分布式控制網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)在擠出工廠，但是僅限于幾家大型樹(shù)脂生產(chǎn)商、纖維紡紗生產(chǎn)商、采用復(fù)雜生產(chǎn)線的加工商、昂貴產(chǎn)品制造商以及擁有大量研究和開(kāi)發(fā)預(yù)算的供應(yīng)商。
網(wǎng)絡(luò)化傳感器現(xiàn)在被認(rèn)為是新工廠的一部分，然而網(wǎng)絡(luò)化或者分布式系統(tǒng)經(jīng)常要求軟件授權(quán)，以及傳感器之間必須用昂貴的交互設(shè)備相連，同時(shí)也需要復(fù)雜的排除故障和系統(tǒng)維護(hù)的功能，而這對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)備控制而言是不必要的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備直接從I/O控制板輸入和輸出數(shù)據(jù)。
“不僅僅是價(jià)格的原因”，壓力傳感器制造商Gefran ISI公司副總裁Mark Caldwell表示，“大多數(shù)加工商不會(huì)評(píng)估檢測(cè)分布式系統(tǒng)?！痹跉W洲，Gefran公司的一些客戶采用該公司的CANopen 網(wǎng)絡(luò)化壓力傳感器。這些傳感器能夠在線遠(yuǎn)程監(jiān)控并修正生產(chǎn)線上出現(xiàn)的問(wèn)題。
數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)化傳感器如Dynisco的產(chǎn)品開(kāi)始出現(xiàn)在擠出生產(chǎn)線上，它具有高速、高精度、安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。但是目前，維護(hù)的復(fù)雜性以及故障排除的困難可能會(huì)限制其應(yīng)用。
Dynisco公司提供壓力傳感器和控制器，其產(chǎn)品簡(jiǎn)單的安裝和布線方式、快速而精確的數(shù)據(jù)采集以及快速的響應(yīng)時(shí)間使Dynisco成為網(wǎng)絡(luò)控制行業(yè)的**企業(yè)。數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)化壓力傳感器通過(guò)一條簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)回發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)PC對(duì)網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備實(shí)施閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，工業(yè)PC的操作界面也可以是雙重功能的。
據(jù) Dynisco產(chǎn)品市場(chǎng)部副總裁Douglas Joy介紹，傳統(tǒng)的PLC設(shè)備控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)用梯形圖連續(xù)進(jìn)行加工，因此會(huì)造成延遲。另外這種系統(tǒng)在安裝時(shí)也顯得相當(dāng)麻煩，例如要安裝900個(gè)雙線壓力發(fā)射器，就需要裝配1800條電線終端。不過(guò)PLC仍然可用在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，但是只用在簡(jiǎn)單的控制上，如開(kāi)關(guān)、閥門(mén)的控制。
Dynisco的壓力傳感器適合于除西門(mén)子的Profibus PA協(xié)議以外的大多數(shù)商業(yè)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，包括：Emerson Electric的基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線、Bosch的CANopen、Allen-Bradley的DeviceNet以及Bosch的HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議)系統(tǒng)。
應(yīng)用現(xiàn)狀
在擠出和混配供應(yīng)商的生產(chǎn)線中，目前僅有少數(shù)裝有現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。Dynisco公司的一些壓力傳感器采用基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議安裝在幾家樹(shù)脂公司和一家聚乙烯醇縮丁醛(PVB)薄膜加工商的生產(chǎn)線上。這些加工商已通過(guò)DeviceNet協(xié)議安裝了溫度傳感器，同時(shí)正在尋求網(wǎng)絡(luò)化壓力傳感器的應(yīng)用，以減少線纜、提高精度和診斷能力。采用基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)還有：即使中央PC機(jī)發(fā)生故障，網(wǎng)絡(luò)控制環(huán)仍然可以使擠出機(jī)繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行。
另一種分布式控制擠出生產(chǎn)線的網(wǎng)絡(luò)化壓力傳感器通過(guò)離散控制，符合Profibus協(xié)議。加工商采用Dynisco傳感器和 Eurotherm控制器，用于多層共擠出光學(xué)薄膜數(shù)百層薄層的控制，其優(yōu)點(diǎn)是從極度復(fù)雜的反饋中快速獲取壓力數(shù)據(jù)，從而更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。
加拿大MPI熔體壓力傳感器公司生產(chǎn)溫度和壓力傳感器。該公司認(rèn)為如果加工商安裝了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，那么他們應(yīng)該采用Profibus PA系統(tǒng)，因?yàn)檫@一系統(tǒng)安裝成本*低。MPI之所以采用這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是因?yàn)镻rofibus 沒(méi)有許可證費(fèi)用，軟件和交互界面比其他協(xié)議便宜。
熔體壓力傳感器在測(cè)量壓力時(shí)，一般是將壓力信號(hào)以mv輸出。mv傳感器信號(hào)也可以經(jīng)放大器與之匹配。放大器提供一個(gè)與之相似的信號(hào)或數(shù)字信號(hào)(如基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線)，同時(shí)可以顯示和傳輸壓力信號(hào)。
Eurotherm銷售副經(jīng)理Al Betz表示，由于傳感器信號(hào)通常不是以數(shù)字信號(hào)開(kāi)始的，所以遲早要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這樣才更精確。Eurotherm公司提供DeviceNet和 Profibus協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)溫度控制器，許多注射成型或擠出成型加工商已經(jīng)安裝采用了這些協(xié)議。
Dynisco認(rèn)為他們的DeviceNet和基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)更精確，因?yàn)檫@些協(xié)議從傳感器得到的信號(hào)是真正數(shù)字化的。Dynisco的網(wǎng)絡(luò)壓力傳感器和傳輸設(shè)備合并了電子信號(hào)調(diào)節(jié)裝置。另外，基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議裝置能夠編程與PC的控制壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，如果PC發(fā)生故障，閥門(mén)等設(shè)備直接接收這些數(shù)據(jù)。這使得這些智能化設(shè)備可以接管設(shè)備的控制。不過(guò)這些額外的功能也使這種傳感器變得很昂貴。
Eurotherm的Betz認(rèn)為， 在未來(lái)，加工商在購(gòu)買擠出生產(chǎn)線時(shí)可能會(huì)碰到網(wǎng)絡(luò)化傳感器。因?yàn)橐恍W洲的OEM正在尋求網(wǎng)絡(luò)控制以減小控制柜的體積、提高速度和數(shù)據(jù)采集的精度，特別是對(duì)于復(fù)雜的共擠出流延薄膜生產(chǎn)線。然而，網(wǎng)絡(luò)控制增加了維護(hù)和備件的成本。而且來(lái)自于不同制造商的傳感器可能完全不能互換，甚至名義上遵循同一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)也可能如此。
溫度有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。
1、熱電偶的工作原理
當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T(mén)，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T(mén)O，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一，當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T，T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。無(wú)論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)都是由于集中于接觸處端點(diǎn)的數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí)，在斷開(kāi)處a，b之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致。并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時(shí)，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△V很小時(shí)，△V與△T成正比關(guān)系。定義△V對(duì)△T的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。
目前，國(guó)際委員會(huì)（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T(mén)型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。
2、熱電阻的工作原理
導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過(guò)測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。
②電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。
③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。
④在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。
目前，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮?/p>
3、紅外溫度傳感器
在自然界中,當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，由于它內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的存在,就會(huì)不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0、75～100μm的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。
SMTIR9901/02是荷蘭SmartecCompany生產(chǎn)的一款現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣的紅外傳感器，它是基于熱電堆的硅基紅外傳感器。大量的熱電偶堆集在底層的硅基上，底層上的高溫接點(diǎn)和低溫接點(diǎn)通過(guò)一層極薄的薄膜隔離它們的熱量，高溫接點(diǎn)上面的黑色吸收層將入射的放射線轉(zhuǎn)化為熱能，由熱電效應(yīng)可知，輸出電壓與放射線是成比例的，通常熱電堆是使用BiSb和NiCr作為熱電偶。此外，SMT9902sil內(nèi)部嵌入以Ni1000溫度傳感器和一小視角的硅濾片，使得測(cè)量溫度更加的準(zhǔn)確。因?yàn)榧t外輻射特性與溫度相關(guān)，可以使用不同的濾鏡來(lái)測(cè)量不同的溫度范圍。成熟的半導(dǎo)體工藝是產(chǎn)品小型化，低成本化。為了滿足某些應(yīng)用，紅外傳感器開(kāi)口視角可以設(shè)計(jì)成小至7°。
4、模擬溫度傳感器
常見(jiàn)的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。
AD590是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，R兩端的電壓可作為輸出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。
5、邏輯輸出型溫度傳感器
設(shè)定一個(gè)溫度范圍，一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備，此時(shí)可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
LM56是NS公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開(kāi)關(guān)，內(nèi)置1、25V參考電壓輸出端。最大只能帶50μA的負(fù)載。電壓從2、7~10V，工作電流量大230μA，內(nèi)置傳感器的靈敏度為6、2mV/℃，傳感器輸出電壓為6、2mV/℃×T+395mV。
6、數(shù)字式溫度傳感器
它采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。PTAT的輸出通過(guò)占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t為攝氏度。輸出數(shù)字信號(hào)故與微處理器MCU兼容，通過(guò)處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號(hào)的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于0、005K。測(cè)量溫度范圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場(chǎng)合。
人類社會(huì)環(huán)境中，壓力無(wú)處不在啊，所以壓力傳感器自然成為了工業(yè)實(shí)踐中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、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。
壓力傳感器
壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器。
在講述壓力傳感器的同時(shí)，我們必須導(dǎo)出壓力變送器的概念。
通常傳感器由兩部分組成，即分別是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心軌蛑苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。
由于傳感器的輸出信號(hào)一般很微弱，需要將其調(diào)制與放大。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，人們又將這部分電路及電源等電路也一起裝在傳感器內(nèi)部。這樣，傳感器就可以輸出便于處理，傳輸?shù)目捎眯盘?hào)了。而在以前技術(shù)相對(duì)落后時(shí)，所謂的傳感器是指上文中的敏感元件，而變送器就是上文中的轉(zhuǎn)換元件。
壓力傳感器一般是指將變化的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)變化的電阻信號(hào)或電容信號(hào)的敏感元件，如：壓阻元件，壓容元件等。而壓力變送器一般是指，壓敏元件與調(diào)理電路共同組成的測(cè)量壓力的整套電路單元，一般能直接輸出與壓力成線性關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)，供儀表、PLC、采集卡等設(shè)備直接采集。
壓力傳感器的分類
壓力傳感器的種類繁多，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、諧振式壓力傳感器等。
目前應(yīng)用較為廣泛的壓力傳感器有：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器、陶瓷壓阻壓力傳感器、濺射薄膜壓力傳感器、電容壓力傳感器、耐高溫特性的藍(lán)寶石壓力傳感器。但應(yīng)用為廣泛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。
各種壓力傳感器的原理
壓阻式壓力傳感器
這種傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線。 提到壓阻式傳感器，首先得講到它的原理——壓阻效應(yīng)。
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。
原理圖如上，當(dāng)壓力變化時(shí)，電阻R1,R2,R3,R4發(fā)生變化，從而引發(fā)加載在電阻中間的電壓發(fā)生變化，這種變化反映出壓力值。
壓阻式傳感器又稱為擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，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)。
陶瓷壓力傳感器
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)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(guò)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。
陶瓷是一種公認(rèn)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)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。
壓電式壓力傳感器
壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。
壓電式壓力傳感器的種類和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測(cè)壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。這種傳感器的特點(diǎn)是體積小、動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫等?，F(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)傳感器的性能出越來(lái)越高的要求。
例如用壓力傳感器測(cè)量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖，在測(cè)量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應(yīng)就是在它上面發(fā)現(xiàn)。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點(diǎn)高達(dá)1210℃，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。
電阻應(yīng)變式壓力傳感器
將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致元件應(yīng)力和應(yīng)變的變化，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。電阻的變化經(jīng)電路處理后的以電信號(hào)的方式輸出，這就是電阻應(yīng)變片傳感器的工作原理。
電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(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(guò)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(guò)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)。
半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的一種敏感元件。半導(dǎo)體應(yīng)變片需要粘貼在試件上測(cè)量試件應(yīng)變或粘貼在彈性敏感元件上間接地感受被測(cè)外力。利用不同構(gòu)形的彈性敏感元件可測(cè)量各種物體的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、扭矩、加速度等機(jī)械量。半導(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片相比，具有靈敏系數(shù)高（約高 50～100倍）、機(jī)械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點(diǎn)。
電感式壓力傳感器
電感式壓力傳感器是用電感線圈電感量變化來(lái)測(cè)量壓力的儀表。
常見(jiàn)的有氣隙式和差動(dòng)變壓器式兩種結(jié)構(gòu)形式。氣隙式的工作原理是被測(cè)壓力作用在膜片上使之產(chǎn)生位移，引起差動(dòng)電感線圈的磁路磁阻發(fā)生變化，這時(shí)膜片距磁心的氣隙一邊增加，另一邊減少，電感量則一邊減少.另一邊增加，由此構(gòu)成電感差動(dòng)變化，通過(guò)電感組成的電橋輸出一個(gè)與被測(cè)壓力相對(duì)應(yīng)的交流電壓。具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適宜在有振動(dòng)或沖擊的環(huán)境中使用。
差動(dòng)變壓器式的工作原理是被側(cè)壓力作用在彈簧管_L，使之產(chǎn)生與壓力成正比的位移，同時(shí)帶動(dòng)連接在彈簧管末端的鐵心移動(dòng)，使差動(dòng)變壓器的兩個(gè)對(duì)稱的和反向串接的次級(jí)繞組失去平衡，輸出一個(gè)與被測(cè)壓力成正比的電壓.也可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)與電動(dòng)單元組合儀表聯(lián)用構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。
電容式壓力傳感器
電容式壓力傳感器是利用電容敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。特點(diǎn)是，低的輸入力和侏儒能量，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，小的自然效應(yīng)，環(huán)境適應(yīng)性好。
它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傳感器和差動(dòng)電容式壓力傳感器。
單電容式壓力傳感器
它由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測(cè)量低壓，并有較高過(guò)載能力。還可以采用帶活塞動(dòng)極膜片制成測(cè)量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補(bǔ)償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測(cè)量動(dòng)態(tài)高壓和對(duì)飛行器進(jìn)行遙測(cè)。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽(tīng)診器式等型式。
差動(dòng)電容式壓力傳感器
它的受壓膜片電極位于兩個(gè)固定電極之間,構(gòu)成兩個(gè)電容器。在壓力的作用下一個(gè)電容器的容量增大而另一個(gè)則相應(yīng)減小，測(cè)量結(jié)果由差動(dòng)式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過(guò)載時(shí)膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動(dòng)電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對(duì)稱性），而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。
諧振式壓力傳感器
利用諧振元件把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的壓力傳感器。它是諧振式傳感器的重要應(yīng)用方面，主要有振弦式壓力傳感器、振筒式壓力傳感器、振膜式壓力傳感器和石英晶體諧振式壓力傳感器。
當(dāng)被測(cè)參量發(fā)生變化時(shí)，振動(dòng)元件的固有振動(dòng)頻率隨之改變，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路，就可得到與被測(cè)參量成一定關(guān)系的電信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、分辨率高、精度高以及便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)等。
薄膜壓力傳感器
濺射薄膜壓力傳感器也是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)工作的，與傳統(tǒng)應(yīng)變式壓力傳感器屬于同一原理。兩者的主要差別制作工藝上。濺射薄膜壓力傳感器延用了測(cè)量壓力的金屬?gòu)椥阅て?，?yīng)用離子束濺射和刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接制作在金屬測(cè)壓膜上，由于沒(méi)有活動(dòng)部件，抗震動(dòng)和抗沖擊能力很強(qiáng)，可用于惡劣的環(huán)境。
藍(lán)寶石壓力傳感器
采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有的計(jì)量特性。
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測(cè)量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測(cè)量膜片上。被測(cè)壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成正比。
傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的。
藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（ 1000 OC 以內(nèi)），因此，利用硅 - 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú) p-n 漂移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。
用硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比高。
壓力傳感器在工業(yè)應(yīng)用中為廣泛，它同時(shí)還面臨著選型優(yōu)化、安裝檢測(cè)、故障排除、零點(diǎn)漂移等使用的問(wèn)題，我們將為大家一一道來(lái)。
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