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Une brève discussion sur les capteurs de pression
Temps de libération：2018-11-23 source：Jinan Hengsi Shanda Instrument Co., Ltd. Parcourir：
1. Principes et applications des capteurs de pression en céramique
Le capteur de pression céramique résistante à la corrosion n'a pas de transmission liquide. La pression agit directement sur la surface avant du diaphragme en céramique, provoquant une légère déformation du diaphragme. La résistance au film épaisse est imprimée à l'arrière du diaphragme en céramique et connectée à un pont de blé (pont fermé). En raison de l'effet piézorésistif de la varistor, le pont produit un signal de tension hautement linéaire proportionnel à la pression et est également proportionnel à la tension d'excitation. Le signal standard est calibré comme 2,0 / 3,0 / 3,3 mV / V selon la plage de pression, etc., qui peut être compatible avec le capteur de déformation. Grâce à l'étalonnage laser, le capteur a une stabilité à haute température et une stabilité temporelle. Le capteur est livré avec une compensation de température de 0 à 70 ° C et peut être en contact direct avec la plupart des milieux.
Les céramiques sont reconnues comme des matériaux hautement élastiques, résistants à la corrosion, résistants à l'usure, résistants à l'impact et résistants aux vibrations. Les caractéristiques de stabilité thermique de la céramique et sa résistance au film épaisse peuvent rendre sa plage de température de fonctionnement jusqu'à -40 ~ 135 ℃, et il a une précision élevée et une stabilité élevée pour la mesure. Le degré d'isolation électrique est> 2kV, le signal de sortie est fort et la stabilité à long terme est bonne. Les capteurs en céramique à haute caractéristique et à bas prix seront la direction de développement des capteurs de pression. Il y a une tendance à remplacer de manière approfondie d'autres types de capteurs dans les pays européens et américains. En Chine, de plus en plus d'utilisateurs utilisent des capteurs en céramique pour remplacer les capteurs de pression de silicium de diffusion.
2. Principes et application du capteur de pression de jauge de contrainte
Il existe de nombreux types de capteurs mécaniques, tels que des capteurs de pression de jauge de contrainte résistive, des capteurs de pression de jauge de déformation semi-conducteurs, des capteurs de pression piézorésistants, des capteurs de pression inductifs, des capteurs de pression capacitive, des capteurs de pression résonnante et des capteurs d'accélération capacitive. Cependant, le capteur de pression piézorésistaire largement utilisé est un capteur de pression piézorésais, qui a un prix extrêmement bas, une précision élevée et de bonnes caractéristiques linéaires. Ci-dessous, nous introduisons principalement ce type de capteur.
Lors de la compréhension des capteurs de force piézorésistive, nous comprenons d'abord l'élément tel qu'une jauge de contrainte résistive. La jauge de déformation résistive est un dispositif sensible qui convertit le changement de déformation sur la pièce mesurée en un signal électrique. Il s'agit de l'un des principaux composants des capteurs de déformation piézorésistants. La jauge de déformation de résistance est principalement utilisée dans la jauge de déformation de résistance au métal et la jauge de déformation semi-conducteurs. Il existe deux types de jauges de contrainte de résistance aux métaux: les jauges filamenteuses et les jauges de contrainte en feuille métallique. Habituellement, la jauge de déformation est étroitement liée à la matrice tendu mécanique à travers un adhésif spécial. Lorsque la contrainte de la matrice change, la jauge de déformation de résistance se déforme également, provoquant le changement de la valeur de résistance de la jauge de déformation, modifiant ainsi la tension appliquée à la résistance. Le changement de résistance de cette jauge de déformation lorsqu'il est soumis à une contrainte est généralement faible. Généralement, cette jauge de déformation forme un pont de déformation et est amplifiée par des amplificateurs d'instrumentation ultérieurs, puis transmis à l'affichage ou à l'actionneur du circuit de traitement (généralement la conversion A / D et le processeur).
La structure interne de la jauge de contrainte de résistance aux métaux
Comme le montre la figure 1, il s'agit d'un diagramme structurel de la jauge de déformation de résistance, qui se compose du matériau matriciel, du fil de déformation métallique ou du papier de tension, de la feuille de protection isolante et du fil de plomb. Selon différentes utilisations, la valeur de résistance de la jauge de déformation de résistance peut être conçue par le concepteur, mais la plage de valeur de la résistance doit être notée: la valeur de résistance est trop petite, le courant de conduite requis est trop grand et le chauffage de la jauge de déformation entraîne la température trop élevée. Utilisé dans différents environnements, la valeur de résistance de la jauge de déformation change trop, la dérive zéro de sortie est évidente et le circuit de réglage zéro est trop compliqué. La résistance est trop grande et l'impédance est trop élevée, et la capacité de résister aux interférences électromagnétiques externes est mauvaise. Généralement, il s'agit d'environ des dizaines d'euros à des dizaines de milliers d'euros.
Comment fonctionne la jauge de contrainte de résistance
Le principe de travail de la jauge de déformation de résistance aux métaux est le phénomène que la résistance de déformation change avec une déformation mécanique sur le matériau du substrat, communément appelé effet de déformation de résistance. La valeur de résistance d'un conducteur métallique peut être exprimée par la formule suivante:
Où: ρ—— Resistivité du conducteur métallique (ω ・ cm2 / m)
S - la zone en coupe transversale du conducteur (CM2)
L - longueur du conducteur (m)
Prenons l'exemple de la résistance à la déformation filaire. Lorsque le fil est soumis à une force externe, sa longueur et sa zone transversale changent. D'après la formule ci-dessus, on peut facilement voir que sa valeur de résistance changera. Si le fil est soumis à une force externe et s'étend, sa longueur augmentera et la zone transversale diminuera et la valeur de résistance augmentera. Lorsque le fil est comprimé par force externe, la longueur diminue et la coupe transversale augmente et la valeur de résistance diminue. Tant que le changement appliqué à la résistance est mesuré (mesurant généralement la tension à travers la résistance), la condition de déformation du fil de déformation peut être obtenue.
3. Principe et application du capteur de pression de silicium de diffusion
Comment ça marche
La pression du milieu à tester agit directement sur le diaphragme du capteur (acier inoxydable ou céramique), ce qui fait que le diaphragme produit un micro déplacement proportionnel à la pression moyenne, ce qui fait changer la valeur de résistance du capteur, et détecter ce changement avec les circuits électroniques, et convertir et sortir un signal de mesure standard correspondant à cette pression.
Diagramme schématique
4. Principe et application du capteur de pression saphir
En utilisant le principe de fonctionnement de la résistance à la souche, le silicium-sapphire est utilisé comme composants sensibles au semi-conducteur, avec des caractéristiques métrologiques inégalées.
Le système saphir est composé d'éléments d'isolateur monocristallines et ne provoquera pas l'hystérésis, la fatigue et le fluage; Le saphir est plus fort que le silicium, avec une dureté plus élevée et aucune crainte de déformation; Le saphir a de très bonnes caractéristiques élastiques et isolantes (à moins de 1000 OC). Par conséquent, les composants sensibles aux semi-conducteurs en silicium-sapphire sont insensibles aux changements de température et ont de bonnes caractéristiques de travail même dans des conditions de température élevée; Le saphir a une forte résistance aux rayonnements; De plus, les composants sensibles aux semi-conducteurs du silicium-sapphire n'ont pas de dérive P-N, afin qu'ils simplifient fondamentalement le processus de fabrication, améliorent la répétabilité et assurent un rendement élevé.
Les capteurs de pression et les émetteurs en composants sensibles aux semi-conducteurs du Silicon-Sapphire peuvent fonctionner normalement dans des conditions de travail sévères, et ont une forte fiabilité, une bonne précision, une erreur de température extrêmement petite et des performances à coût élevé.
Le capteur de pression de jauge et l'émetteur sont composés de deux diaphragmes: un alliage de titane mesurant le diaphragme et un alliage de titane recevant un diaphragme. Une feuille de saphir imprimée avec un circuit de pont sensible à la souche hétéroépitaxiale a été soudée sur un diaphragme de mesure en alliage de titane. La pression mesurée est transférée sur le diaphragme de réception (le diaphragme de réception et le diaphragme de mesure sont fermement connectés avec un tir à tir). Sous l'action de la pression, l'alliage de titane recevant une déformation du diaphragme. Une fois la déformation ressentie par l'élément sensible au silicium-sapphire, sa sortie de pont changera et l'amplitude du changement est proportionnelle à la pression mesurée.
Le circuit du capteur peut assurer l'alimentation du circuit de pont de déformation et convertir le signal déséquilibré du pont de déformation en une sortie de signal électrique unifié (0-5, 4-20mA ou 0-5V). Dans le capteur de pression absolue et l'émetteur, la feuille de saphir est connectée à la soudure en verre de base en céramique et agit comme un élément élastique, convertissant la pression mesurée en déformation de la jauge de déformation, atteignant ainsi le but de la mesure de la pression.
5. Principes et applications des capteurs de pression piézoélectrique
Les matériaux piézoélectriques principalement utilisés dans les capteurs piézoélectriques comprennent le quartz, le tartrate de potassium sodium et le phosphate de dihydroamine. Parmi eux, le quartz (silice) est un cristal naturel, et l'effet piézoélectrique se trouve dans ce cristal. Dans une certaine plage de températures, les propriétés piézoélectriques existent toujours, mais après la température dépassée de cette plage, les propriétés piézoélectriques disparaissent complètement (cette température élevée est le soi-disant "point cur"). Étant donné que le champ électrique change légèrement avec le changement de contrainte (c'est-à-dire que le coefficient piézoélectrique est relativement faible), le quartz est progressivement remplacé par d'autres cristaux piézoélectriques. Le tartrate de sodium de potassium a une grande sensibilité piézoélectrique et un coefficient piézoélectrique, mais il ne peut être utilisé que dans des environnements à température ambiante et à l'humidité relativement basse. Le phosphate de dihydroamine est un cristal artificiel qui peut résister à des températures élevées et à une humidité assez élevée, il a donc été largement utilisé.
Les capteurs piézoélectriques sont principalement utilisés dans la mesure de l'accélération, de la pression et de la force. Le capteur d'accélération piézoélectrique est un accéléromètre couramment utilisé. Il a d'excellentes caractéristiques telles qu'une structure simple, une petite taille, un poids léger et une longue durée de vie. Les capteurs d'accélération piézoélectrique ont été largement utilisés dans les mesures de vibration et d'impact des avions, automobiles, navires, ponts et bâtiments, en particulier dans les domaines de l'aviation et de l'aérospatiale. Les capteurs piézoélectriques peuvent également être utilisés pour mesurer la pression de combustion et la mesure du vide à l'intérieur du moteur. Il peut également être utilisé dans l'industrie militaire, par exemple, pour mesurer le changement de la pression de la chambre du pistolet et la pression des ondes de choc du museau au moment où le pistolet est tiré dans la chambre. Il peut être utilisé pour mesurer à la fois une grande pression et une petite pression.
Maintenant, l'effet piézoélectrique est également appliqué aux polycristaux, tels que la céramique piézoélectrique actuelle, notamment la céramique piézoélectrique de barium, la céramique piézoélectrique à base de niobium, la céramique piézoélectrique au plomb niobium magnésal, etc.
L'effet piézoélectrique est le principal principe de travail des capteurs piézoélectriques. Les capteurs piézoélectriques ne peuvent pas être utilisés pour des mesures statiques car les charges après les forces externes ne sont stockées que lorsque le circuit a une impédance d'entrée infinie. Ce n'est pas le cas en réalité, ce qui détermine que le capteur piézoélectrique ne peut que mesurer la contrainte dynamique.
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