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Transcell S型稱重傳感器

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壓力傳感器工作原理

壓力傳感器是工業(yè)實踐中zui為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(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、

機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用

應變片壓力傳感器原理與應用

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價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，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種

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

部分之一。電阻應變片應用zui多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片

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

生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的

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

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

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

金屬電阻應變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電

阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度

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

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。

電阻應變片的工作原理

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

現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω。cm2/m ）

S ——導體的截面積（cm2 ）

L ——導體的長度（m ）

我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，

從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度

增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增

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

應變金屬絲的應變情

陶瓷壓力傳感器原理及應用

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，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于

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

壓信號，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳

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

補償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-40 ～135 ℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)

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

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

的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

擴散硅壓力傳感器原理及應用

工作原理被測介質(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，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)

換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

T6-1000稱重儀表的發(fā)展歷程
微機械加工技術(shù)
半導體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝，各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導體技術(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諧振梁結(jié)成，兩個諧振梁的頻差對應不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消除環(huán)境溫度等因素帶來的誤差。當環(huán)境溫度變化時，兩個諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩個頻率差后，其相同變化量就能夠相互抵消。其測量zui高精度可達0.01%FS。美國SiliconMicrostructureInc.(SMI)公司開發(fā)一系列低價位,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),輕細微機械加工,和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上,當硅片上方受力時,其產(chǎn)生變形,電阻產(chǎn)生壓阻效應而失去電橋平衡,輸出與壓力成比例的電信號.象這樣的硅微傳感器是當今傳感器發(fā)展的前沿技術(shù),其基本特點是敏感元件體積為微米量級,是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。在工業(yè)控制、航空航天領域、生物醫(yī)學等方面有重要的作用，如飛機上利用可減輕飛機重量，減少能源。另一特點是能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。中國航空總公司北京測控技術(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變計，它克服了非金屬式應變計易受溫度影響的不足，具有高穩(wěn)定性，適用于各種場合，被測介質(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，具有精度高、可靠性高、體積小的特點，廣泛用于航空、石油、化工、醫(yī)療等領域。