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陶瓷压力传感器工作原理、结构及分类

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行业新闻

2021-03-11 08:10:52

来源:无锡阿尔法精密机械制造有限公司

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。
  通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。


  陶瓷压力传感器特点
  坚固的陶瓷敏感膜片
  零点、满量程激光标定
  卓越的抗腐蚀、抗磨损性能
  抗冲击、抗震动
  高精度、高稳定性
  宽的工作温度范围
  体积小巧,易封装
  更具竞争力的价格
  陶瓷压力传感器技术参数
  供电电压:5~30VDC
  桥臂电阻:11k±20%
  量程范围:100kPa~60Mpa
  响应时间:《1mS
  综合误差(包括:线性、迟滞、重复性):0.2~0.4FS%
  零点输出:0±0.2mV/V
  满量程输出:2.0~4.8mV/V
  温度特性(温补范围:0~70℃):±0.015%FS/℃
  稳定性:《0.2%FSO/年
  工作温度:-40~135℃
  抗绝缘性:》2kV
  陶瓷压力传感器的结构图
  陶瓷压力传感器的基本结构包括:
  一个足够厚和硬的基座,所以在外力的作用下,我们可以认为基座不会变形;
  在上面覆盖有一层膜片,直径与传感器外围的尺寸基本一致。
  在这两层之间,是一个用(红色)玻璃在高温下封装的空间,它将两层紧紧结合在一起。因此,机械
  的夹紧和空间的封装是同时进行的。
  当施加压力时,膜片的自由部分会弯曲,用玻璃封装的红色夹层不会移动。
  膜片的形变会被4个压敏电阻感知,这些电阻共同组成惠斯通电桥。
  膜片的外围直径比会基座的外围直径略小,这样使得用玻璃封装过程中可能产生的不一致,不会对传
  感器封装到外壳中时产生问题。
  陶瓷压力传感器结构组成
  陶瓷压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体,采用95%的AL2O3瓷精加工而成,要求平整、均匀、质密,其厚度与有效半径视设计量程而定。瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采用高温玻璃浆料,通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起,形成周边固支的感力杯状弹性体,即在陶瓷的周边固支部分应形成无蠕变的刚性结构。在陶瓷膜片上表面,即瓷杯底部,用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙,通过限位可防止膜片过载时因过度弯曲而破裂,形成对传感器的抗过载保护。
  陶瓷压力传感器分类
  陶瓷压力传感器的基材都是Al2O3陶瓷,根据实现的原理可以分为电容式压力传感器和压阻式压力传感器。
  陶瓷电容式压力传感器
  陶瓷基板与隔膜镀上金属作为电极使用。两种陶瓷部件通过玻璃密封连接在一起,保持可控间隙,以便两个金属电极形成电容。如果施加压力,那么将改变基板与隔膜的间隙,从而改变传感元件的电容量,通过后续的处理电路形成压力相关信号输出。
  由于陶瓷膜片边缘固定在陶瓷基座上,周边支撑,受力时中间形变大,边缘形变小,电容量产生非线性并使灵敏度降低。为了减少温度影响和边缘效应,设计时在陶瓷膜片上设置一圆形的单电极作为公共电极,陶瓷盖板上设置双电极并使面积相等,构成同轴环状的双电容传感器。中心为测量电容Cp,边缘环形为参考电容Cr,Cr的外侧是固支边。后续的信号调理电路处理的是两电容的压差,利用方波激励信号把Cp和Cr的变化量分别转换为直流电压输出,通过两输出电压的差值信号来测量外加压力的大小。双电容结构大大减小了传感器系统的非线性误差,同时在环境温度变化时,由于两电容感受同一温度的变化,温度对它们产生的温度效应是一致的,这就抵消了温度变化带来的测量误差,实现温度自补偿的作用。
  陶瓷压阻式压力传感器
  压阻式压力传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷膜片作为感力弹性体,其上用厚膜工艺技术形成惠斯顿电桥作为传感器的电路,由于电阻的压阻(形变)效应,产生电压信号。

  厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),当压力为零时,电桥处于平衡状态,输出端电压为零;当施加压力于电桥时,膜片产生形变导致电桥的四个电阻阻值发生变化,电桥处于不平衡状态,产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。由于电阻的压阻(形变)效应,产生电压信号。标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。

keyword:陶瓷压力传感器

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