壓力傳感器

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的*性解釋。在這個過程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進行合理支配與使用，而信息融合的終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個傳感器系統(tǒng)的智能化。 ^[1] 

平膜壓變

壓力傳感器是使用為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運而生。其特點是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。

擴散硅壓力變送器

擴散硅壓力變送器是把帶隔離的硅壓阻式壓力敏感元件封裝于不銹鋼殼體內(nèi)制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號對外輸出，DATA-52系列擴散硅壓力變送器廣泛應(yīng)用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業(yè)過程現(xiàn)場測量和控制。

擴散硅壓力變送器DATA-52系列

擴散硅壓力變送器DATA-52系列

性能指標(biāo)：

測量介質(zhì)：液體或氣體（對不銹鋼殼體無腐蝕）

量程：0-10MPa

精度等級：0.1%FS、0.5%FS（可選）

穩(wěn)定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年

輸出信號：RS485、4~20mA（可選）

過載能力：150%FS

零點溫度系數(shù)：±0.01%FS/℃

滿度溫度系數(shù)：±0.02%FS/℃

防護等級：IP68

環(huán)境溫度：-10℃～80℃

存儲溫度：-40℃～85℃

供電電源：9V～36V DC；

結(jié)構(gòu)材料：外殼：不銹鋼1Cr18Ni9Ti

密封圈：氟橡膠

膜片：不銹鋼316L

電纜：φ7.2mm聚氨酯電纜

半導(dǎo)體壓電阻型

半導(dǎo)體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號。

靜電容量型

靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容，將通過外力（壓力）使可動極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號。 （E8Y的動作原理便是靜電容量方式，其他機種采用半導(dǎo)體方式）。

接線方法

編輯

傳感器的接線一向是客戶采購過程咨詢得多的問題之一，很多客戶都不知道傳感器如何連線，其實各種傳感器的接線方式基本都是一樣的，壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。
　　壓力傳感器兩線制比較簡單，一般客戶都知道怎么接線，一根線連接電源正極，另一個線也就是信號線經(jīng)過儀器連接到電源負(fù)極，這種是簡單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎(chǔ)上加了一個線，這根線直接連接到電源的負(fù)極，較兩線制麻煩一點。四線制壓力傳感器肯定是兩個電源輸入端，另外兩個是信號輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4~20mA輸出，4~20mA的叫壓力變送器，多數(shù)做成兩線制的。壓力傳感器的信號輸出有些是沒有經(jīng)過放大的，滿量程輸出只有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在內(nèi)部有放大電路，滿量程輸出為0~2V。至于怎么接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信號相適應(yīng)的檔位，就可以直接測量，否則要加信號調(diào)整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。 ^[2] 

螺紋類型

壓力傳感器的螺紋有很多種，常見的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。
　　NPT 是 National (American) Pipe Thread 的縮寫，屬於美國壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)的 60 度錐管螺紋，用于北美地區(qū).國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T12716-1991
　　PT 是 Pipe Thread 的縮寫，是 55 度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯(lián)邦國家.常用於水及煤氣管行業(yè)，錐度規(guī)定為 1:16。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7306-2000
　　G 是 55 度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族.標(biāo)記為 G 代表圓柱螺紋。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7307-2001
　　M 是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑為20mm，螺距為1.5，如客戶無特殊要求，壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。
　　另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 標(biāo)記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行內(nèi)人通常用分來稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此類推。G 好像就是管螺紋的統(tǒng)稱(Guan)，55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。
　　ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老國標(biāo)標(biāo)注為Rc
　　公制螺紋用螺距來表示，美英制螺紋用每英寸內(nèi)的螺紋牙數(shù)來表示，這是壓力傳感器螺紋大的區(qū)別，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。
　　管螺紋主要用來進行壓力管道的連接，其內(nèi)外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。 1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。 ^[3] 

工作原理

編輯

1、壓阻式壓力傳感器

電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

2、陶瓷壓力傳感器

陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng)，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

3、擴散硅壓力傳感器：

擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(yīng)，利用壓阻效應(yīng)原理，被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，利用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。

4、藍(lán)寶石壓力傳感器：

利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有的計量特性。因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性很強;另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移。

5、壓電式壓力傳感器：

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。

無法避免誤差

編輯

在選擇壓力傳感器的時候我們要考慮他的綜合精度，而壓力傳感器的精度受哪些方面的影響呢?其實造成傳感器誤差的因素有很多，下面我們注意說四個無法避免的誤差，這是傳感器的初始誤差。

首先的偏移量誤差：由于壓力傳感器在整個壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。

其次是靈敏度誤差：產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過程的變化。

第三是線性誤差：這是一個對壓力傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應(yīng)包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重傳感器。

后是滯后誤差：在大多數(shù)情形中，壓力傳感器的滯后誤差*可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

壓力傳感器的這個四個誤差是無法避免的，我們只能選擇高精度的生產(chǎn)設(shè)備，利用*來降低這些誤差，還可以在出廠的時候進行一定的誤差校準(zhǔn)，盡大的可能來降低誤差以滿足客戶的需要。

通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當(dāng)而引起的，如果將傳感器強行安裝在過小的孔或形狀不規(guī)則的孔中，就有可能造成傳感器的震動膜受到?jīng)_擊而損壞，選擇合適的工具加工安裝孔，有利于控制安裝孔的尺寸，另外，合適的安裝扭矩有利于形成良好的密封，但是如果安裝扭矩過高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上涂抹防脫化合物。

1. 壓力傳感器正確安裝方法：

(1) 通過適當(dāng)?shù)膬x表， 在普通大氣壓和標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，核實壓力傳感器的頻率反應(yīng)值。

(2) 核實壓力傳感器的編碼與相應(yīng)的頻率反應(yīng)信號的正確性。

2. 確定具體安裝位置

為了確定壓力傳感器的編號和具體安裝位置， 需按充氣網(wǎng)的各個充氣段來考慮。

(1) 壓力傳感器必須沿著線纜進行安裝， 好安裝在線纜接頭處。

(2) 每條線纜裝設(shè)壓力傳感器不少于4個， 靠近電話局的兩個壓力傳感器， 相距不應(yīng)大干200m。

(3) 每條線纜的始端和末端分別安裝1個。

(4) 每條線纜的分支點應(yīng)裝1個， 如果兩個分支點相距較近(小于100 m)，可只裝1個。

(5) 線纜敷設(shè)方式(架空、地下)改變處應(yīng)裝1個

(6) 對無分支的線纜， 因壘線的線纜程式*， 壓力傳感器的安裝隔距不大干500m， 并使其總數(shù)不少于4個。

(7) 為了便于確定壓力傳感器故障點， 除在起點安裝壓力傳感器外，距起點150~200m處，還要另外安裝1個當(dāng)然在設(shè)計中， 一定要考慮經(jīng)濟與技術(shù)的因素， 在不需要安裝壓力傳感器的地方，則應(yīng)不必安裝。

檢查尺寸

如果安裝孔的尺寸不合適，高溫熔體壓力傳感器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損，這不僅會影響設(shè)備的密封性能，而且使傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2-20UNF2B)，通?？梢圆捎冒惭b孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。