أخبار الشركة
مناقشة موجزة حول مستشعرات الضغط
وقت الافراج：2018-11-23 مصدر：Jinan Hengsi Shanda Instrument Co. ، Ltd. تصفح：
1. مبادئ وتطبيقات أجهزة استشعار الضغط السيراميك
مستشعر الضغط السيراميك المقاوم للتآكل لا يحتوي على انتقال سائل. يعمل الضغط مباشرة على السطح الأمامي للحجاب الحاجز الخزفي ، مما تسبب في حجاب الحاجز لإنتاج تشوه بسيط. تتم طباعة مقاومة الفيلم السميك على الجزء الخلفي من الحجاب الحاجز السيراميك ومتصلة بجسر الحجر (جسر مغلق). نظرًا للتأثير piezoresistive للمتغير ، ينتج الجسر إشارة جهد خطي للغاية تتناسب مع الضغط وتتماشى أيضًا مع جهد الإثارة. تتم معايرة الإشارة القياسية على أنها 2.0 / 3.0 / 3.3 mV / V وفقًا لنطاق الضغط ، وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن تكون متوافقة مع مستشعر الإجهاد. من خلال معايرة الليزر ، يتمتع المستشعر باستقرار ارتفاع درجات الحرارة واستقرار الوقت. يأتي المستشعر مع تعويض درجة الحرارة من 0 إلى 70 درجة مئوية ويمكن أن يكون على اتصال مباشر مع معظم الوسائط.
يتم التعرف على السيراميك على أنها مواد مرنة للغاية ، مقاومة للتآكل ، مقاومة للارتداء ، مقاومة للأثر ومقاومة للاهتزاز. يمكن أن تجعل خصائص الاستقرار الحراري للسيراميك ومقاومة أفلامها السميكة نطاق درجة حرارة التشغيل حتى -40 ~ 135 ℃ ، ولديها دقة عالية واستقرار عالية للقياس. درجة العزل الكهربائية هي> 2 كيلو فولت ، وإشارة الخرج قوية ، والاستقرار على المدى الطويل جيد. ستكون أجهزة استشعار السيراميك عالي الأحرف والمنخفضة السعر هي اتجاه تطوير مستشعرات الضغط. هناك اتجاه لاستبدال أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار في البلدان الأوروبية والأمريكية بشكل شامل. في الصين ، يستخدم المزيد والمزيد من المستخدمين أجهزة استشعار السيراميك لاستبدال مستشعرات ضغط السيليكون.
2. مبادئ وتطبيق مستشعر ضغط مقياس الإجهاد
هناك العديد من أنواع المستشعرات الميكانيكية ، مثل أجهزة استشعار ضغط الإجهاد المقاوم ، وأجهزة استشعار ضغط سلالة أشباه الموصلات ، وأجهزة استشعار ضغط piezoresistive ، وأجهزة استشعار الضغط الاستقرائي ، وأجهزة استشعار الضغط بالسعة ، وأجهزة استشعار ضغط الرنين ، وأجهزة استشعار التسارع السعوي. ومع ذلك ، فإن مستشعر الضغط piezoresistive المستخدم على نطاق واسع هو مستشعر ضغط piezoresive ، والذي ذو سعر منخفض للغاية ودقة عالية وخصائص خطية جيدة. أدناه نقدم أساسا هذا النوع من المستشعر.
عند فهم أجهزة استشعار القوة piezoresistive ، نفهم أولاً العنصر مثل مقياس السلالة المقاومة. مقياس الإجهاد المقاوم هو جهاز حساس يحول تغيير الإجهاد في الجزء الذي يتم قياسه إلى إشارة كهربائية. إنها واحدة من المكونات الرئيسية لأجهزة استشعار الإجهاد piezoresistive. يستخدم مقياس سلالة المقاومة في الغالب في مقياس سلالة المقاومة المعدنية ومقياس سلالة أشباه الموصلات. هناك نوعان من مقاييس سلالة مقاومة المعادن: مقاييس الإجهاد الخيطية ومقاييس سلالة رقائق المعادن. عادةً ما يتم ربط مقياس الإجهاد بإحكام بالمصفوفة المتوترة ميكانيكيًا من خلال مادة لاصقة خاصة. عندما يتغير إجهاد المصفوفة ، يتشابه مقياس سلالة المقاومة معًا ، مما يتسبب في تغيير قيمة مقاومة مقياس الإجهاد ، وبالتالي تغيير الجهد المطبق على المقاومة. عادةً ما يكون تغيير مقاومة هذا المقياس عندما يتعرض للإجهاد صغيرًا. بشكل عام ، يشكل مقياس الإجهاد هذا جسرًا إجهاد ويتم تضخيمه من خلال مضخمات الأجهزة اللاحقة ، ثم ينتقل إلى شاشة أو مشغل دائرة المعالجة (عادةً تحويل A/D و CPU).
الهيكل الداخلي لمقياس سلالة مقاومة المعادن
كما هو مبين في الشكل 1 ، فهو مخطط هيكلي لقياس سلالة المقاومة ، والذي يتكون من مادة المصفوفة ، أو سلك سلالة معدنية أو إحباط سلالة ، وعزل ورقة واقية وسلك الرصاص. اعتمادًا على الاستخدامات المختلفة ، يمكن تصميم قيمة مقاومة مقياس سلالة المقاومة من قبل المصمم ، ولكن ينبغي ملاحظة نطاق المقاومة للمقاومة: إن قيمة المقاومة صغيرة جدًا ، فإن تيار القيادة المطلوب كبير جدًا ، ويؤدي تسخين مقياس السلالة إلى ارتفاع درجة الحرارة. المستخدمة في بيئات مختلفة ، تتغير قيمة مقاومة مقياس الإجهاد أكثر من اللازم ، والانجراف صفر الإخراج واضح ، ودائرة التعديل صفر معقدة للغاية. المقاومة كبيرة جدًا والمعاوقة عالية جدًا ، والقدرة على مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي ضعيف. بشكل عام ، فإنه يدور حول عشرات اليورو إلى عشرات الآلاف من اليورو.
كيف تعمل قياس سلالة المقاومة
مبدأ العمل المتمثل في مقياس سلالة مقاومة المعادن هو الظاهرة التي تتغير فيها مقاومة السلالة مع تشوه ميكانيكي على مادة الركيزة ، والمعروفة باسم تأثير سلالة المقاومة. يمكن التعبير عن قيمة مقاومة الموصل المعدني بواسطة الصيغة التالية:
أين: ρ - - قسمة الموصل المعدني (ω ・ cm2/m)
S-المنطقة المستعرضة للموصل (CM2)
L-طول الموصل (M)
دعونا نأخذ مقاومة سلالة السلك كمثال. عندما يتعرض السلك للقوة الخارجية ، سيتغير طوله ومنطقة المساكن. من الصيغة أعلاه ، يمكن أن نرى بسهولة أن قيمة المقاومة ستتغير. إذا تعرض السلك لقوة خارجية ويمتد ، فسوف يزداد طوله وسوف تنخفض مساحة المقطع العرضي ، وستزداد قيمة المقاومة. عندما يتم ضغط السلك بالقوة الخارجية ، يتناقص الطول ويزداد المقطع العرضي ، وتنخفض قيمة المقاومة. طالما يتم قياس التغيير المطبقة على المقاومة (عادةً ما يقيس الجهد عبر المقاومة) ، يمكن الحصول على حالة سلالة سلك الإجهاد.
3. مبدأ وتطبيق مستشعر ضغط السيليكون الانتشار
كيف تعمل
يعمل ضغط الوسيلة المراد اختباره مباشرة على حجاب الحاجز المستشعر (الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك) ، مما يتسبب في تغيير الحجاب الحاجز ، ويتسبب في تغيير قيمة مقاومة المستشعر ، واكتشاف هذا التغيير مع الدوائر الإلكترونية ، وتحويل وإخراج إشارة القياس القياسية التي تتوافق مع هذا الضغط.
رسم تخطيطي
4. مبدأ وتطبيق مستشعر ضغط الياقوت
باستخدام مبدأ عمل مقاومة الإجهاد ، يتم استخدام silicon-sapphire كمكونات حساسة لأشباه الموصلات ، مع خصائص متري لا مثيل لها.
يتكون نظام الياقوت من عناصر عازلة بلورية واحدة ، ولن يسبب التباطؤ والتعب والزحف ؛ الياقوت أقوى من السيليكون ، مع صلابة أعلى وعدم الخوف من التشوه ؛ يمتلك الياقوت خصائص مرنة وعزل جيدة جدًا (خلال 1000 OC). لذلك ، فإن المكونات الحساسة لأشباه الموصلات المصنوعة من سيليكون سفوفاير غير حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ولها خصائص عمل جيدة حتى في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة ؛ الياقوت لديه مقاومة الإشعاع قوية للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي المكونات الحساسة لل أشلام على السيليكون على انجراف P-N ، لذلك فهي تبسيط عملية التصنيع بشكل أساسي ، وتحسين التكرار ، وضمان العائد العالي.
يمكن أن تعمل أجهزة استشعار الضغط والمرسلات المصنوعة من المكونات الحساسة لأشباه أشباه الموصلات السيليكون بشكل طبيعي في ظل ظروف عمل قاسية ، ولديها موثوقية عالية ، ودقة جيدة ، وخطأ في درجة الحرارة الصغيرة للغاية وأداء التكلفة العالي.
يتكون مستشعر ضغط المقياس والمرسل من اثنين من الحجاب الحاجز: سبيكة التيتانيوم تقيس الحجاب الحاجز وسبائك التيتانيوم يتلقى الحجاب الحاجز. تم لحام ورقة الياقوت المطبوعة مع دائرة جسر حساسة للسلالة غير المتجانسة على حجارة قياس سبيكة التيتانيوم. يتم نقل الضغط المقاس إلى الحجاب الحاجز المتلقي (يتم توصيل الحجاب الحاجز المتلقي وقياس الحجاب الحاجز بحزم مع قضيب التعادل). تحت عمل الضغط ، تتلقى سبيكة التيتانيوم تشوه الحجاب الحاجز. بعد أن يتم استشعار التشوه عن طريق العنصر الحساس للسيليكون ، سيتغير إخراج الجسر ، وسعة التغيير تتناسب مع الضغط المقاس.
يمكن لدائرة المستشعر أن تضمن إمدادات الطاقة لدائرة جسر الإجهاد وتحويل الإشارة غير المتوازنة لجسر الإجهاد إلى إخراج إشارة كهربائية موحدة (0-5 ، 4-20MA أو 0-5V). في مستشعر الضغط المطلق والمرسل ، يتم توصيل ورقة الياقوت باللحام الزجاجي القاعدة الخزفية وتعمل كعنصر مرن ، وتحويل الضغط المقاس إلى تشوه مقياس الإجهاد ، وبالتالي تحقيق الغرض من قياس الضغط.
5. مبادئ وتطبيقات أجهزة استشعار الضغط الكهروإجهادي
تشمل المواد الكهروإجهادية المستخدمة بشكل رئيسي في أجهزة استشعار كهروضوئية الكوارتز ، وسلع الصوديوم البوتاسيوم ، وفوسفات ثنائي الهيدروامين. من بينها ، الكوارتز (السيليكا) هي بلورة طبيعية ، ويوجد التأثير الكهروإجهادي في هذه البلورة. ضمن نطاق درجة حرارة معينة ، توجد خصائص كهروضوئية دائمًا ، ولكن بعد درجة الحرارة تتجاوز هذا النطاق ، تختفي الخصائص الكهروإجهادية تمامًا (هذه درجة الحرارة العالية هي ما يسمى "نقطة المنحدر"). نظرًا لأن المجال الكهربائي يتغير قليلاً مع تغيير الإجهاد (أي ، فإن معامل الكهروضوئية منخفض نسبيًا) ، ويتم استبدال الكوارتز تدريجياً بلورات كهروضوئية أخرى. تتمتع طرطرات الصوديوم البوتاسيوم بحساسية كهروإجهادية كبيرة ومعامل كهروإجهادي ، ولكن لا يمكن استخدامها إلا في البيئات ذات درجة حرارة الغرفة والرطوبة المنخفضة نسبيًا. فوسفات ثنائي الهيدروامين هو بلورة اصطناعية يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية للغاية ، لذلك تم استخدامها على نطاق واسع.
تستخدم أجهزة الاستشعار الكهروضوئية بشكل رئيسي في قياس التسارع والضغط والقوة. مستشعر التسارع الكهروضوئي هو مقياس تسارع شائع الاستخدام. لديها خصائص ممتازة مثل الهيكل البسيط ، الحجم الصغير ، الوزن الخفيف وعمر الخدمة الطويل. تم استخدام أجهزة استشعار التسارع الكهروضوئية على نطاق واسع في قياسات الاهتزاز والتأثير للطائرات والسيارات والسفن والجسور والمباني ، وخاصة في مجالات الطيران والفضاء. يمكن أيضًا استخدام أجهزة الاستشعار الكهروضوئية لقياس ضغط الاحتراق وقياس الفراغ داخل المحرك. يمكن أيضًا استخدامه في الصناعة العسكرية ، على سبيل المثال ، لقياس التغيير في ضغط غرفة البندقية وضغط موجة الصدمة للكمامة في اللحظة التي يتم فيها إطلاق البندقية في الغرفة. يمكن استخدامه لقياس كل من الضغط الكبير والضغط الصغير.
الآن يتم تطبيق التأثير الكهروإجهادي أيضًا على البلورات ، مثل السيراميك الحالي للطهر ، بما في ذلك السيراميك الكهروضوئي الباريوم ، PZT ، السيراميك الكهروضوئيات الكهروضوئية القائمة على النوبت ، الخزفات الكهروضوبية المستندة إلى نيوبيوم ، إلخ.
التأثير الكهروضوئي هو مبدأ العمل الرئيسي لأجهزة الاستشعار الكهروإجهادية. لا يمكن استخدام أجهزة الاستشعار الكهروضوئية لقياسات ثابتة لأن الشحنات بعد تخزين القوى الخارجية فقط عندما يكون للدائرة مقاومة إدخال غير محدودة. هذا ليس هو الحال في الواقع ، لذلك يحدد هذا أن مستشعر الكهرضجة يمكن أن يقيس فقط الإجهاد الديناميكي.
- مقال سابق：كيفية التمييز بين المواد البلاستيكية ABS و PE و PP و PVC
- المقال التالي：نظرة عامة على اختبار المنتجات المطاطية
