压力、流量和物位传感器及应用

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50型压力传感器 电气连接: PC板安装 类型: 绝压 特点: 固态结构,温度 补偿 供电电源: 1.5mA 输出: 0~100mV 精确度: ± 0.25%非线性 工作温度范围: 工作:-40℃~125℃ 补偿: 0~50℃ 量程: 0-5, 15, 30, 50, 100,250, 500*(psi) 典型应 用: 医疗

式(垂链
膜片)
非粘 贴式
张丝式
霍尔式
气隙式 电 感 式 差动变压器式
精确 度等
级 1.5 0.2
0.3
1.0
0.5 1.5 0.5
1.0
测量范 围
输出信 号
温度影 响
抗振动冲 击性能
体积
安装维护
低 中 压 电阻

中 压 20mV





方便 方便
负压及 中压
24mV


较大
方便
中 高 压 12mV 小
Nova Sensor 公司NPI 系列,将固态集成工艺与隔离膜片技术 相结合,扩散硅芯片被封装在充油腔体内,并通过不锈钢膜片 和外壳将其与测量介质隔离开来,向用户提供性价比良好的产 品。。 标准产品提供了多种压力接口,可满足焊接密封和侧密 封设计要求正如Nova Senso
NPC/410/1210/1220系列
1—磁铁 2—霍尔器件 3—波纹膜盒 4—杠杆 5—外壳
6.1.3 集成压力传感器的应用电路
图5-13 压力测量电路
图5-14 压力/频率变换电路
德国
NPH系列 用于非腐蚀性气体兼容介质; 量程范围:2.5KPa~700KPa , 具有绝压表压和差压测量形式; 标准TO-8封装,可用于印 刷电路板(PCB)安装; 恒流1.5mA (标称)供电; 0~70℃温 度补偿,温度系数±0.75%FSO(最大值)
1620有创血压传感器
电气连接: 表面贴装 类型: 表压,绝压 特点: 硅压阻传感 器,微型,符合医疗的硅凝绝缘胶,为有创血压测量专门设计 供电电源: 6.0VDC 输出: 0~9mV 精确度: 1.5%FS(线性 &迟滞) 工作温度范围: -10℃~40℃ 量程: 30mmHg~300mmHg
47型超稳压力传感器
电气连接: PC板安装 类型: 差压 特点: 温度补偿,双向导 压管,高性能、超稳芯片 供电电源: 1.5mA 输出: 0~ 100mV 精确度: ±0.1%非线性 工作温度范围: 工作:40℃~125℃ 补偿:-20~85℃ 量
美国
SM5112 SM5100系列产品,致力于高科技的OEM用户,广泛应用于工业、
Nova Sensor公司NPC/410/1210/1220系列,适用于低成本、 大批量应用场合;其双列直插结构,方便用于印刷电路板安装; 并有多种压力接口和管脚结构供用户选用择。 正如Nova Sensor公司的所有硅压力传感器一样,NPC系列应用了 Senstable压阻传感技术,硅敏感元件采
日本
为Pa,它的定义是在每平方米面积上,垂直作用了1牛顿 的力
1Pa=1N/m2
3.大气压力、绝对压力、表压力与真空度
P表 = P绝 - P气
5.1.2 压力传感器及其类别
1.压力传感器类别 压力传感器主要类别有电位器式、应变式、霍尔式、
电感式、压电式、压阻式、电容式及振弦式等,测量范围为 7×10-5~5×lO8Pa;信号输出有电阻、电流、电压、频率等 形式。压力测量系统一般由传感器、测量线路和测量装置以 及辅助电源所组成。常见的信号测量装置有电流表、电压表、 应变仪以及计算机等。
图5-8 电容式差压传感器 1—弹性膜片 2—凹玻璃圆片 3—金属涂层 4—输出端子 5—空腔 6—过滤器 7—壳体
②变面积式电容压力传感器: 如图5-9a所示,这种传感器的测量范围是固定的,不能随 意迁移,采用两线制连接方式,由直流12~36V供电,精度 为0.25~0.5级;允许在-10℃~+150℃环境中工作。
第5章 压力、流量和物位传感器及应用
要点: 1.压力的概念、测量方法、传感器的类别,压力计的选择与 使用 2.流量的概念,流量传感器的类型,差压式流量计的投运, 电磁流量计的特点与使用注意问题 3.物位的概念、测量方法、零点迁移,超声波物位计的应用
压力、流量、物位、成分和温度五种物理量统称为过程 量或热工量,在化工、印染、冶金等工业生产领域全都是依 靠传感器和自动化仪表进行自动检测和控制的。其中,流量 和物位也都可以用压力传感器来测量。
图5-7 微压力变送器结构示意图 1—接头 2—膜盒 3—底座
4—线路板 5—差动变压器 6—衔铁 7—罩壳 8—插头 9—通孔
(4)电容式压力传感器
电容式压力传感器是 将压力的变化转换成 电容量变化的一种传 感器。目前,从工业 生产过程自动化应用 来说,有压力、差压、 绝对压力、带开方的 差压(用于测流量)等 品种及高差压、微差 压、高静压等规格。 ①电容式差压传感器: 如图5-8所示。
(6)振弦式压力传感器 如图5-11所示,由混频器输
出上、下两根振弦振动频率的差 频信号,其频率随外力增大而升 高。
图中两根振弦互相垂直安置, 可补偿作用力不垂直时由侧向作 用力引起的测量误差。同时,也 具有温度补偿作用。
图5-11 振弦式压力传感器 1—压力膜 2—支座 3、4—振弦
5、6—拾振器 7、8—激振器 9—柱体 10、11—放大、振荡电路
电气连接: PC板安装 类型: 表压,绝压 特点: 温度补偿, 无导压管,高性能、超稳芯片 供电电源: 1.5mA 输出: 0~100mV 精确度: ±0.1%非线性 工作温度范围: 工作: -40℃~125℃ 补偿:-20~85℃ 量程: 0-15,30,50,100, 250(PSI)
37型超稳压力传感器
目前利用压阻效应、压电效应或其他固体物理特性的压 力传感器已实现小型化、数字化、集成化和智能化,直接把 压力转换为数字信号输出,通过计算机实现工业过程的现场 控制。
几种常见的压力传感器性能比较见表5-2。
表5-2 几种常见的压力传感器性能比较表
类别
电位器式
膜片式
弹性梁


应 贴 (波纹管)
变 式 应变筒
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。它由受力面积
和垂直作用力的大小两个因素所决定, 用数学式表示为
PF 压力也可以用相当的液S柱高度来
表示,如图5-1所示。根据压力的
概念有
P F hS h
SS
图5-1 液柱压力示意图
2.压力的单位 在国际单位制中,压力单位是帕斯卡,简称帕,代号
②筒式压力传感器:当被测压力较大时,多采用筒式压力传 感器,如图5-4所示。这种传感器可用来测量机床液压系统的 压力(几十公斤/厘米2~几百公斤/厘米2)和枪、炮筒腔内压 力(几千公斤/厘米2)(1kgf/cm2 =0.098MPa)。
图5-4 筒式压力传感器
ZHP-100 量程:0-0.5,1....60MPa 适用于各种动态,静态,一般腐蚀气 体,液体的压力测量
(2)应变式压力传感器
应变式压力传感器用于液体、气体压力的测量,其测量 压力范围104~107Pa。应变式压力传感器采用筒式、薄板式、 膜片式和组合式弹性元件。
①板式压力传感 器:板式压力传 感器包括薄板式、 膜片式和组合式。 测量气体或液体 压力的薄板式压 力传感器如图53a所示。
图5-3 板式压力传感器 a)结构图 b)应变片粘贴位置示意图 1—弹性薄板 2—应变片 3—壳体 4—引线
图5-5 扩散硅压力传感器
1—压力腔 2—硅膜片 3—引线 4—硅杯 5—高压腔
④硅X型压力传感器:利用半导体材料的压阻效应,在 硅膜片表面用离子注入制作一个X形的四端元件,一只X形 压敏电阻器被置于硅膜边缘,其原理如图5-6a所示。其中, 1脚接地,3脚加电源电压,2脚和4脚输出。
图5-6 X形硅压力传感器 a)工作原理图 b)外形图 c)电路符号

V大
1.0 微 低 1~ 压 3V﹡ (20 大
mV)
0.5 低中 频 率 高压 大好小Βιβλιοθήκη 好较 大差小
方便 复杂 复杂
2.常用压力传感器
(1)单圈弹簧管压力表
目前我国出厂的弹簧管压力表
量程有0.1,0.16,0.25,0.4,
0.6,1,1.6,2.5,4,6,10,
16,25,40,60(MPa)等。
除用于一般压
力测量之外,
这种传感器还
常用于开口容
器的液位测量,
即使介质有腐
蚀性或粘稠不
易流动,也可
使用。
图5-9 变面积电容式压力传感器 a)结构图 b)悬挂在介质中 c)安装在容器壁上
1—金属膜片 2、6—中心柱 3—支撑簧片 4—可动电极
5—固定电极 7—绝缘支架 8—挡块
(5)压电式压力传感器 目前较常用的膜片式压电压
(3)电感式压力传感器
电感式压力传感器是用变
换压力的弹性敏感元件将
压力变换成位移,再由电
感式位移传感器转换成电
信号。在压力测量中,差
动变压器式传感器应用的
比较广泛。
如图5-7所示为微压力变
送器的结构示意图。由膜
盒将压力变换成位移,再
由差动变压器转换成输出
电压。内装电路,可输出 标准信号,故称变送器。
强制水冷,较

小 小温度误差;
测量方便
低 压 10mV



方便
低 中 压 30mV

低 中 压 200mV 大
10mV﹡ 低 中 压 (30mV) 小



较好



方便 复杂
方便
注:﹡表示输出信号经过放大
压电式
0.2 微 低 1~ 压 5mV ﹡ 小 较好 小
方便
压阻式 电容式 振弦式
0.2 低 中 100m
医疗、汽车以及其他通用设备上。对于诸如轮胎压力计、一次性压 力监视器、引擎控制、血压测量设备、气动仪表、手持式仪表、以 及家电等等。
SM5108
SM5106
SM5103
HONEYWELL全系列传感器
DUXL系列无温补无放大低压传感器
SURSENSETM 系列超低压压力传感器,采用一种能减少输出偏置或共 模误差的专利技术。这种传感器使用了一种特别的硅敏感元件、这种元 件具有特殊的压力集中增强结构,提供了高稳定的与应力成正比的线性 输出。这样,与传统的压力传感器相比,由温度、长时间稳定性和
ZHP-200 量程:0-1,2....100MPa 广泛用于工业设备,水利,化工,医疗, 电力,空调,金刚石压机,冶金,车辆制 动,楼宇供水等压力测量与控制.
③扩散硅固体压力传 感器:如图5-5所示, 扩散硅固体压力传感 器是在一块圆形膜片 上集成四个等值电阻 并串接成电桥,膜片 四周用硅杯固定,高 压腔与被测压力相接, 低压腔与大气相通, 通过应变测量压力。
NPP 系列
NovaSensor 公司的 NPP系列,是表面安装的硅压力传感器, 其采用硅-硅熔接技术和高稳定性的超小压阻芯片封存于塑料 壳内。 NPP系列采用了集成电路的引脚结构,可安装在狭小的 场合,因而给予大批量的OEM用户提供了一种廉价的产品。 NPP系列在恒压供电下,产生一个与输
NPI 系列
在弹簧管压力表中装入电触点,
可构成具有上、下限指示与控
制的电接点信号压力表;与电
位器配合,可构成电位器式远
传压力表,如YCD—150型压力
传感器,它结构简单,价格便 宜。在利用变频控制进行恒压 供水方面有广泛应用。
图5-2 弹簧管压力表 1—弹簧管 2—拉杆 3—扇形齿轮 4—中心齿轮 5—指针 6—面板 7—游丝 8—调整螺钉 9—接头
力传感器如图5-10所示。这种压力 传感器可测量102~108Pa的压力,且 外型尺寸可做得很小,其下限频率 由电荷放大器决定。传感器中,常 设置的一个附加质量块和一组极性 相反的补偿压电晶体,以补偿测量 时因振动造成的测量误差。
图5-10 膜片式 压电压力传感器 1—壳体 2—压电元件 3—膜片 4—绝缘圈 5—空管 6—引线 7—绝缘材料 8—电极
12—混频器 13—滤波整形电路
(7)霍尔压力传感器 霍尔式压力计:霍尔式压力计是由霍尔元件和压力弹性元件 组成的。如图5-12所示是霍尔式微压力传感器的原理图。 霍尔压 力传感 器也可 由弹簧 管与霍 尔式位 移传感 器构成。
图5-12 霍尔式微压力传感器原理示意图 a)结构 b)磁场与压力的关系曲线
主要内容
● 5.1 压力传感器及应用 压力的概念,压力传感器类别及其选择和安装
● 5.2 流量传感器及应用 流量的概念、测量方法,差压式流量计及其投 运,
电磁流量计及其使用注意问题,其他流量传感器 ● 5.3 物位传感器及应用
物位的概念及测量方法,静压式液位计、超声波物 位传感器等
5.1 压力传感器及应用 5.1.1 压力的基本概念及单位 1.压力的基本概念
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