介紹幾種測(cè)力傳感器的原理與應(yīng)用場(chǎng)景：
應(yīng)變壓力傳感器的原理及應(yīng)用：壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最常用的傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境，涉及水利、水電、鐵路交通、智能建筑、自動(dòng)控制生產(chǎn)、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等行業(yè)。簡(jiǎn)要介紹了一些常用的傳感器原理及其應(yīng)用。
機(jī)械傳感器有很多種，如電阻應(yīng)變壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變壓力傳感器、壓阻壓力傳感器、電感壓力傳感器、電容壓力傳感器、諧振壓力傳感器、電容加速度傳感器等。但是壓阻式壓力傳感器應(yīng)用最廣泛，價(jià)格極低，精度高，線性特性好。以下主要介紹這種傳感器。
了解壓阻力傳感器時(shí)，首先要了解電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片是將被測(cè)件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的敏感器件。
根據(jù)用途的不同，電阻應(yīng)變片的電阻值可以由設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，但要注意電阻值的范圍:電阻值太小，驅(qū)動(dòng)電流太大，應(yīng)變片加熱導(dǎo)致自身過(guò)高。在不同環(huán)境下使用，應(yīng)變片的電阻值變化太大，輸出零漂移明顯，整個(gè)電路過(guò)于復(fù)雜。但是電阻過(guò)大，阻抗過(guò)高，抗外界電磁干擾能力差。一般在幾十歐到幾十千歐之間。
電阻應(yīng)變片的工作原理:
眾所周知，晶體是異性的，非晶體是同性的。當(dāng)某些晶體介質(zhì)沿一定方向機(jī)械力變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力被移除時(shí)，會(huì)回到無(wú)電狀態(tài)，即當(dāng)受到壓力時(shí)，某些晶體可能會(huì)產(chǎn)生電源效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)。根據(jù)這一效應(yīng)，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了壓力傳感器。壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括應(yīng)時(shí)酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中，應(yīng)時(shí)(二氧化硅)是一種天然晶體，在其中發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)。在一定的溫度范圍內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但當(dāng)溫度超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，壓電性質(zhì)完全消失。由于應(yīng)力的變化，電場(chǎng)變化很小(即壓電系數(shù)相對(duì)較低)，應(yīng)時(shí)逐漸被其他壓電晶體所取代。酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但只能在室溫和濕度較低的環(huán)境中使用。磷酸二氫胺是一種能承受高溫高濕度的人工晶體，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上的應(yīng)變電阻隨機(jī)械變形而變化，俗稱電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值如下:
電阻率(ω)金屬導(dǎo)體。cm2/m
導(dǎo)體截面積(cm2)
L-導(dǎo)體長(zhǎng)度(m)
以金屬絲應(yīng)變電阻為例。當(dāng)金屬絲受到外力影響時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積會(huì)發(fā)生變化。從上面的公式很容易看出，它的電阻值會(huì)發(fā)生變化。如果金屬絲受外力影響伸長(zhǎng)，其長(zhǎng)度會(huì)增加，截面積會(huì)減少，電阻值會(huì)增加。當(dāng)金屬絲被外力壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小，截面增加，電阻值減小。只需測(cè)量加在電阻上的變化(通常測(cè)量電阻兩端的電壓)，就可以得到應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變。
陶瓷壓力傳感器的原理及應(yīng)用：耐腐蝕陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體傳遞，壓力直接作用于陶瓷膜的前表面，導(dǎo)致膜微小變形。陶瓷膜背面印有厚膜電阻，連接惠斯通電橋(閉橋)。由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，橋梁產(chǎn)生與壓力成正比的高線性電壓信號(hào)，與激勵(lì)電壓成正比。根據(jù)壓力范圍的不同，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V。
陶瓷被公認(rèn)為高彈性、耐腐蝕、耐磨、耐沖擊和振動(dòng)材料。
擴(kuò)散硅壓力傳感器的原理及應(yīng)用：工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，改變傳感器的電阻值，用電子線檢測(cè)變化，轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。
藍(lán)寶石壓力傳感器的原理及應(yīng)用：采用應(yīng)變電阻工作原理，硅藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。
藍(lán)寶石由單晶絕緣元素組成，無(wú)滯后、疲勞和蠕變；藍(lán)寶石比硅更堅(jiān)固，硬度更高，不怕變形；藍(lán)寶石具有良好的彈性和絕緣特性(1000OC以內(nèi))，因此硅藍(lán)寶石制成的半導(dǎo)體敏感元件對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下也具有良好的工作特性；藍(lán)寶石具有很強(qiáng)的抗輻射特性；此外，硅藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件無(wú)P-N漂移，焊接在鈦合金測(cè)量膜上。被測(cè)壓力傳遞到接收膜上(接收膜與測(cè)量膜用拉桿牢固連接)。鈦合金接收膜在壓力作用下變形。感知硅-藍(lán)寶石敏感元件后，橋梁輸出發(fā)生變化，變化幅度與被測(cè)壓力成正比。
傳感器電路可以保證應(yīng)變橋電路的供電，將應(yīng)變橋的不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電信號(hào)輸出(0-5.4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片與陶瓷基玻璃焊料連接，起到彈性元件的作用，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片變形，從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的。
壓電壓力傳感器的原理及應(yīng)用：壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括應(yīng)時(shí)酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中，應(yīng)時(shí)(二氧化硅)是一種天然晶體，在其中發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)。在一定的溫度范圍內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍后，壓電性質(zhì)完全消失(這個(gè)高溫就是所謂的中心點(diǎn))。酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但只能在室溫和濕度較低的環(huán)境中使用。磷酸二氫胺能承受高溫和相當(dāng)高的濕度，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
當(dāng)前，多晶體也采用了壓電效應(yīng)，如鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理。由于外力作用后的電荷只能在電路具有無(wú)限輸入阻抗時(shí)保存，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。因此，壓電傳感器只能測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)力。
壓力傳感器主要用于測(cè)量加速度、壓力和力。壓電加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。壓電加速度傳感器已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑物的振動(dòng)和沖擊測(cè)量，尤其是在航空和航天領(lǐng)域?？捎糜跍y(cè)量大壓力或小壓力。
壓電傳感器也廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中。例如，心室導(dǎo)管微音器是由壓電傳感器制成的。由于動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量如此普遍，壓電傳感器被廣泛使用。
深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測(cè)量傳感器廠家。主要產(chǎn)品有微型傳感器、拉力傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器、測(cè)力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、控制儀表、以及手持儀等力控產(chǎn)品達(dá)千余種。
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