压力传感背后的技术

Viatran开发了四种不同的压力传感技术的压力变送器。该公司分析应用程序的需求，并选择最适合该应用程序的技术。这四种技术分别是应变计、贴合箔应变计、陶瓷压阻、硅压阻和可变电容。每种方法都非常适合不同的应用程序，有其优点和局限性。

粘合箔应变计

保税箔应变计技术基于惠斯通桥电路的作用。平衡惠斯通桥是一种电路，电路具有四个分支，每个分支具有相等值的电阻。粘合的箔应变计压力传感技术涉及将四个金属箔应变计粘合到金属隔膜中，如随附的图表所示。这些应变计对应于电路的四个分支，并用作电路中的四个可变电阻器。在隔膜的未定义状态（零压力施加）中，惠斯通电桥是平衡的，并且没有测量电压输出。

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。应变计传感器的钟形偏转。

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。

键合箔应变片传感技术的关键限制是它在低(<0-100 psi)压力范围内的性能很差。如果膜片很薄，应变计就会开始干扰膜片的运动。

图2。机械传感器上的应变计。

硅压阻

硅压阻技术的概念类似于在惠斯通桥电路装置中粘合在隔膜上的粘合箔菌株计量压阻。然而，该感测技术利用嵌入硅隔膜中的硅压阻。硅压阻提供较低压力范围的强输出信号。它们还具有更好的压力输入敏感性。

尽管不像箔应变计技术那样坚固，硅压阻技术在较低压力的应用中是更好的匹配。它适用于0-2到0-4 psi的压力范围。Viatran在这些低压应用以及液位测量中使用了这种传感技术。

硅压阻传感技术不适用于经受高强度冲击、压力循环或振动的应用，因为硅压阻的弱点。此外，它的压力上限相对较低，不能超过400psi。这种技术的另一个限制是，它更难以匹配和粘合硅压阻，以达到粘合箔应变片技术所能达到的精度水平。因此，必须使用电补偿来保持性能指标。

陶瓷压阻

陶瓷压阻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。

陶瓷压阻技术的技术比硅压阻更粗糙。它用于0-15 psi的压力范围至0-1500 psi。陶瓷湿润的面部是有益的，其中一个人不能使用金属湿润部分，例如腐蚀性流体的水平测量。该传感技术的另一个优点是其成本效益。

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。

该技术的另一个约束是类似于硅应变计，它更加难以匹配和粘合陶瓷应变计，以达到粘结的箔应变计技术的精度水平。因此，与硅压阻一样，必须使用电气补偿来保持性能规格。

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了卓越的灵敏度。Viatran在其差压变送器中使用了可变电容传感技术，但它也可以有效地用于压力表和绝对压力测量。

ViaTran的可变电容压力传感技术采用三个薄金属膜片(见图3)。外面的两个是无源膜片(意味着它们没有弹簧常数)，是发射机的湿表面。将两个外隔膜分开是硅油填充。在这个油填充是两个导电油墨涂层，陶瓷板电极和一个活跃的内膜片。

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，它对压力的小变化非常敏感;降至1英寸的水柱压力。此外，外隔膜只能偏转小型油套孔的起始，并且没有足够的油填充物偏转，以使内膜片足够远离，以使其失效。在这种方式，ViaTran的可变电容压力变送器被设计成，以防止隔膜破裂和由过压引起的重复校准的要求。该设计与高度过高发生的应用特别良好匹配。

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。

这四种传感技术的低电压输出信号都可以被放大和/或调节，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。欧洲杯足球竞彩

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