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压力传感器综述

压力传感器的应用现状

(1)引言:压力传感器可根据输出信号及体内是否装入放大电路分为:压力传感器和压力变送器。根据其是否能测量腐蚀性介质及适应恶劣环境可分为:通用式和隔离式液体传感器

压力传感器[1]具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点, 可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外, 还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合, 又便于集成化, 所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。

目前国内外关于压力传感器的研究,主要有光纤压力传感器、电容式压力传感器,耐高温压力传感器、硅微机械加工传感器、具有自测试功能的压力传感器、多维力传感器五种类型。其中电容式真空压力传感器因自熔焊接圆环的特殊作用可以防止泄露任何污染介质等具有广泛的应用前景。

从已经获得的参考文献来看,国际上美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一,其中光纤压力传感器是一种研究成果较多的传感器, 但投入实际领域的并不是太多,六维力传感器的研究和应用是多维力传感器研究的热点, 现在国际上只有美、日等少数国家可以生产。在我国北京理工大学在跟踪国外发展的基础上, 又开创性的研制出组合有压电层的柔软光学阵列触觉, 阵列密度为2438tactels/ cm2, 力灵敏

1g, 结构柔性很好, 能抓握和识别鸡蛋和钢球, 现已用于机器人分选物品[2]。无锡盛迈(SENMIC)传感技术有限公司成功研制出具有国际先进水平的HB2018一体化压阻式陶瓷压力传感器。

(2)常见压力传感器及其工作原理

a光纤压力传感器

这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的过程中会发生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。同时,在加工与健康保健方面,光纤传感器也在快速发展。

优点:与传统的压力传感器相比体积小、重量轻, 具有电绝缘性、不受电磁干扰、可用于易燃易爆的环境中传输容量大:可实现多点分布式测量等优点, 测量范围广:可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位、液体浓度、成分等另外还可以构成光纤分布式压力传感器, 对桥梁、大坝等进行健康状况的实时监测。

b电容式真空压力传感器

利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极,当薄膜感受压力而变形时,薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化,通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器,可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。

单电容式压力传感器:由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形,从而改变电容器的容量,其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电

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