壓力傳感器通常是電容式和壓阻式的。
電容利用兩片金屬之間的電容變化來對應壓力值,
壓阻式利用電阻值的變化來對應壓力值。
壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括應時、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫。其中,應時(二氧化硅)是一種天然晶體,在這種晶體中發現了壓電效應。在一定的溫度范圍內,壓電性能一直存在,但當溫度超過這個范圍時,壓電性能完全消失(這個高溫就是所謂的居里點)。由于電場隨應力的變化而略有變化(也就是說壓電系數相對較低),應時逐漸被其他壓電晶體所取代。酒石酸鉀鈉具有很大的壓電敏感性和壓電系數,但只能在室溫和低濕度下應用。磷酸二氫胺是一種人造晶體,可以承受高溫和相對較高的濕度,所以
已被廣泛使用。
壓電傳感器主要用于加速度、壓力和力的測量。壓電加速度計是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長的優點。壓電式加速度計已廣泛應用于飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑物的振動和沖擊測量,特別是在航空和航天領域。壓電傳感器也可以用來測量發動機的內燃壓力和真空度。它還可以用于軍事工業,例如測量槍支子彈在膛內發射瞬間的膛壓變化和槍口沖擊波壓力。它可以用來測量大壓力和小壓力。
壓電傳感器也廣泛用于生物醫學測量。例如,心室導管麥克風由壓電傳感器制成。因為測量動態壓力是如此普遍,壓電傳感器被廣泛使用。力傳感元件和傳感器的分類
能夠感知力并按照一定規律將其轉化為可用的輸出信號的器件或裝置稱為力傳感器。它通常由力傳感元件和轉換元件組成。力敏元件是指力敏傳感器中能感受(或響應)力的元件;轉換元件是指力傳感器中能將力傳感器感受到的力轉換成適合傳輸和測量的信號的元件。
力包括重力、張力、壓力、力矩、壓力等物理量。力敏元件和傳感器廣泛應用于各種工業生產部門和科學實驗中。
在大多數情況下,傳感器的輸出是電的形式(電流、電壓、電阻、電脈沖等)。),但是把力轉化成電有時候就沒那么容易了。以壓電傳感器為例,壓電元件可以直接將力轉化為電,但由于元件的色散較大,絕緣阻抗有限,很難測量到很小的力值,因此使用受到限制?,F在一般通過彈性元件,力先作用在彈性元件上,然后彈性元件作用在壓電元件上,轉換成電。即需要兩階段轉化。力首先轉化為彈性元件的變形,然后彈性元件的變形轉化為壓電元件的變形,從而得到電量。在該傳感器中,彈性元件是力敏元件, 壓電元件實際上是一個轉換元件。但因為它能感受到彈性元件傳遞給它的力,所以它也是一個力敏元件。而這類傳感器的特性主要是由壓電元件決定的,所以一般認為這類傳感器中的力敏元件是壓電元件。這種情況不僅存在于壓電式力傳感器中,也存在于其他一些力傳感器中。例如,在應變力傳感器中,應變儀通常用作力敏感元件,而不是彈性元件。
有些力敏元件,如應變片,作為商品單獨出售,但在實際使用中往往組裝成傳感器或變送器出售(輸出規定標準信號的傳感器稱為變送器)。在大多數情況下,在力傳感器中使用兩級或更多級的轉換,并且幾乎所有的轉換級都使用彈性元件。這種情況一方面使力傳感器的結構復雜化,但另一方面也增加了傳感器設計的自由度。
力傳感器的種類和規格很多,可以用不同的方法進行分類,如力傳感器(包括載荷傳感器、張力傳感器和扭矩傳感器)、壓力傳感器(表壓傳感器、絕對壓力傳感器和密封壓力傳感器)、差壓傳感器和液位傳感器等。
這種分類便于用戶了解和選擇所需的傳感器,但每種傳感器由于工作原理不同,又分為許多品種。例如,壓力傳感器有力平衡型、應變型、壓阻型、壓電型、電容型、電感型、振弦型等。,每一個都可以細分。例如電容型包括金屬膜片型、陶瓷(鍍金屬膜)型、極片位移型、硅電容型等。,而液位傳感器又可分為力平衡式、應變式、壓阻式、壓電式、電容式、電感式和振動式。目前大多數場合按工作原理分類:應變式力傳感器、壓阻式力傳感器、電容式力傳感器、壓電式力傳感器、電感式力傳感器、諧振式力傳感器和傳感器。
壓力檢測的基本方法
根據不同的工作原理,壓力檢測方法可分為以下幾類:
(1)
重力平衡法
這種方法是利用一定高度的工作液體所產生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理,將被測壓力換算成液柱的高度或配重塊的重量來進行測量。例如液柱壓力計和活塞壓力計。
(2)
彈性力平衡法
基于壓力下彈性元件彈性變形產生的彈力與被測壓力平衡的原理,將壓力轉化為位移,通過測量彈性元件的位移和變形來測量被測壓力。這種壓力計的種類很多,可以測量壓力、負壓、壓力和壓差,應用廣泛。
(3)
機械力平衡法
在這種方法中,被測壓力通過一個轉換元件轉換成一個集中力,并被一個外力平衡,被測壓力是通過測量平衡時的外力來測量的。力平衡儀可以達到很高的精度,但結構復雜。
(4)
物理特性測量方法
基于敏感元件在壓力作用下某些物理特性隨壓力呈確定關系變化的原理,將被測壓力直接轉換成各種電量進行測量。如應變式、壓電式、電容式壓力傳感器等。電子血壓計的壓力傳感器安裝在機器的一端。
傳感器的壓敏表面與給袖帶充氣的軟管相連。測量時,電泵在給袖帶充氣至規定壓力(也由該壓力傳感器檢測)后停止,減壓閥打開逐漸放氣。此時,袖帶壓力和軟管壓力相同。測量軟管中的壓力就是測量袖帶壓力。