真空压力变送器

真空压力变送器的简单介绍

真空压力变送器的详细信息

压力传感器和压力变送器

传感器是将一个要测量的物理量转换成另一个可以读取处理的物理量,现代控制中,这种物理量就是电信号；变送器就是将传感器初级的电信号转换成标准的电信号,例如电流信号4--20mA,0--20mA,电压信号0--10V,1--5V。 初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化，如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号，这样的传感器也可以称为压力变送器； 压力变送器的叫法，是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了，所以现在的压力传感器与压力变送器就有可能合而为一了。

1应用

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 压力传感器可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域，受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等，实现了传感系统的远程测试，这也是信息时代测试的必然趋势。压力传感器无线采集系统由前端传感器数据采集发射部分及末端的数据接收部分组成。

2系统设计

压力传感器数据采集发射部分由压力传感器、温度传感器、信号处理部分、微处理器(一般是单片机)和无线发射电路组成。压力和温度传感器获取周围环境的压力、温度值。信号处理部分包括前项通道、程控放大器和A/D转换器，其功能是在程序控制下对传感器模拟信号提取放大，并进行模/数转换。微处理器负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下，由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理，并用发射模块发射出去。数据接收部分由无线接收电路、微处理器和显示部分组成，在微处理器控制下接收无线电传来的数据。当一组格式数据接收完毕后，由接收电路里的解码器对格式数据进行解码，获取环境当前的压力信息，然后将压力信息显示在LED接收面板上。

3硬件实现

1 传感器

压力传感器采用的是带有感温二极管的硅压阻压力传感器，被封装在专门制作的金属外壳中，通过多芯电缆与外围电路连接。压力传感器的4个电阻组成桥路，用1 mA恒流源激励。感温二极管用来检测环境温度，以供给单片机部分温度参数。

2 程控放大器

程控放大器由模拟开关、输入放大器及接口电路组成。其作用是在程序控制下，分时选通压力信号与温度信号送入放大器输入端，与此同时还可以同步选择出此二路信号相应的增益，经放大器放大后分别输出A/D转换器所要求的压力、温度电压信号，以便进行A/D转换。我们选用的CD4052为双四通道模拟开关，用以选择压力、温度信号。放大器AD623是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源(3～12 V)下提供满电源幅度输出。

4原理

我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广。

5分类

压力传感器的类型非常多，目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器两种。

压阻式压力传感器

压阻式压力传感器的工作原理是当压敏电阻受压后产生电阻变化，通过放大器放大并采用标准压力标定，即可进行压力检测。压阻式压力传感器的性能主要取决于压敏元件（即压敏电阻）、放大电路，以及生产中的标定和老化工艺。

● 应变片

在目前的压力传感器封装工艺中，通常可以将压阻式敏感芯体做得体积小巧、灵敏度高，而且稳定性好，并将压敏电阻以惠司通电桥形式与应变材料（通常为不锈钢）结合在一起，这样一来，就能确保压阻式压力传感器过载能力强和抗冲击压力强。

该类传感器适合测量高量程范围的压力变化，尤其在1Mpa以上时，线性很好，精度也很高，并适合测量与应变材料兼容的各类介质。

● 陶瓷压阻

在结构上，该类传感器将压敏电阻以惠司通电桥形式与陶瓷烧结在一起。其过载能力较应变片类低一些，抗冲击压力较差，但灵敏度较高，适合测量50Kpa以上的高量程范围，而且耐腐蚀，温度范围也很宽。

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，可以和应变式传感器相兼容。

压电式压力传感器 压电式传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

压电式压力传感器

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电式压力传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。

6概念

压力变送器从一般意义上往往指压力变送器和差压变送器，主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号(4~20mADC)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种

压力变送器的主要作用:把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：

将水压这种压力的力学信号 转变成 电流（4-20mA） 这样的电子信号

压力和电压或电流 大小成线性关系，一般是正比关系

所以，变送器输出的电压或电流 随压力增大而增大

由此得出一个压力和电压或电流的关系式

7工作原理

压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。

A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。另外，它进行传感器线性化。重置测量范围。工程单位换算、阻尼、开方，，传感器微调等运算，以及诊断和数字通信。

本微处理器中有16字节程序的RAM，并有三个16位计数器，其中之一执行A /D转换。

D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据，这些数据可用变送器软件修改。数据贮存在EEPROM内，即使断电也保存完整。

数字通信线路为变送器提供一个与外部设备(如205型智能通信器或采用HART协议的控制系统)的连接接口。此线路检测叠加在4-20mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息。通信的类型为移频键控FSK技术并依据BeII202标准。

8区别

传感器是将一个要测量的物理量转换成另一个可以读取处理的物理量,现代控制中,这种物理量就是电信号；变送器就是将传感器初级的电信号转换成标准的电信号,例如电流信号4--20mA,0--20mA,电压信号0--10V,1--5V。

初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化，如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号，这样的传感器也可以称为压力变送器； 压力变送器的叫法，是相对于早期的压力传感器都是输出毫伏信号的,现代的压力传感器大部分已经直接输出标准信号了，所以现在的压力传感器与压力变送器就有可能合而为一了

真空传感器

真空传感器是工业实践中常用的一种压力传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、通风管道等

1工作原理

真空传感器的工作原理是介质的压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。

2相关参数

综合精度： 0.25%FS、0.5%FS

输出信号： 4～20mA(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制)

零点温漂移： ≤±0.05%FS℃

量程温度漂移： ≤±0.05%FS℃

补偿温度： 0~70℃

安全过载： 150%FS

极限过载： 200%FS

响应时间： 5 mS(上升到90%FS)

负载电阻： 电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于5KΩ

绝缘电阻： 大于2000MΩ (100VDC)

密封等级： IP65

长期稳定性能： 0.1%FS/年

振动影响： 在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS

电气接口(信号接口)： 紧线螺母+四芯屏蔽线

机械连接(螺纹接口)： 1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺纹可依据客户要求设计

3属性详解

1.传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。

①敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。

②转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的北侧量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。

③当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

2. 测量范围：在允许误差限内被测量值的范围。

3. 量程：测量范围上限值和下限值的代数差。

4. 精确度：被测量的测量结果与真值间的一致程度。

5. 从复性：在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度：

6. 分辨力：传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。

7. 阈值：能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。

8. 零位：使输出的绝对值为最小的状态，例如平衡状态。

9. 激励：为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。

10. 最大激励：在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。

11. 输入阻抗：在输出端短路时，传感器输入的端测得的阻抗。

12. 输出：有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。

13. 输出阻抗：在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。

14. 零点输出：在市内条件下，所加被测量为零时传感器的输出。

15. 滞后：在规定的范围内，当被测量值增加和减少时，输出中出现的最大差值。

16. 迟后：输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。

17. 漂移：在一定的时间间隔内，传感器输出终于被测量无关的不需要的变化量。

18. 零点漂移：在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。

19. 灵敏度：传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。

20. 灵敏度漂移：由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。

21. 热灵敏度漂移：由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。

22. 热零点漂移：由于周围温度变化而引起的零点漂移。

23. 线性度：校准曲线与某一规定只限一致的程度。

24. 菲线性度：校准曲线与某一规定直线偏离的程度。

25.长期稳定性：传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。

26. 固有凭率：在无阻力时，传感器的自由（不加外力）振荡凭率。

27. 响应：输出时被测量变化的特性。

28. 补偿温度范围：使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。

29. 蠕变：当被测量机器多有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。

30. 绝缘电阻：如无其他规定，指在室温条件下施加规定的直流电压时，从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻

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