壓力傳感器和壓力變送器
傳感器是將一個要測量的物理量轉(zhuǎn)換成另一個可以讀取處理的物理量,現(xiàn)代控制中,這種物理量就是電信號；變送器就是將傳感器初級的電信號轉(zhuǎn)換成標準的電信號,例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。 初級的壓力傳感器是壓力引起應變產(chǎn)生毫伏信號變化，如果傳感器內(nèi)已經(jīng)帶有放大整形電路,輸出標準電流或電壓信號，這樣的傳感器也可以稱為壓力變送器； 壓力變送器的叫法，是相對于早期的壓力傳感器都是輸出毫伏信號的,現(xiàn)代的壓力傳感器大部分已經(jīng)直接輸出標準信號了，所以現(xiàn)在的壓力傳感器與壓力變送器就有可能合而為一了。
1應用
壓力傳感器是工業(yè)實踐中為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。 壓力傳感器可應用于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達的區(qū)域(如高溫、嚴寒、高濕的區(qū)域，受到污染的區(qū)域或環(huán)境被破壞的區(qū)域)和一些臨時場合等，實現(xiàn)了傳感系統(tǒng)的遠程測試，這也是信息時代測試的必然趨勢。壓力傳感器無線采集系統(tǒng)由前端傳感器數(shù)據(jù)采集發(fā)射部分及末端的數(shù)據(jù)接收部分組成。
2系統(tǒng)設計
壓力傳感器數(shù)據(jù)采集發(fā)射部分由壓力傳感器、溫度傳感器、信號處理部分、微處理器(一般是單片機)和無線發(fā)射電路組成。壓力和溫度傳感器獲取周圍環(huán)境的壓力、溫度值。信號處理部分包括前項通道、程控放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，其功能是在程序控制下對傳感器模擬信號提取放大，并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器負責控制系統(tǒng)各部分器件的工作并對數(shù)字信號進行處理。無線發(fā)射電路在微處理器的控制下，由編碼器將采集到的信息數(shù)據(jù)進行相應的編碼和處理，并用發(fā)射模塊發(fā)射出去。數(shù)據(jù)接收部分由無線接收電路、微處理器和顯示部分組成，在微處理器控制下接收無線電傳來的數(shù)據(jù)。當一組格式數(shù)據(jù)接收完畢后，由接收電路里的解碼器對格式數(shù)據(jù)進行解碼，獲取環(huán)境當前的壓力信息，然后將壓力信息顯示在LED接收面板上。
3硬件實現(xiàn)
1 傳感器
壓力傳感器采用的是帶有感溫二管的硅壓阻壓力傳感器，被封裝在專門制作的金屬外殼中，通過多芯電纜與外圍電路連接。壓力傳感器的4個電阻組成橋路，用1 mA恒流源激勵。感溫二管用來檢測環(huán)境溫度，以供給單片機部分溫度參數(shù)。
2 程控放大器
程控放大器由模擬開關(guān)、輸入放大器及接口電路組成。其作用是在程序控制下，分時選通壓力信號與溫度信號送入放大器輸入端，與此同時還可以同步選擇出此二路信號相應的增益，經(jīng)放大器放大后分別輸出A/D轉(zhuǎn)換器所要求的壓力、溫度電壓信號，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。我們選用的CD4052為雙四通道模擬開關(guān)，用以選擇壓力、溫度信號。放大器AD623是一個集成單電源儀表放大器，它能在單電源(3～12 V)下提供滿電源幅度輸出。
4原理
我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。
我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì)，當沿著一定方向受到機械力作用發(fā)生變形時，就產(chǎn)生了化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應，這就是所謂的化效應?？茖W家就是根據(jù)這個效應研制出了壓力傳感器。
壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。
在現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應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)的應力。
壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。
壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣。
5分類
壓力傳感器的類型非常多，目前應用比較常見的包括壓阻式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器兩種。
壓阻式壓力傳感器
壓阻式壓力傳感器的工作原理是當壓敏電阻受壓后產(chǎn)生電阻變化，通過放大器放大并采用標準壓力標定，即可進行壓力檢測。壓阻式壓力傳感器的性能主要取決于壓敏元件（即壓敏電阻）、放大電路，以及生產(chǎn)中的標定和老化工藝。
● 應變片
在目前的壓力傳感器封裝工藝中，通?？梢詫鹤枋矫舾行倔w做得體積小巧、靈敏度高，而且穩(wěn)定性好，并將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應變材料（通常為不銹鋼）結(jié)合在一起，這樣一來，就能確保壓阻式壓力傳感器過載能力強和抗沖擊壓力強。
該類傳感器適合測量高量程范圍的壓力變化，尤其在1Mpa以上時，線性很好，精度也很高，并適合測量與應變材料兼容的各類介質(zhì)。
● 陶瓷壓阻
在結(jié)構(gòu)上，該類傳感器將壓敏電阻以惠司通電橋形式與陶瓷燒結(jié)在一起。其過載能力較應變片類低一些，抗沖擊壓力較差，但靈敏度較高，適合測量50Kpa以上的高量程范圍，而且耐腐蝕，溫度范圍也很寬。
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，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（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，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，可以和應變式傳感器相兼容。
壓電式壓力傳感器 壓電式傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。
壓電式壓力傳感器
現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電式壓力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)的應力。
壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。
6概念
壓力變送器從一般意義上往往指壓力變送器和差壓變送器，主要由測壓元件傳感器、測量電路和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標準的電流信號(4~20mADC)，以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
壓力變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～1.5kPa），負壓變送器三種
壓力變送器的主要作用:把壓力信號傳到電子設備，進而在計算機顯示壓力其原理大致是：
將水壓這種壓力的力學信號 轉(zhuǎn)變成 電流（4-20mA） 這樣的電子信號
壓力和電壓或電流 大小成線性關(guān)系，一般是正比關(guān)系
所以，變送器輸出的電壓或電流 隨壓力增大而增大
由此得出一個壓力和電壓或電流的關(guān)系式
7工作原理
壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)緣片上的電各組成一個電容器。當兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。
A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，，傳感器微調(diào)等運算，以及診斷和數(shù)字通信。
本微處理器中有16字節(jié)程序的RAM，并有三個16位計數(shù)器，其中之一執(zhí)行A /D轉(zhuǎn)換。
D/A轉(zhuǎn)換器把微處理器來的并經(jīng)校正過的數(shù)字信號微調(diào)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在EEPROM內(nèi)，即使斷電也保存完整。
數(shù)字通信線路為變送器提供一個與外部設備(如205型智能通信器或采用HART協(xié)議的控制系統(tǒng))的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數(shù)字信號，并通過回路傳送所需信息。通信的類型為移頻鍵控FSK技術(shù)并依據(jù)BeII202標準。
8區(qū)別
傳感器是將一個要測量的物理量轉(zhuǎn)換成另一個可以讀取處理的物理量,現(xiàn)代控制中,這種物理量就是電信號；變送器就是將傳感器初級的電信號轉(zhuǎn)換成標準的電信號,例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。
初級的壓力傳感器是壓力引起應變產(chǎn)生毫伏信號變化，如果傳感器內(nèi)已經(jīng)帶有放大整形電路,輸出標準電流或電壓信號，這樣的傳感器也可以稱為壓力變送器； 壓力變送器的叫法，是相對于早期的壓力傳感器都是輸出毫伏信號的,現(xiàn)代的壓力傳感器大部分已經(jīng)直接輸出標準信號了，所以現(xiàn)在的壓力傳感器與壓力變送器就有可能合而為一了
真空傳感器
真空傳感器是工業(yè)實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、通風管道等
1工作原理
真空傳感器的工作原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。
2相關(guān)參數(shù)
綜合精度： 0.25%FS、0.5%FS
輸出信號： 4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)
零點溫漂移： ≤±0.05%FS℃
量程溫度漂移： ≤±0.05%FS℃
補償溫度： 0~70℃
安全過載： 150%FS
限過載： 200%FS
響應時間： 5 mS(上升到90%FS)
負載電阻： 電流輸出型：zui大800Ω；電壓輸出型：大于5KΩ
緣電阻： 大于2000MΩ (100VDC)
密封等級： IP65
長期穩(wěn)定性能： 0.1%FS/年
振動影響： 在機械振動頻率20Hz～1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS
電氣接口(信號接口)： 緊線螺母+四芯屏蔽線
機械連接(螺紋接口)： 1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設計
3屬性詳解
1.傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。
①敏感元件是指傳感器中能直接（或響應）被測量的部分。
②轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能較敏感元件感受（或響應）的北側(cè)量轉(zhuǎn)換成是與傳輸和（或）測量的電信號部分。
③當輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器。
2. 測量范圍：在允許誤差限內(nèi)被測量值的范圍。
3. 量程：測量范圍上限值和下限值的代數(shù)差。
4. 度：被測量的測量結(jié)果與真值間的一致程度。
5. 從復性：在所有下述條件下，對同一被測的量進行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的符合程度：
6. 分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍圓可能檢測出的被測量的zui小變化量。
7. 閾值：能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的被測量的zui小變化量。
8. 零位：使輸出的值為zui小的狀態(tài)，例如平衡狀態(tài)。
9. 激勵：為使傳感器正常工作而施加的外部能量（電壓或電流）。
10. zui大激勵：在市內(nèi)條件下，能夠施加到傳感器上的激勵電壓或電流的zui大值。
11. 輸入阻抗：在輸出端短路時，傳感器輸入的端測得的阻抗。
12. 輸出：有傳感器產(chǎn)生的與外加被測量成函數(shù)關(guān)系的電量。
13. 輸出阻抗：在輸入端短路時，傳感器輸出端測得的阻抗。
14. 零點輸出：在市內(nèi)條件下，所加被測量為零時傳感器的輸出。
15. 滯后：在規(guī)定的范圍內(nèi)，當被測量值增加和減少時，輸出中出現(xiàn)的zui大差值。
16. 遲后：輸出信號變化相對于輸入信號變化的時間延遲。
17. 漂移：在一定的時間間隔內(nèi)，傳感器輸出終于被測量無關(guān)的不需要的變化量。
18. 零點漂移：在規(guī)定的時間間隔及室內(nèi)條件下零點輸出時的變化。
19. 靈敏度：傳感器輸出量的增量與相應的輸入量增量之比。
20. 靈敏度漂移：由于靈敏度的變化而引起的校準曲線斜率的變化。
21. 熱靈敏度漂移：由于靈敏度的變化而引起的靈敏度漂移。
22. 熱零點漂移：由于周圍溫度變化而引起的零點漂移。
23. 線性度：校準曲線與某一規(guī)定只限一致的程度。
24. 菲線性度：校準曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度。
25.長期穩(wěn)定性：傳感器在規(guī)定的時間內(nèi)仍能保持不超過允許誤差的能力。
26. 固有憑率：在無阻力時，傳感器的自由（不加外力）振蕩憑率。
27. 響應：輸出時被測量變化的特性。
28. 補償溫度范圍：使傳感器保持量程和規(guī)定限內(nèi)的零平衡所補償?shù)臏囟确秶?/div>
29. 蠕變：當被測量機器多有環(huán)境條件保持恒定時，在規(guī)定時間內(nèi)輸出量的變化。
30. 緣電阻：如無其他規(guī)定，指在室溫條件下施加規(guī)定的直流電壓時，從傳感器規(guī)定緣部分之間測得的電阻
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