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1、比亚迪汽车工业有限公司压力传感器机理论文第十五事业部深圳空调工厂非标科第十五事业部深圳空调工厂非标科1目录第一章 压力传感器原理介绍 .2第二章 工作中的压力传感器 .4第三章 压力传感器的选型和使用 .7第一章 压力传感器原理介绍压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光
2、纤压力传感器等。目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器两种。1 压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化，进而通过放大器将这种电阻值的变化放大转换成电信号。压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器
3、。第十五事业部深圳空调工厂非标科3压阻式压力传感器的特点是：灵敏度高，频率响应高；测量范围宽，可测低至 10Pa 的微压到高至 60Mpa 的高压；精度高，工作可靠，其精度可达0.20.02；易于微小型化，目前国内生产出直径 1.82mm 的压阻式压力传感器。目前，应用最为广泛的压力传感器是压阻式压力传感。2 压电式压力传感器某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。 压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测
4、压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系，通过测量电荷量可知被测压力大小。压电式压力传感器体积小，结构简单，工作可靠；测量范围宽，可测 100MPa 以下的压力；测量精度较高；频率响应高，可达 30kHz，是动态压力检测中常用的传感器，但由于压电元件存在电荷泄漏，故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 第二章 工作中的压力传感器现阶段，压力传感器的发展已经照着功能明确化，使用便利化方
5、向发展，工作中我们常用的压力传感器有压力变送器、压力开关、称重压力传感器等。1 压力变送器压力变送器（pressure transmitter）是指以输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如 420mADC 等） ，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。如上图所示，我们常用的压力变送器是电容式压力变送器，它的原理是是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移第十五事业部深圳空调工厂非标科5量和压力差成
6、正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节将电容量差值转化成标准的电信号用于工控系统。2 压力开关压力开关采用高精度、高稳定性能的压力传感器和变送电路，再经专用 CPU 模块化信号处理技术，实现对介质压力信号的检测、显示、报警和控制信号输出。压力开关可以广泛用于石油、化工、冶金、电力、供水等领域中对各种气体、液体的表压、绝压的测量控制，是工业现场理想的智能化测控仪表。压力开关的工作原理：是当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内碟片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升额定的恢复值时，碟片瞬时复位，开关自动复位，或者简单的说是当被测压力超过额定值时，弹性元件
7、的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。压力开关主要有常开式、常闭式。与电器开关相结合的装置，当到达预先设定的流体压力时，开关接点动作，主要应用于电厂、石化、冶金行业等工业设备上输出报警或控制信号，在工业领域中有着重要的用途，能预防生产工程中重要装置的损坏，避免了重大生产事故地发生。生产中，我们常用的压力开关为数显压力开关，如下图：目前市场上我们主要采用 SMC，数字压力传感器使用时需要仔细阅读产品说明书。 3 称重压力传感器称重压力传感器是通过检验受力载体所受的载荷来完成对物体受力的测量的传感器装置。荷重传感器能将从载体传来的压力转化成
8、相应的电信号，从而达到测量的目的。第十五事业部深圳空调工厂非标科7第三章 压力传感器的应用压力传感器主要应用于：增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机，压缩机，空调制冷设备等领域。1、应用于液压系统压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。当控制阀芯突然移动时，在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。在典型的行走机械和工业液压中，如果设计时没有考虑到这样的极端工况，任何压力传感器很快就会被破坏。需要使用抗冲击的压力传感器，压力传感器实现抗冲击主要有 2 中方法，一种是换应变式芯片，另一种方法是外接盘管，一般在液压系统中采用第一种方法，主要是因为安装方便。此外还有一个原因
9、是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。2.应用于安全控制系统压力传感器在安全控制系统中经常应用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。在安全控制领域有很多传感器应用，压力传感器作为一种非常常见的传感器，在安全控制系统中应用也不足为奇。在安全控制领域应用一般从性能方面来考虑，从价格上的考虑，还有从实际操作的安全性方便性来考虑，实际证明选择压力传感器的效果非常好。压力传感器利用机械设备的加工技术将一些元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面。所以体积小也是它的优点之一，除此之外，价格便宜也是它的另一大优点。在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中，通过在出气口
10、的管道设备中安装压力传感器来在一定程度上控制压缩机带来的压力，这算是一定的保护措施，也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后，如果压力值未达到上限，那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。3.应用于注塑模具压力传感器在注塑模具中有着重要的作用。压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。4. 应用于监测矿山压力传感器技术作为矿山压力监控的关键性技术之一。一方面，我们应该正确应用已有的各种传感器来为采矿行业服务；另一方面，作为传感器厂家还要研制和开发新型压力传感器来
11、适应更多的采矿行业应用。压力传感器有多种，而基于矿山压力监测的特殊环境，矿用压力传感器主要有：振弦式压力传感器、半导体压阻式压力传感器、金属应变片式压力传感器、差动变压器式压力传感器等。这些传感器在矿产行业都有广泛的应用，具体使用哪种传感器还有根据具体的采矿环境进行选择。5.应用于促进睡眠第十五事业部深圳空调工厂非标科9压力传感器本身无法促进睡眠，我们只是将压力传感器放在床垫地下，由于压力传感器具有高灵敏度，当人发生翻身、心跳以及呼吸等有关的动作时，传感器会分析这一系列信息，去推断睡眠人睡觉处于一个什么状态，然后通过对传感器的分析，收集传感器的信号得到心跳和呼吸节奏等睡眠的数据，最后将所有数据
12、处理谱成一首段的曲目，当然能将你一个晚上的睡眠压缩成一首几分钟的音乐。6.应用于压缩机，空调冷设备压力传感器常用于空气压力机，以及空调制冷设备，这类传感器产品外形小巧、安装方便、导压口一般采用专用阀针式设计。第四章 压力传感器的选型和使用1. 在压力传感器的选型中，我们需要注意的有以下几个方面：(1) 要测量多大的压力。现确定系统中的最大压力值，一般而言选择压力量程是系统中最大压力值的 1.5 倍左右量程的压力传感器。(2) 测量的是什么样的压力介质。要考虑的是压力传感器所测量的介质，黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。(3) 压力传感
13、器需要多大的精度。这个选择取决于系统对压力控制精度的要求。(4) 压力传感器的温度范围。通常一个压力传感器会标定两个温度范围，即正常操作的温度范围和温度可补偿的范围。正常操作温度范围是指压力传感器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，在超出温度补偿范围时，可能会达不到其应用的性能指标。(5) 压力传感器输出怎样的信号。压力传感器有 mV 、V 、mA 及频率输出和数字输出等多种类型，选择怎样的输出取决于多种因素，包括压力传感器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“电气噪声”或其他干扰信号。是否需要放大器，放大器的位置等。对于许多压力传感器和控制器间距离较短的设备，采用 mA 输出的压力传感器
14、最为经济而有效的解决方法，如果需要将输出信号放大，最好采用具有内置放大的压力传感器。对于远距离传输出或存在较强的电子干扰信号，最好采用 mA 级输出或频率输出。(6) 压力传感器的尺寸、安装方式和配合系统的螺纹尺寸等。2. 压力传感器的日常维护和正确使用：(1) 检查安装孔的尺寸：如果安装孔的尺寸不合适，传感器在安装过程中，其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能，而且使压力传感器不能充分发挥作用，甚至还可能产生安全隐患。(2) 保持安装孔的清洁：保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对保证设备的正常运行来说十分重要。(3) 测量液体压力时，取压口应开在流程管道侧面，以避免沉淀积渣，并且
15、变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象） ，第十五事业部深圳空调工厂非标科11以免传感器过压损坏；(4) 测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。(5) 接线时，将电缆穿过防水接头（附件）或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。3. 压力传感器容易出现的故障主要有以下几种：(1) 第一种是压力上去，变送器输出上不去。此种情况，先应检查压力接口是否漏气或者被堵住，如果确认不是，检查接线方式和检查电源，如电源正常则进行简单加压看输出是否变化，或者察看传感器零位是否有输出，若无变化则传感器已损坏，可能是仪
16、表损坏或者整个系统的其他环节的问题；(2) 第二种是加压变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去，很有可能是压力传感器密封圈的问题。常见的是由于密封圈规格原因，传感器拧紧之后密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器，加压时压力介质进不去，但在压力大时突然冲开密封圈，压力传感器受到压力而变化。排除这种故障的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，若零位正常可更换密封圈再试；(3) 第三种是变送器输出信号不稳。这种故障有可能是压力源的问题。压力源本身是一个不稳定的压力，很有可能是仪表或压力传感器抗干扰能力不强、传感器本身振动很厉害和传感器故障；第四种是变送器与指针式压力表对照偏差大。出现偏差是正常的现象，确认正
