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压力传感器在工业生产领域中的应用
发布时间:2022-04-14 00:22:48

目前,我国压力传感器产业规模小,应用范围窄。因此,我们迫切需要转变观念,将传感器的研发从单一传感器的研发转变为高度集成的新型传感器的研发。新型传感器的开发和应用已成为现代系统的核心和关键。它将成为21世纪信息产业新的经济增长点。改革开放30年来,我国传感器技术及其产业取得了长足进步,主要体现在建立了**传感技术重点实验室、微米纳米**重点实验室、**传感技术工程中心等研发基地;MEMS、MOEMS(微光机电系统)等研究项目被列为**高科技发展重点;在“九五”科技攻关项目中,传感器技术研究取得51个品种、86个规格的新产品成果,敏感元件和传感器产业初步建立;2007年,传感器产业总产值达到20.93亿元,近6000个品种和规格,已应用于国民经济和国防建设的各个部门

中国将传感器列为20世纪80年代末**高科技发展的重点。经过“八五”、“九五”和“十五”攻关和产业化建设,目前我国从事传感器研究、生产和应用的企事业单位已超过2000家。由于经济发展水平和生产研发资金的限制,我国传感器产业整体技术水平相对落后,规模和应用领域较小。如今,活跃在国际市场上的企业仍然是德国、日本、美国和俄罗斯等老工业**企业。在这些产品中,传感器的应用范围非常**,许多制造商已经实现了大规模生产。一些企业的年生产能力已达数千万甚至数亿。相比之下,中国传感器的应用范围较窄,更多的应用仍停留在工业测量和控制等基础应用领域
 


压力传感器的发展历史;1945年,史密斯发现了硅和锗的压阻效应,即当外力作用于半导体材料时,它的阻力将发生显著变化。根据这一原理,压力传感器是通过将应变电阻粘贴在金属膜上制成的,即将力信号转换为电信号进行测量。随着材料技术、微机械技术和微电子技术的发展,世界各国在压力传感器技术领域开展了许多探索性的研究工作,研究成果已积极投入商业领域。


在研究中,遵循了传统的作用原理和一些新的效应,优选了晶体材料(硅、石英、陶瓷等),采用了微加工技术和微电子技术,从传统的结构设计到微加工工艺的微观结构设计,取得了显著的成果,压力传感器技术有了很大的发展以下重点介绍了几种有代表性的压力传感器的工作原理、性能特点和新的传感器技术。其中,电容式压力传感器是目前应用**的传感器


应变式压力传感器;应变式压力传感器基于金属应变片电阻值随应力变形的原理工作。早期的应变计是由金属材料制成的,粘贴在压力膜片上以检测压力变化。该传感器具有体积小、灵敏度低等优点。应变计通常用胶水粘贴在弹性体上,但随着时间的推移,胶水的老化会对传感器的性能产生明显的影响,因此没有得到**应用


硅压阻式压力传感器;半导体材料的灵敏度比金属材料高几十倍,这是由半导体材料的压阻特性决定的。半导体材料的压阻特性还取决于掺杂浓度和晶体的排列方向。硅材料具有优良的强度和机械特性,具有过电压能力强、滞后小的优点。硅膜片的使用可以显著提高传感器的动态响应性能,并降低对加速度的敏感性。


硅压阻式压力传感器克服了应变式压力传感器的许多缺点。在压力传感器技术方面,它在人类科学史上又迈出了一大步。不锈钢膜片硅压阻式压力传感器是一种新型的硅压阻式压力传感器。其压力应变膜片为硅应变膜片,其制造工艺为集成电路和微机械加工工艺。不锈钢膜片、充液膜片和硅应变膜片的有机结合,使传感器具有高精度、高可靠性、高稳定性和良好的动态性能。它不仅可用于普通气体和液体的压力测量,也可用于腐蚀性介质的压力测量


陶瓷压力传感器;耐腐蚀陶瓷压力传感器无液体传输。压力直接作用于陶瓷膜片的前表面,导致膜片轻微变形。厚膜电阻器印制在陶瓷膜片的背面,并连接到惠斯通电桥(闭桥)。由于变阻器的压阻效应,电桥产生与压力成比例且与激励电压成比例的高度线性电压信号,标准信号根据不同的压力范围校准为2.03.03.3 MVV,可与应变传感器兼容。


通过激光标定,传感器具有较高的温度稳定性和时间稳定性。传感器自身的温度补偿为0~70℃,可与大多数介质直接接触陶瓷是公认的高弹性、耐腐蚀、耐磨、耐冲击和耐振动材料。陶瓷的热稳定性及其厚膜电阻可使其工作温度范围高达-40~135℃,具有较高的精度和稳定性。电气绝缘度>2KV,输出信号强,长期稳定性好。高性能、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,
 


电容式压力传感器;电容式压力传感器的工作原理是:电容板的相对位置会随着压力的变化而变化,从而导致电容的变化。可以通过检测电路测量电容来测量压力。电容式压力传感器属于极距变化电容式传感器,可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器


单电容式压力传感器;由圆形薄膜和固定电极组成。薄膜在压力作用下变形,从而改变电容器的容量。它的灵敏度大致与膜的面积和压力成正比,与膜的张力和膜到固定电极的距离成反比。这种类型可以减少膜片的直接压力面积,因此可以使用更薄的膜片来提高灵敏度。它还配有各种补偿保护元件和放大电路,以提高抗干扰能力。该传感器适用于测量动态高压和遥测飞机(2)差动电容式压力传感器



其压力膜片电极位于两个固定电极之间,形成两个电容器。在压力的作用下,一个电容器的容量增大,另一个电容器的容量相应减小。它的固定电极是在凹面玻璃表面镀上一层金属。如果过载,隔膜由凹面保护,不会破裂。差动电容式压力传感器比单一电容式压力传感器具有更高的灵敏度和更好的线性度



早期的电容式压力传感器采用金属敏感元件作为活动板,体积大,成本高。近几十年来,随着微加工技术和集成电路技术的发展,出现了代表**技术的微硅电容式集成传感器。目前已**应用于化工、石油、医药、农业等主要行业。


电容式真空压力传感器。电容式压力传感器由基板和厚度为0.8~2.8的氧化铝(Al2O3)通过自熔焊环焊接而成。该环具有隔离功能,不需要温度补偿,能保持长期测量的可靠性和持久精度。测量方法采用电容原理。基板上的一个电容CP 位于位移较大*的膜片中心,另一个参考电容Cr位于膜片边缘。因为边缘很难产生位移,所以电容值不变。


CP 的变化与施加压力的变化有关,隔膜的位移和压力之间呈线性关系。在过载的情况下,膜片连接到基板时不会损坏。当没有负载时,它将立即返回到原始位置,没有任何延迟。过载可达****。即使它被损坏,也不会泄漏任何污染介质。新型接触式电容式压力传感器具有线性度好、灵敏度高、过载保护能力强等优点。为了获得更好的性能,设计并开发了一种新型接触式电容式压力传感器(DTMCPS)。这种新结构在传统TMCP的底部电极上刻蚀了一个浅槽,可以更好地实现线性和更宽的线性范围


MEMS硅薄膜电容式气象压力传感器;然后通过KOH各向异性腐蚀和深度腐蚀形成硅膜。它是一种高性能、低成本的微型电容式气象压力传感器,能够准确测量气象相关数据;目前,兰州石化公司新建项目(60万吨年大型乙烯、8万吨丙烯酸、11万吨丙烯酸装置)的大部分压力测量仪表均采用电容式压力传感器。电容式压力变送器。


如3051系列,适用于大型乙烯C4萃取丁烯和汽油加氢装置的所有压力测量仪表;大乙烯聚丙烯装置各单元压力测量仪表选用横河电容式压力传感器,如eja110430系列;丙烯酸100#氧化装置的压力测量仪表采用电容式压力传感器,如7mf40334433系列。上述电容式压力变送器的精度可达±0.075%,12个月内的稳定性为*大量程的±0.1%,而普通压力变送器的精度为±0.2%,12个月内的稳定性为*大量程的±0.2%。该电容式压力变送器线性好,功耗低,使用寿命长。电容式压力传感器应用**,受环境温度、介质等因素的影响较小,这也是电容式压力传感器在化工行业得到**应用的原因之一。它们还可以满足设计要求,在一定程度上保证高性价比的要求,节省工程成本


此外,还有许多新的压力传感器。这些压力传感器不仅在技术参数上取得了很大的进步,而且它们的出现使压力传感器的应用范围更加**。例如,光纤压力传感器可以检测非常小的压力。因此,在临床医学中经常使用测量扩张冠状动脉导管球囊内的压力;根据热驱动原理,实现了具有自检功能的压力传感器的自检功能。传感器尺寸为1.2mm×3mm×0.5mm,适用于生物医学领域;SOI高温压力传感器是一种新型传感器,具有耐高温、耐辐射、稳定性好等优点。可以解决航空、航天等领域对高温压力传感器的迫切需求