【T6-1020】稱重儀表

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壓力傳感器工作原理

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中zui為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉

及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、*、石化、油井、電力、船舶、

機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用

應(yīng)變片壓力【T6-1000】稱重儀表傳感器原理與應(yīng)用

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式

壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳

感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好

的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種

將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成

部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用zui多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片

又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)

生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的

阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通

常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處

理電路（通常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電

阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度

過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)

雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁*力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

電阻應(yīng)變片的工作原理【T6-1000】稱重儀表

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的

現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ）

S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ）

L ——導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m ）

我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，

從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度

增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增

加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得

應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情

陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片

產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于

壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電

壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳

感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度

補(bǔ)償0 ～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性

及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40 ～135 ℃，而且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)

定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，*穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是

壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國(guó)家有全面替代其它類型傳感器的趨勢(shì)，在中國(guó)也越來越多

的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

擴(kuò)散硅壓力原理及應(yīng)用

工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與

介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)

換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

T6-1000稱重儀表的發(fā)展歷程
微機(jī)械加工技術(shù)
半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積、平面電子工藝，各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進(jìn)到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。日本橫河公司利用各向?qū)愿g技術(shù)進(jìn)行高精度三維加工，制成全硅諧振式壓力
傳感器。核心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制作的兩個(gè)諧振梁結(jié)成，兩個(gè)諧振梁的頻差對(duì)應(yīng)不同的壓力，用頻率差的方法測(cè)壓力，可消除環(huán)境溫度等因素帶來的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩個(gè)諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩個(gè)頻率差后，其相同變化量就能夠相互抵消。其測(cè)量zui高精度可達(dá)0.01%FS。美國(guó)SiliconMicrostructureInc.(SMI)公司開發(fā)一系列低價(jià)位,線性度在0.1%到0.65%范圍內(nèi)的硅微壓力傳感器,zui低滿量程為0.15psi(1KPa),其以硅為料制成,具有*的三維結(jié)構(gòu),輕細(xì)微機(jī)械加工,和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上,當(dāng)硅片上方受力時(shí),其產(chǎn)生變形,電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡,輸出與壓力成比例的電信號(hào).象這樣的硅微傳感器是當(dāng)今傳感器發(fā)展的前沿技術(shù),其基本特點(diǎn)是敏感元件體積為微米量級(jí),是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。【T6-1000】稱重儀表在工業(yè)控制、航空航天領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的作用，如飛機(jī)上利用可減輕飛機(jī)重量，減少能源。另一特點(diǎn)是能敏感微小被測(cè)量，可制成血壓壓力傳感器。中國(guó)航空總公司北京測(cè)控技術(shù)研究所，研制的CYJ 系列濺謝膜壓力傳感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應(yīng)變計(jì)，它克服了非金屬式應(yīng)變計(jì)易受溫度影響的不足，具有高穩(wěn)定性，適用于各種場(chǎng)合，被測(cè)介質(zhì)范圍寬，還克服了傳統(tǒng)粘貼式帶來的精度低、遲滯大、蠕變等缺點(diǎn)，具有精度高、可靠性高、體積小的特點(diǎn)，廣泛用于航空、石油、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。

Transcell S型稱重傳感器

BSS-100kg，BSS-200kg，BSS-250kg，BSS-500kg，BSS-750kg，BSS-1T，BSS-1.5T，BSS-2T，BSS-2.5T，BSS-5T，BSS-10T

BSS-ESH-200kg，BSS-ESH-250kg，BSS-ESH-500kg，BSS-ESH-750kg，BSS-ESH-1T，BSS-ESH-1.5T， BSS-ESH-2T，BSS-ESH-2.5T，BSS-ESH-5T，BSS-10T

BAB-5kg，BAB-7.5kg，BAB-10kg，BAB-15kg，BAB-20kg，BAB-30kg，BAB-50kg，BAB-75kg，BAB-100kg

BAB-5MT，BAB-7.5MT，BAB-10MT，BAB-15MT，BAB-20MT，BAB-30MT，BAB-50MT，BAB-75MT，BAB-100MT

BSA-50lb，BSA-100lb，BSA-250lb，BSA-25kg，BSA-50kg

BSSD-5T，BSSD-15T，BSSD-20T，BH-30T