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压力传感器的类型选择与设计考量方法

发布时间:2023-11-08点击次数:305次

压力传感器是一种电子器件,可检测或监控气体或液体压力,并将该信息转换为可用于监控或调节所测量的力的电信号,压力传感器的工作方式取决于所使用的技术类型。本文将为您介绍压力传感器的相关技术信息,以及CUI Devices推出的压力传感器特性。

压力测量的定义与相关术语解析

想要了解压力传感器,您首先需要了解一些关键定义。。压力是液体或气体在表面单位面积上施加的力的大小,相对方程为P=F/A。压力的传统单位是帕斯卡(Pascal),定义为每平方米一牛顿(N),压力也可以定义为阻止流体膨胀所需的力。传感器是一种检测或测量物理量(应力、温度、长度、压力),并通常将其转换为电信号的器件。

在基本层面上,压力传感器执行与压力換能器或压力变送器相同的任务,因此这些术语通常可以互换使用。然而,它们之间的差异在于输出信号的不同。压力传感器检测应力并将其转换为与所施加的压力强度相关的输出信号,压力換能器可将检测到的应力转换为连续电压输出(V),压力变送器则将检测到的应力转换为以毫安(mA)为单位的电流输出。

压力传感器在很多监测与控制应用中得到大量的使用,在日常使用中,压力传感器可以使用许多术语来指代,例如:压力換能器、压力传送器、压力发送器、压力指示器、渗压计和压力计。无论使用什么名称,这些设备都用于在许多应用中监测和控制压力,除了直接的压力测量,压力传感器同时也可用于间接测量其他变量,如液体/气体的流量、速度、水面高度或者海拔高度。

在处理压力测量和压力传感器时,还需要理解几个术语。像是应用所使用的类型会影响测量精度,显然还会影响到系统性能,因此,压力测量时的环境因素,例如海平面的当地大气压力,也必须考虑在内。

第一个常见的术语是表压,这是相对于当地大气或环境压力的压力测量,标示的压力将高于或低于当地大气压。

另一个术语是绝对压力,它是相对于零压力或真空参考的压力测量。无论在何处测量,使用绝对压力传感器进行的压力测量应该都是相同的。

压差则是指系统中两点之间的压力差,通常用于测量管道中液体或气体的流量。

真空压力测量则是一种与环境或当地大气压力相比的负压力范围。

最后,复合压力测量则有正压和负压或真空,因此它本质上是表压和真空压力的组合。

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用于测量压力的技术

用于检测这种基本力的不同技术的数量持续增长,特别是随着半导体的出现。以下是主要压力测量技术及其使用方式的快速细分:

* 电位计是一种使用电阻装置连接到波登管的滑动臂。当压力波动时,滑动臂会移动,电阻装置会根据力的大小生成相对信号。

* 应变计则是一种将压力转换为电阻变化的技术,然后便可以随所施加的力变化测量该电阻。

电容式则是通过检测因压力使电容器极板之间的隔膜弯曲而引起的电容变化的技术。

* 感应式则是检测连接到磁芯的隔膜的轻微偏转,这会导致磁芯发生线性运动,从而改变感应电流,并将其转换为电信号的技术。

* 压电式则是检测石英或陶瓷材料产生与外部压力施加在其上的压缩量,该技术利用拉伸材料的电阻波动来测量压力。

* 谐振式会检测振膜内振弦的谐振频率,并将之转换成电信号。

光学式则是采用会随着压力的升高而逐渐被遮挡的光源,传感器检测到这种光的变化,并产生相应的信号。光纤传感器也可以类似的方式使用。

了解压力传感器还需要检视可在您的设计中使用的各种应用类型。以下是各种基本类型,可配合各种环境与应用需求:

* 真空式是用于测量低于大气压的压力,这些通常使用压电技术或通过测量限定空间中的气体体积。

* 密封式则是以海平面大气压为参考压力。

* 通风式则用于测量相对于环境大气压的压力。

* 隔膜式则会使用薄的、柔性的、圆形的金属板,它在压力下会变形。

* 应变片式则会检测因外力引起的长度变化而产生的电阻变化,并将其转换为电信号。

* 固态式则不使用移动部件,它交替地结合了半导体开关组件,例如用于感测压力的FET(场效应晶体管)。

* 薄膜式技术则利用由电阻组件组成的细长薄膜,电阻组件可以根据压力引起的长度和厚度变化(变形)来改变其电阻。

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设计中选择压力传感器的注意事项

当您决定在设计中使用特定的压力传感器时,您将需要考虑系统的几个关键参数,这将有助于确定适合您的应用的压力传感器。其中一些考虑因素包括:

首先需要考虑传感器的类型,包括密封、真空、应变片、压电等。

然后要考虑工作压力范围,器件需要按照制造商规定执行的安全压力范围来检测压力。

另外还要考虑器件的工作温度范围,器件需要在制造商规定的安全温度范围来运行。

此外还需考虑器件能够承受的最大压力,这是指传感器在发生故障之前能够承受的压力上限。

再来则要考虑器件的输出类型,选择适用于您的设计的压力传感器(模拟/数字)输出的电信号类型。

另外一个需要考虑的是器件的输出电平,这是指器件输出信号的范围,通常为mV或Vdc

器件的精度和漂移特性相当重要,传感器需要有多精确,以及随着时间的推移时,它与校准规格的差异有多大?都是需要考虑的重要参数。

器件的分辨率是指传感器能够检测到的最小压力变化程度。

另外还要了解器件的电源电压,这是指操作压力传感器时所需的电压。

最后则要考虑器件使用时所在的环境,压力传感器可能暴露的外部操作因素包括温度、湿度、压力、接触液体、辐射等,此外可能还需要考虑传感器和任何接收设备之间的物理距离。

在压力的认证标准方面,目前尚没有单一的、普遍认可的标准来认定压力传感器的精度。一些区域规范包括IEC 60770和DIN 16086,它们都适用于传感器精度,ASTM F2070则涵盖了一般应用压力传感器的要求。任何涉及压力标准使用的技术标准,通常都适用于它们在特定应用中的正确使用方式,例如医疗设备或汽车。一些示例包括用于发动机的SAE J1347,或用于工业应用中压力传感器的IEEE 1451.1至1451.7。

高质量与多样的压力传感器选择

测量压力并使用该测量值来监视和控制过程,是许多制造行业和服务企业的关键需求。从过程控制到医疗保健应用,准确可靠的流体和气体压力的传感,对于确定所提供的产品或服务的质量和安全性至关重要。现代压力传感器有多种不同的类型、技术、大小、输出和精度。想要确保找出适合您的应用需求的压力传感器需要付出一些努力,但会获得高质量的结果。一旦确定了这些需求,CUI Devices就会提供一系列基于压电技术的压力传感器,并具有多种压力类型和工作压力范围。

这些型号具有绝压、表压和密封表压类型,提供0 kPa至100 MPa的压力范围。这些压力传感器还具有温度补偿功能,采用不锈钢结构并配有O形圈密封件。这些型号提供模拟或数字I2C输出选项,具有3.3 V、5 V、10 V或1.5 mA的激励额定值,以及3线、4线、5线或6针端子

结语

压力传感器的应用相当广泛,尤其是在工业自动化环境下,压力传感器能够检测在制造过程中需得知的压力数据,以确保制作过程的安全性,并提高产品的生产质量。由 CUI Devices 推出的高质量压力传感器,具备多样性规格与产品特性,能够满足工业自动化环境的各种需求,您可以前往 CUI Devices 的网站与艾睿电子的网站,来找到适合您需求的压力传感器。


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