
常用的仪表运放有AD620,INA128等;下图是INA128内部结构:此图来自INA128数据手册;电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍INA128内部电路RG用来条件增益,根据传感器以及实际电路来条件增益;仪表运放使用时注意选项,供电电压,增益调节范围,输入输出阻抗,共模抑制比CMR,偏压值,以及噪声等;2)滤波电路;滤波电路的作用:允许规定范围内的信号通过,而使规定范围之外的信号不能通过。
压力传感器电路工作原理
答案:
压力传感器电路的工作原理主要基于压电效应、压阻效应和弹性敏感元件的形变。
具体来说:
压电式压力传感器。
其主要工作原理是压电效应,即某些晶体在受到机械力作用时发生变形,从而产生极化效应,导致电信号的输出。
当外力作用在压电材料上时,其表面会形成电荷,这些电荷通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗后,被转换成为与外力成正比关系的电量输出。
压阻式压力传感器。
其基于压阻效应,即材料在受到机械应力时电阻值发生变化。
在压阻式压力传感器中,通常使用电阻应变片,这些应变片吸附在基体材料上,随着机械形变而产生阻值变化。
电阻式压力传感器。
其基于电阻应变效应,即金属电阻应变片随机械形变而产生阻值变化的现象。
当压力作用于弹性元件上时,它会产生形变,从而使电阻片的电阻值发生变化,这个变化的电阻值可以通过导线传输到电路中,从而被处理成标准的电信号。
弹性敏感元件的形变。
在压力传感器中,弹性敏感元件(如弹性膜)用于感受压力的变化,这些元件在大气压或其他外力作用下发生形变,通过惠斯通电桥等测量电路将形变转换为电压或电流信号,从而度量压力的大小。
不同类型的压力传感器(如压电式、压阻式、电阻式)可能采用不同的材料和技术,但它们的核心工作原理都是将压力的变化转换为可测量的电信号。
压力传感器原理及应用压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
压力传感器的种类繁多,如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器,光纤压力传感器等。
一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器,就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻,当硅膜片受压时,膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。
压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型:一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片,称为半导体应变片,因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器,另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻,以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。
半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同,也是由弹性敏感元件等三部分组成,所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。
半导体应变片与金属应变片相比,最突出的优点是它的体积小而灵敏高。
它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍,输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。
此外,半导体应变片横向效应非常小,蠕变和滞后也小,频率响应范围亦很宽,从静态应变至高频动态应变都能测量。
由于半导体集成化制造工艺的发展,用此技术与半导体应变片相结合,可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器,使测量系统大为简化。
但是半导体应变片也存在着很大的缺点,它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级,灵敏系数随温度变化较大它的应变—电阻特性曲线性较大,它的电阻值和灵敏系数分散性较大,不利于选配组合电桥等等。
电阻应变式压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器是一种常用的压力测量装置,其工作原理基于电阻应变效应。
在电阻应变式压力传感器中,一种常见的构造是将弹性元件与电阻结合在一起。
当受到外部压力作用时,弹性元件会发生弯曲或变形,导致电阻的阻值发生改变。
这是因为弹性元件上的电阻是以导电薄膜形式存在的,而变形会导致导电薄膜的长度、宽度或电阻率发生变化。
当外部压力作用结束后,弹性元件会恢复到原来的形状,电阻的阻值也随之恢复。
通过测量电阻的变化,可以确定外部压力的大小。
为了实现更准确的测量,常常采用电桥测量电路来检测电阻的变化。
电桥中包含了一个标准电阻和一个未知电阻(即弹性元件上的电阻)。
当两者的阻值相等时,电桥平衡,输出电压为零。
而当受到外部压力作用时,弹性元件上的电阻发生变化,导致电桥不再平衡,输出电压不为零。
通过测量输出电压的变化,就可以确定外部压力的大小。
电阻应变式压力传感器具有灵敏度高、测量范围广、工作稳定等优点,因此被广泛应用于工业自动化控制、航空航天、交通运输等领域。