一、壓力傳感器

1、.：.；一、壓力傳感器壓力的定義：物理學(xué)將壓力定義為“單位面積上的力。從接近于絕對真空的極低壓力變化到極快的爆炸壓力峰值，我公司都有專門的技術(shù)為每一運(yùn)用領(lǐng)域都提供準(zhǔn)確和可靠的壓力丈量。運(yùn)用-工業(yè)通用壓力丈量奇石緣靜態(tài)、動態(tài)壓力丈量具有可靠、準(zhǔn)確和運(yùn)用靈敏的特點(diǎn)。它為各種運(yùn)用領(lǐng)域提供了壓電和壓阻式壓力傳感器及呼應(yīng)的丈量系統(tǒng)。奇石緣壓力丈量儀器在機(jī)械工程、航空、化工、研討、交通工程、能源及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用經(jīng)受了長期的考驗(yàn)，運(yùn)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。交通工程奇石緣傳感器和變送器丈量0.23000bar的壓力環(huán)境溫度為-40350，精度等級為0.052%FS。這些傳感器即使在腐蝕性截止中也是高度穩(wěn)定的。典型的運(yùn)

2、用包括剎車系統(tǒng)、普通控制系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、平安柵、緊縮機(jī)、變速控制系統(tǒng)和液壓動力組件。特點(diǎn)/用途： 運(yùn)用壽命長、 載荷循環(huán)高、 高動態(tài)載荷。航 天太空之旅中即使是最微小的誤差也會給宇航員帶來宏大的生命要挾。奇石緣在這個要求嚴(yán)厲的領(lǐng)域中開辟了專門的壓力傳感器，并經(jīng)過了大量的系統(tǒng)測試。一個典型運(yùn)用是監(jiān)控衛(wèi)星燃油箱內(nèi)的壓力。特點(diǎn)/用途： 極高的靈敏度和可靠的傳感器、 高達(dá)15年的運(yùn)用壽命，構(gòu)造鞏固和高可靠性、 氣密設(shè)計(jì)傳感器確保設(shè)備免受惡劣環(huán)境影響、 抗輻射。石油和天然氣在石油和天然氣領(lǐng)域，奇石緣傳感器和變送器普通用在海洋平臺安裝、深孔監(jiān)測系統(tǒng)、鉆井設(shè)備和高溫高壓的運(yùn)用領(lǐng)域。特點(diǎn)/用途： 防爆傳感器、

3、 構(gòu)造鞏固、 耐高溫、 精度高。過程工業(yè)對用于過程工業(yè)的傳感器來說，最重要的是目的可靠性和耐腐蝕。陶瓷或耐腐蝕金屬因此被選用。典型的運(yùn)用領(lǐng)域非常廣泛，包括計(jì)量泵、高壓容器、生物反響器和緊縮機(jī)等。特點(diǎn)/用途： 耐腐蝕性極高、 丈量死區(qū)小、 防爆傳感器。 運(yùn)用-爆炸壓力等高壓丈量奇石緣端面密封式高壓傳感器是世界公認(rèn)的規(guī)范傳感器，運(yùn)用于平安氣囊引爆器內(nèi)爆炸物的開發(fā)和武器的實(shí)驗(yàn)與開發(fā)。特點(diǎn)/用途：由于對安裝條件不敏感，丈量反復(fù)性很高、全量程范圍的線性都非常好、端面密封和優(yōu)化的膜片設(shè)計(jì)使其具有很長的運(yùn)用壽命、對不潔環(huán)境不敏感。1) 壓電式壓力傳感器-壓電丈量技術(shù)壓電式傳感器奇石緣公司的壓電丈量技術(shù)源于軍

4、工，并逐漸開展與完善，產(chǎn)品運(yùn)用領(lǐng)域包括爆炸物理研討、發(fā)動機(jī)測試、消費(fèi)過程控制、資料實(shí)驗(yàn)、道路平安、靶場與靶機(jī)、模態(tài)分析等。這種傳感器已歷經(jīng)了時間的考驗(yàn)，即使在最極端的條件下也能提供可靠的測試結(jié)果。如今，新一代獨(dú)特的壓電晶體正在越來越多地作為傳感器的敏感元件，長期任務(wù)溫度可到達(dá)400以上，瞬間10個毫秒級沖擊溫度可達(dá)4000K以上。運(yùn)用領(lǐng)域：壓電式丈量設(shè)備今天已廣泛地運(yùn)用與實(shí)驗(yàn)室和消費(fèi)過程。在各種需求準(zhǔn)確丈量和記錄諸如壓力、力和振動等力學(xué)量動態(tài)變化的場所中的運(yùn)用隨處可見并不斷擴(kuò)展，目前包括： 航空：模態(tài)分析，風(fēng)洞和激波管儀器，著陸架液壓系統(tǒng)，火箭技術(shù)，構(gòu)造，發(fā)射系統(tǒng)以及切削力研討 彈道學(xué)：熄滅，

5、爆炸，爆破和聲壓分布 生物力學(xué)：矯形醫(yī)學(xué)中步態(tài)及姿態(tài)，運(yùn)動，人體工程學(xué)，神經(jīng)學(xué)和康復(fù)學(xué)領(lǐng)域中的多分量力的丈量 發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)：熄滅，換氣和放射，示功圖和動態(tài)應(yīng)力 工程：資料評價(jià)，控制系統(tǒng)，反響器，建筑構(gòu)造，船舶構(gòu)造，汽車底盤構(gòu)造實(shí)驗(yàn)，沖擊與振動隔離，動態(tài)呼應(yīng)實(shí)驗(yàn) 工業(yè)/工廠：機(jī)器系統(tǒng)，金屬切削，壓力和沖壓力，自動壓裝過程和設(shè)備安康診斷 OEM運(yùn)用：運(yùn)輸系統(tǒng)，注塑機(jī)，火箭，機(jī)床，緊縮機(jī)，發(fā)動機(jī)，柔性構(gòu)造，油田鉆井以及沖擊/振動實(shí)驗(yàn)儀。壓電石英資料：各種優(yōu)良的特性使得石英成為理想的丈量元件：可接受很高的外表壓力(150N/mm2)、耐高溫至00、剛度很高、線性好、遲滯小、在很寬的溫度范圍內(nèi)靈敏度恒定、

6、頻響范圍寬、可接受幾乎無限的載荷循環(huán)數(shù)，絕緣阻抗非常高(1014)。石英資料可人工培育，并具有其他丈量優(yōu)點(diǎn)。例如，人工培育的石英資料可用于400的溫度?？稍诓煌嵌惹懈?，獲得具有壓力或剪切力敏感 ，即不同壓電效應(yīng)的晶片。由于石英晶體的高剛度，丈量時相應(yīng)的資料變形極小，普通在幾微米之內(nèi)，石英敏感元件的高固有頻率特別適宜于快速和動態(tài)過程的丈量，它們不僅可以用于研發(fā)，也被廣泛用于工業(yè)消費(fèi)和實(shí)驗(yàn)過程。由于丈量過程中幾無形變，所以緩慢或準(zhǔn)靜態(tài)過程丈量的誤差很小。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)piezoelectric effect前綴“piezo希臘語piezein，是“壓的意思。居里兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)包括石英在內(nèi)

7、的某些晶體外表遭到機(jī)械應(yīng)力時會變得帶電荷。這些電荷與作用在晶體上的力準(zhǔn)確地成正比。它是以悄然庫侖計(jì)量的1pC= 庫侖。由于壓電傳感器是自動敏感元件，它們只能在準(zhǔn)靜態(tài)而不是完全靜態(tài)丈量中產(chǎn)生數(shù)據(jù)。但它們對極高速的信號拾取是非常理想的。壓電晶體具有適宜于丈量動態(tài)壓力的許多優(yōu)點(diǎn)，包括優(yōu)良的線性、固有頻率高和即使在高溫、高壓下堅(jiān)持穩(wěn)定的靈敏度。圖1 石英棒根據(jù)晶體極軸相對于載荷方向不同，分三種不同的壓電效應(yīng)： 縱向效應(yīng)、 剪切效應(yīng)、 橫向效應(yīng)?？v向效應(yīng)電荷輸出產(chǎn)生在力接觸外表，并可以在該區(qū)域丈量。在縱向壓電效應(yīng)中，電荷量Q只取決于力Fx的大小，與晶體的尺寸無關(guān)。添加電荷的獨(dú)一方法是銜接幾個晶體片，機(jī)械

8、串聯(lián)，信號電子并聯(lián)。輸出電荷量如下： 壓電系數(shù)d11是不同方向上的晶體靈敏度。因此晶體切割的位置決議了石英拉壓力傳感器的性能和運(yùn)用領(lǐng)域。產(chǎn)生縱向效應(yīng)的壓電敏感元件切割對緊縮力敏感，因此適宜于簡單和鞏固的力傳感器。剪切效應(yīng)類似于縱向效應(yīng)，剪切效應(yīng)中的壓電靈感度和壓電敏感元件的大小和外形無關(guān)。載荷作用下，在壓電敏感元件的外表產(chǎn)生電荷。在x方向的載荷作用下，機(jī)械串聯(lián)和信號電子并聯(lián)的n個敏感元件產(chǎn)生的電荷量為：剪切敏感壓電元件作用于丈量剪切力、扭矩與應(yīng)變的傳感器。剪切效應(yīng)具有對溫度和剪切敏感軸垂直方向上應(yīng)變不敏感的優(yōu)良特性。 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)中，作用在y軸方向上的力Fy在相應(yīng)x軸的外表上產(chǎn)生電荷。與縱

9、向壓電效應(yīng)不同，在非受載外表產(chǎn)生的電荷量與壓電敏感元件的尺寸成正比。假設(shè)敏感元件的尺寸為a和b，產(chǎn)生的電荷量為： 因此，橫向效應(yīng)在適宜的壓電敏感元件外形和陳列下，可以獲得較多的電荷。橫向效應(yīng)的敏感元件用于高靈敏壓力，應(yīng)變和力傳感器。 電荷和電壓輸出奇石緣提供電荷和電壓輸出的壓電式傳感器。前者需求電荷放大器(或外置阻抗轉(zhuǎn)換器)，將電荷信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。電壓輸出型傳感器需求外置電源單?耦合器)，提供傳感器鼓勵電源，并從偏置電壓輸出中調(diào)制出有效信號。傳感器的動態(tài)呼應(yīng)丈量壓力、力和加速度的壓電式傳感器可被看成是有阻尼的單自在度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。在諧振頻率(fn)的1/5處的頻率呼應(yīng)幅值誤差約為5%。低

10、通濾波可以減弱這一效應(yīng)。許多奇石緣信號調(diào)理儀(電荷放大器和信調(diào)儀)都具備濾波功能。2) 壓阻式壓力傳感器-壓阻丈量技術(shù) 奇石緣壓阻式傳感器用于丈量氣體和液體以及純靜態(tài)的壓力、力丈量。即使在最惡劣的條件下也能獲得準(zhǔn)確、可反復(fù)的丈量結(jié)果。壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)廣義是指某些半導(dǎo)體或金屬遭到機(jī)械外力作用時，其電阻值會發(fā)生改動。壓阻式傳感器利用了這一原理，當(dāng)硅晶體或金屬敏感元件遭到機(jī)械應(yīng)力時，嵌入硅片的電阻阻值發(fā)生了改動。這種變化與壓力成正比，并可以用電橋來丈量。集成電路技術(shù)使非常小的電阻電路和有源元件集成在硅片上。硅片還可以設(shè)計(jì)成如壓力膜片一樣。與傳統(tǒng)的金屬應(yīng)變片技術(shù)相比，這項(xiàng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是高靈敏、緊湊和

11、固有頻率高。目前奇石緣的壓阻式傳感器是高度集成的，電阻嵌在硅片的正面，然后從反面刻蝕硅片。這意味著中央部分作為壓力膜片，邊緣部分作為安裝面，然后硅片被陽極鍵合在一玻璃上。這里有一個參照孔用于相對壓力丈量。但是對于絕對壓力丈量，在鍵合過程中硅片和玻璃片之間被抽成真空。這種設(shè)計(jì)保證了溫度穩(wěn)定性和最小的滯后。其丈量元件極為靈敏，非常適宜小到中等壓力的丈量。剛度極高的設(shè)計(jì)那么適用于高壓力丈量。陶瓷丈量元件被用于低本錢的傳感器技術(shù)和較低丈量精度的運(yùn)用。壓阻式傳感器壓阻原理以1954年初次發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體效應(yīng)為根底。在機(jī)械應(yīng)力作用下，半導(dǎo)體的電阻值變化比金屬大兩個數(shù)量級。與當(dāng)時運(yùn)用的金屬應(yīng)變儀方法相比，這個發(fā)

12、現(xiàn)開辟了一個全新的運(yùn)用領(lǐng)域。從那時起，其它相近的技術(shù)開場出現(xiàn)，如金屬上的濺射薄膜技術(shù)、陶瓷上的厚膜技術(shù)等。丈量元件壓阻丈量元件(如：濺射薄膜敏感元件、厚膜陶瓷敏感元件、單晶硅等)的彈性膜片在壓力作用下產(chǎn)生曲變。金屬或半導(dǎo)體電阻元件組成的惠斯通電橋被分散在膜片中。由于電橋在壓力作用下失去平衡，從而產(chǎn)生成比例的電壓信號輸出。 應(yīng)變式充油芯體 厚膜陶瓷敏感元件靜態(tài)和動態(tài)特點(diǎn)硅壓阻丈量元件具有很好的靜態(tài)丈量特點(diǎn)。硅是一種單晶體，能堅(jiān)持彈性直至斷裂點(diǎn)，不能接受任何塑性變形。因此，硅元件是非常穩(wěn)定的，其性能即使經(jīng)過很長時間也不變化。它們的動態(tài)特性也很好。由于尺寸小，硅元件的固有頻率很高。根據(jù)壓力范圍不同(膜片厚度)，固有頻率為15-200kHz。信號調(diào)理由壓阻式傳感器產(chǎn)生的實(shí)踐丈量信號是一個由惠斯頓電橋輸出的電壓值。低噪聲電壓放大器不僅對信號進(jìn)展調(diào)理，同時還為壓力傳感器提供鼓勵恒流和低電壓。為了到達(dá)最大的綜合精度，一個典型完好的丈