压力传感器按测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式压力传感器、电容式压力传感器、电感式和振频式等等。压力传感器测量压力范围宽广可以从超真空如133×10-13Pa直到超高压280MPa。压力传感器从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力传感器的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力传感器就显得十分重要。
在不同的场合使用的传感器是不同的,例如一般的小量程压力变送器则需要用到陶瓷电容传感器,稳定性和精度会比其他高一些;而一般的超大量程,由于受生产工艺所限,通常是采用陶瓷压阻的比较多;对于扩散硅传感器,一般充油扩散硅传感器更适合做温度补偿等技术提升,并且在稳定性和过载能力方面也是比较出众的。
具体要选择哪款压力传感器,还是要先明白每种压力传感器的原理以及其特点,再来深入了解每种压力传感器适应哪些环境和情况。
一、四种不同原理的压力传感器
1、电容式压力变送器
电容式变送器被测介质的两种压力通入高、低两个压力室,作用在&delta元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。电容式压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡和解调环节,转换成与压力成正比的信号。
优点:高阻抗、小功率及稳定性的优点,动态响应快,适用于一些瞬时压力、振动等数据上动态测量。
2、单晶硅谐振式压力传感器
单晶硅谐振式传感器是一块单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术,在单晶硅芯片上制成两个完全一致的H形状的谐振梁,并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度和张力,其梁的长度已经确定,而张力是随压力变化而变化。从而把压力的变化转换成频率的变化,对差压采用频率差分技术,并将频率差信号直接输出到CPU进行运算和A/D转换。
优点:抗干扰能力强,稳定性好,不需A/D转换,既能测量绝压,也能测量差压。
3、扩散硅压力传感器
扩散硅压力传感器是外加压力通过不锈钢(陶瓷)膜片、内部密封的硅油传递到敏感芯片上,敏感芯片不直接接触被测介质。以其灵敏度输出高,动态响应好,测量精度高,稳定性好,易于小型化,但易受温度影响,对于大于1kpa的均可测量是中档传感器的首选。
优点:灵敏度输出高,动态响应好,测量精度高,稳定性好,易于小型化,但易受温度影响。
4、陶瓷压力传感器
抗腐蚀的陶瓷压力变送器没有液体的传送,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的反面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥)由于压敏电阻的压阻效应,使电桥发生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,规范的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿-10—80℃,并可以和绝大多数介质直接接触。
优点:陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好。具有优良的线性精度、迟滞性和可靠性、性价比。
二、压力传感器选型要点
1、确认压力传感器的类型
(1)、机电式:产品内部式机械结构,经过绷簧、杠杆、调理螺丝、金属罩壳等以及触点模块装置而成的压力传感器,内部不含处理电路,且均为输出量是开关量的压力开关形式。一般均可经过螺丝调理或设定动作的阈值;体积较庞大,但较廉价,精度较低;
(2)、电子式:压力传感器均有陶瓷或金属的丈量隔离膜片,隔离膜片与被检测物质直接接触,作用在膜片表面的压力使膜片发生细小的形变,传感器内部能够经过形变丈量绷簧电阻或电容器原理感知该形变的大小程度,经往后级的机械、电路(电桥)设备输出相应开关动作或模拟量信号。
2、确认装置类型控制回路还是动力回路。
3、确认丈量压力的类型压力类型主要有表压、绝压、差压等。
(1)、表压是指以大气压力为基准,小于或大于大气压力的压力;
(2)、绝压是指以肯定压力零位为基准,高于肯定压力零位的压力;
(3)、差压是指两个压力之间的差值。
4、确认丈量规模一般状况下,按实际丈量压力为丈量规模的80%选取。
5、确认供电电源和输出信号提供四种输出信号挑选,包含继电器输出、固态输出和模拟量输出(4~20mA或0~10V)。(针对电子式压力传感器)其中固态输出又分为单段开关和双段开关。
6、确认体系的最大过载主要包含:G1/4A(BSP)、1/4NPT、SAE7/16-20UNF、4×G1/4(BSP)、G3/8等。
7、确认压力接口形式主要包含:G1/4A(BSP)、1/4NPT、SAE7/16-20UNF、4×G1/4(BSP)、G3/8等。
8、确认丈量介质与接触材质的兼容性在某些丈量场合,丈量介质具有腐蚀性,此时需选用与丈量介质兼容的资料或进行特殊的工艺处理,保证变送器不被损坏。
9、确认准确度等级变送器的丈量差错按准确度等级进行划分,不同的准确度对应不同的基本差错限(满量程输出的百分数表明);实际应用中,依据丈量差错的控制要求并本着适用经济的原则进行挑选。
10、确认工作温度规模丈量介质温度应处于变送器工作温度规模内,如超温运用,将会产生较大的丈量差错并影响运用寿命;在压力变送器的出产过程中,会对温度影响进行丈量和补偿,以保证产品受温度影响产生的丈量差错处于准确度等级要求的规模内。在温度较高的场合,能够考虑挑选高温型压力传感器或采取装置冷凝管(器)、散热器等辅佐降温办法。
11、确认现场工作环境状况及其它需了解是否存在振动以及电磁干扰等,并在选型时提供相关信息,以便采取相应处理;在选型时,其他如电气连接方式等也应依据状况予以考虑。