在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用最多的壓力測(cè)量方案是將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓力變送器。但是壓力變送器是怎樣將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的呢?今天我們介紹一下常用的五種不同的轉(zhuǎn)換方式。
方式一：壓電壓力變送器
壓電式壓力變送器主要基于壓電效應(yīng)(Piezoelectric effect)，利用電氣元件和其他機(jī)械把待測(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)測(cè)量工作的測(cè)量精密儀器。壓電變送器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測(cè)量當(dāng)中，原因是受到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無(wú)限大的輸入抗阻的時(shí)候，才可以得以保存下來(lái)。但是實(shí)際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應(yīng)用在動(dòng)態(tài)的測(cè)量當(dāng)中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)就是在石英上發(fā)現(xiàn)的。
方式二：壓阻壓力變送器
壓阻壓力變送器主要基于壓阻效應(yīng)(Piezoresistive effect)。壓阻效應(yīng)是用來(lái)描述材料在受到機(jī)械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于上述壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，并不會(huì)產(chǎn)生電荷。
壓阻壓力變送器一般通過(guò)引線接入惠斯登電橋中。平時(shí)敏感芯體沒(méi)有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)(稱為零位)，當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶?。若給電橋加一個(gè)恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，這樣傳感器的電阻變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)輸出。電橋檢測(cè)出電阻值的變化，經(jīng)過(guò)放大后，再經(jīng)過(guò)電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過(guò)非線性校正環(huán)路的補(bǔ)償，即產(chǎn)生了輸入電壓成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。
為減小溫度變化對(duì)芯體電阻值的影響，提高測(cè)量精度，壓力變送器都采用溫度補(bǔ)償措施使其零點(diǎn)漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)保持較高水平。
方式三：電容式壓力變送器
電容式壓力變送器是一種利用電容作為敏感元件，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力變送器。這種壓力變送器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力變送器和差動(dòng)電容式壓力變送器。
方式四：電感式壓力變送器
電感式壓力變送器的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出，從而達(dá)到測(cè)量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測(cè)量范圍大;缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。
方式五：振弦式壓力變送器
振弦式壓力變送器屬于頻率敏感型變送器，振弦式壓力變送器的敏感元件是拉緊的鋼弦，敏感元件的固有頻率與拉緊力的大小有關(guān)。弦的長(zhǎng)度是固定的，弦的振動(dòng)頻率變化量可用來(lái)測(cè)算拉力的大小，即輸入是力信號(hào)，輸出的是頻率信號(hào)。振弦式壓力變送器分為上下兩個(gè)部分組成，下部構(gòu)件主要是敏感元件組合體。上部構(gòu)件是鋁殼，包含一個(gè)電子模塊和一個(gè)接線端子，分成兩個(gè)小室放置，這樣在接線時(shí)就不會(huì)影響電子模塊室的密封性。
在這之中，壓阻壓力變送器是國(guó)內(nèi)外壓力變送器發(fā)展的主要方向。壓阻壓力變送器具有強(qiáng)的抗干擾能力，零點(diǎn)漂移小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率高、性能穩(wěn)定，便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)，容易實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化等特點(diǎn)。
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