压力传感背后的技术

ViaTran用四种不同的压力传感技术开发压力变送器。该公司分析了应用的要求，并选择理想地提供该应用的技术。四种技术是量具，粘合箔应变计，陶瓷压阻，硅压阻和可变电容。每个人都非常适合不同的应用程序，并具有自己的好处和限制。

粘合的箔菌株量具

粘合箔应变计技术工作基于惠斯通桥电路。平衡式惠斯通电桥是一个电路，它有四个支路，每个支路都有一个等值的电阻器。粘接箔应变片压力传感技术包括将四个金属箔应变片粘接到一个金属膜片上，如图所示。这些应变片对应于电路的四个支路，作为电路中的四个可变电阻。在膜片的不偏转状态(施加零压力)，惠斯通电桥是平衡的，电压输出是不测量的。

隔膜通过偏转到钟形曲线来反应以施加压力。应变计经历应变 - 外部两个量具经验压缩，内部两个经验张力（见图1）。当紧张时，它们的电阻值改变。当它们的电阻值改变时，惠斯通桥变得不稳定，并且可以在其上测量电压输出。

图1所示。应变计传感器的钟形挠度。

施加在膜片上的压力越大，它偏转的程度就越大。应变片上的应变量和电阻的变化与膜片的挠度成正比。通过惠斯通桥输出的电压也与膜片的偏转成正比。Viatran通过测量桥的输出电压来确定施加的压力。

粘合箔应变计是四种技术中最耐用和可靠的。它可用于超高压应用(0-100至0-100,000 psi)。它的耐用性使它成为经历冲击、压力循环和振动的应用的理想选择。该技术的另一个关键优点是，箔片应变片可以非常精确地匹配和粘接;变送器内不需要添加任何温度补偿装置。

粘合箔应变计传感技术的关键限制是其低（<0-100psi）压力范围的性能差。如果隔膜非常薄，则应变计开始干扰隔膜运动。

图2。加工传感器上的应变计。

硅系压阻

硅压阻技术在概念上类似于惠斯通桥电路布置中在膜片上粘贴应变片的压阻技术。然而，这种传感技术利用嵌入在硅膜片中的硅压阻。硅压阻在较低的压力范围内提供强大的输出信号。它们对压力输入也有更好的敏感性。

虽然与箔应变仪技术不如箔，但硅压阻技术更好地匹配较低压力使用。它用于0-2至0-4 psi的压力范围。ViaTran在这些低压应用中使用该传感技术以及液位测量。

由于硅压阻弱，硅压阻传感技术与经过高水平冲击，压力循环或振动的应用不匹配。它也受到其相对低的上限限制，对不超过400psi的应用。对该技术的额外限制是将匹配和粘合硅压阻变得更加难以达到一种可以在粘合的箔应变计技术中实现的精度的水平。因此，必须使用电气补偿来保持性能规格。

陶瓷压阻

陶瓷压阻式传感技术在概念上也类似于粘合箔应变计技术。这种传感技术使用导电油墨沉积在陶瓷膜片的参考侧。导电墨水在惠斯通电桥电路中形成可变电阻应变计。像陶瓷压阻一样，这种技术在较低的范围内提供了可靠、灵敏的输出信号。

陶瓷压阻技术比硅压阻技术更坚固。它适用于0- 15psi到0- 1500psi的压力范围。陶瓷润湿面在不能使用金属润湿部件的应用中很有用，例如腐蚀流体的液位测量。这种传感技术的另一个优势是它的成本效益。

陶瓷压阻传感技术的一个缺点是其压力上限较低。陶瓷的分子结构是这样的，它们在完全失败之前不会屈服。由于金属的弹性，超压的发射机可以重复使用，而陶瓷的脆性则会在超压的情况下导致爆炸失效。陶瓷压阻传感技术不适用于遭受冲击、快速压力循环或振动的应用场合。

这种技术的另一个限制是，类似于硅应变片，它更难以匹配和粘合陶瓷应变片，以达到粘合箔应变片技术所能达到的精度水平。因此，与硅压阻一样，必须使用电补偿来保持性能指标。

可变电容

可变电容压力传感技术与前三种技术有本质区别。这种技术利用两个极板电容的变化来确定压力的变化。它适用于需要“湿-湿”压力输入安排的应用，即介质存在于变送器的两侧。

图3。典型的可变电容传感器(截面)。

该技术在低压范围内提供卓越的敏感性。ViaTran在其差压变送器中使用可变电容传感技术，但也可以有效地用于量大量和绝对压力测量。

Viatran的可变电容压力传感技术采用三个薄的金属隔膜（见图3）。外两个是被动隔膜（意味着它们没有弹簧常数），并且是发射器的湿润表面。分裂两个外隔膜是硅油填充物。在该油填充中，是两个导电墨水涂层，陶瓷板电极和活性内隔膜。

内膜片被称为主动膜片，因为它在制造过程中被拉紧，因此具有一个弹簧常数。它是液压耦合的，通过电极上的小孔与外隔膜相连。

在电极和内隔膜之间产生充电。然后存在两个电容 - 每个电极和内隔膜之间的电容。只要外隔膜在它们上具有相等的压力，内部隔膜就不会被偏转并且这些电容保持相等。

如果在变送器的两个输入端之间出现压差，压力较大一侧的湿膜片就会向内偏转。这一偏转推动更多的油通过电极上的孔，并从那一侧抵住内隔膜，成功地将湿润表面上的压力移动到内隔膜上。内膜片然后向相反的电极偏转。

由于电容存储是每个电极与内膜片之间距离的函数，因此内膜片与与之有一定距离的电极之间会产生更大的电容。电容的差异提供了测量压力变化的方法。

可变电容压力传感技术有许多好处。首先，它对压力的微小变化非常敏感;降低到1英寸水柱压力。此外，外膜片只能在小的载油孔开始时偏转，而没有足够的油填充使内膜片偏转足够远而导致其失效。在这种方式下，Viatran的可变电容压力变送器被设计成防止膜片破裂和超压导致的重复校准要求。这种设计特别适合于发生高超压的应用场合。

与其他技术相比，可变电容压力传感技术更加多元化和昂贵。另外一个问题是，与其他三种适用于低压应用的变换器相比，可变电容变换器发出的信号可能有更多的噪声。

可以放大和/或调节来自这些传感技术中所有四种传感技术的低电平电压输出信号，以提供高电平（0-5伏，0-10伏或4-20毫安）输出。

这些信息已经从Viatran提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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