压力传感器通常是电容式和压阻式的。
电容利用两片金属之间的电容变化来对应压力值,
压阻式利用电阻值的变化来对应压力值。
压电传感器中使用的主要压电材料包括应时、酒石酸钾钠和磷酸二氢。其中,应时(二氧化硅)是一种天然晶体,在这种晶体中发现了压电效应。在一定的温度范围内,压电性能一直存在,但当温度超过这个范围时,压电性能完全消失(这个高温就是所谓的居里点)。由于电场随应力的变化而略有变化(也就是说压电系数相对较低),应时逐渐被其他压电晶体所取代。酒石酸钾钠具有很大的压电敏感性和压电系数,但只能在室温和低湿度下应用。磷酸二氢胺是一种人造晶体,可以承受高温和相对较高的湿度,所以
已被广泛使用。
压电传感器主要用于加速度、压力和力的测量。压电加速度计是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。压电式加速度计已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量,特别是在航空和航天领域。压电传感器也可以用来测量发动机的内燃压力和真空度。它还可以用于军事工业,例如测量枪支子弹在膛内发射瞬间的膛压变化和枪口冲击波压力。它可以用来测量大压力和小压力。
压电传感器也广泛用于生物医学测量。例如,心室导管麦克风由压电传感器制成。因为测量动态压力是如此普遍,压电传感器被广泛使用。力传感元件和传感器的分类
能够感知力并按照一定规律将其转化为可用的输出信号的器件或装置称为力传感器。它通常由力传感元件和转换元件组成。力敏元件是指力敏传感器中能感受(或响应)力的元件;转换元件是指力传感器中能将力传感器感受到的力转换成适合传输和测量的信号的元件。
力包括重力、张力、压力、力矩、压力等物理量。力敏元件和传感器广泛应用于各种工业生产部门和科学实验中。
在大多数情况下,传感器的输出是电的形式(电流、电压、电阻、电脉冲等)。),但是把力转化成电有时候就没那么容易了。以压电传感器为例,压电元件可以直接将力转化为电,但由于元件的色散较大,绝缘阻抗有限,很难测量到很小的力值,因此使用受到限制。现在一般通过弹性元件,力先作用在弹性元件上,然后弹性元件作用在压电元件上,转换成电。即需要两阶段转化。力首先转化为弹性元件的变形,然后弹性元件的变形转化为压电元件的变形,从而得到电量。在该传感器中,弹性元件是力敏元件, 压电元件实际上是一个转换元件。但因为它能感受到弹性元件传递给它的力,所以它也是一个力敏元件。而这类传感器的特性主要是由压电元件决定的,所以一般认为这类传感器中的力敏元件是压电元件。这种情况不仅存在于压电式力传感器中,也存在于其他一些力传感器中。例如,在应变力传感器中,应变仪通常用作力敏感元件,而不是弹性元件。
有些力敏元件,如应变片,作为商品单独出售,但在实际使用中往往组装成传感器或变送器出售(输出规定标准信号的传感器称为变送器)。在大多数情况下,在力传感器中使用两级或更多级的转换,并且几乎所有的转换级都使用弹性元件。这种情况一方面使力传感器的结构复杂化,但另一方面也增加了传感器设计的自由度。
力传感器的种类和规格很多,可以用不同的方法进行分类,如力传感器(包括载荷传感器、张力传感器和扭矩传感器)、压力传感器(表压传感器、绝对压力传感器和密封压力传感器)、差压传感器和液位传感器等。
这种分类便于用户了解和选择所需的传感器,但每种传感器由于工作原理不同,又分为许多品种。例如,压力传感器有力平衡型、应变型、压阻型、压电型、电容型、电感型、振弦型等。,每一个都可以细分。例如电容型包括金属膜片型、陶瓷(镀金属膜)型、极片位移型、硅电容型等。,而液位传感器又可分为力平衡式、应变式、压阻式、压电式、电容式、电感式和振动式。目前大多数场合按工作原理分类:应变式力传感器、压阻式力传感器、电容式力传感器、压电式力传感器、电感式力传感器、谐振式力传感器和传感器。
压力检测的基本方法
根据不同的工作原理,压力检测方法可分为以下几类:
(1)
重力平衡法
这种方法是利用一定高度的工作液体所产生的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理,将被测压力换算成液柱的高度或配重块的重量来进行测量。例如液柱压力计和活塞压力计。
(2)
弹性力平衡法
基于压力下弹性元件弹性变形产生的弹力与被测压力平衡的原理,将压力转化为位移,通过测量弹性元件的位移和变形来测量被测压力。这种压力计的种类很多,可以测量压力、负压、压力和压差,应用广泛。
(3)
机械力平衡法
在这种方法中,被测压力通过一个转换元件转换成一个集中力,并被一个外力平衡,被测压力是通过测量平衡时的外力来测量的。力平衡仪可以达到很高的精度,但结构复杂。
(4)
物理特性测量方法
基于敏感元件在压力作用下某些物理特性随压力呈确定关系变化的原理,将被测压力直接转换成各种电量进行测量。如应变式、压电式、电容式压力传感器等。电子血压计的压力传感器安装在机器的一端。
传感器的压敏表面与给袖带充气的软管相连。测量时,电泵在给袖带充气至规定压力(也由该压力传感器检测)后停止,减压阀打开逐渐放气。此时,袖带压力和软管压力相同。测量软管中的压力就是测量袖带压力。