压力传感器变送器.pptx

第一章第一章 传感器传感器1.传感器的定义传感器的定义：传感器是能将被测量（物理量或化学量）转换成有一定的规律与之对应的、容易检测、传输或处理的电信号的器件或装置。2.传感器的作用：传感器的作用：类似于人的感觉器官。它将被测物理量，如力、位移、温度等，转换为可测信号，传送给测量系统的中间转换器，供分析、处理，以便得到所需测量数据，或变换为相应的控制信号。传感器可以认为是人的感官的延伸，借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物，例如：压力传感器可以测量压力管道中的压力等，传感器是人们认识事物的有力工具。传感器处于测量装置的输入端，传感器的性能直接影响整个测试装置的工作可靠性。3.传感器的组成：传感器的组成：传感器一般由敏感元件与其它辅助件组成。敏感元件是传感器的核心，它是直接感受被测量并转换信号形式的元件。第二章第二章 传感器特性传感器特性 1.传感器的特性：传感器的特性：指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。2.通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态静态特性和动态特性。特性。1.静态特性静态特性是指输出对不随时间而变化不随时间而变化的的输入量的响应特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入-输出的关系。只考虑静态特性时，输入量和输出量之间的关系式中不含有时间变量。2.动态特性动态特性是指其输出对随时间而变化随时间而变化的的输入量的响应特性。当被测量随时间变化，是时间的函数时，则传感器的输出量也是时间的函数，期间的特性用动态特性来表示。3.传感器静态特性的主要技术指标有：非线性、传感器静态特性的主要技术指标有：非线性、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。定性等。第三章第三章 压力传感器的介绍压力传感器的介绍1.压力传感器的分类：1.力传感器：压力传感器，载荷传感器。2.压强的概念：工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的“压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。1.基本单位为：帕斯卡Pa，KPa、MPa、Bar3.压力传感器的测量对象：流体（液体或气体）4.压力传感器按物理介质分类：扩散硅压力传感器、溅射膜、应变片、陶瓷、电容式，蓝宝石5.按压力类型分类：1.大气压力:指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以P0表示。2.2.表压表压G G（Gauge pressureGauge pressure）：指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以当地大气压为参考点。当绝对压力小于当地大气压力，则表压力为负压，负压又可用真空度表示，负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。3.3.密封表压密封表压S S：密封表压是在传感器内部封有一个标准大气压时的压力值。4.绝对压力A（Absolut pressure）:指作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准，又称总压力或全压力，一般用大写符号P表示。5.差压D（Differential pressure）：任意两个压力之差称为差压。如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体量的大小的。测量压力的传感器类型很多，如应变式，电容式，差动变压器，霍尔，压电传感器等都能用来测量压力。2.几种常用的压力传感器的介绍 目前应用较为广泛的压力传感器主要有扩散硅压阻式压力传感器、陶瓷压阻压力传感器、溅射薄膜压力传感器及耐高温特性的蓝宝石压力传感器。1.扩散硅、压阻式压力传感器的工作原理1.压阻效应：半导体材料的压阻效应具有各向异性，各个晶向晶面的应变系数不同。通过半导体工艺在半导体材料上制作出一个惠斯通电桥，在受到外力以后扩散在半导体上的电阻值会发生变化。2.以单晶硅为基体，按照特定晶面加工成弹性应变元件（根据不同的受力形式设计成膜、杯、柱、梁等几何形状）,然后按一定晶向采用集成电路工艺在弹性应变体上制作4个等值电阻，组成惠斯通电桥。其中一组对称端输入直流工作电压，当弹性应变体感受被测力后，产生相应的应变，由于压阻效应，使桥臂电阻发生变化，电桥失去平衡，从另一组对称端输出对应也被测力的电信号。3.扩散硅压力传感器的注意事项扩散硅压力传感器的注意事项：1.严禁压力过载。1.被测压力有瞬时出现较大过载压力。2.液体测量中的水泵扬程较大造成液体高速运动冲击测压传感器膜片，过大的动量冲击附加压力造成的大的过载。3.活塞式压力计校验时，活塞或砝码卡住未觉察，加压时高过载冲击传感器。2.严禁敲打，振动、撞击、跌落、避免过大的加速度力造成损坏，尤其时低压传感器和隔离膜型传感器。3.压阻式压力传感器体积位移小，因此无论是硅膜片，还是金属波纹膜片隔离式敏感元件，严禁用手指头，镊子、螺丝刀、铁丝等尖而硬的物体接触传感器膜片试压，这样会造成无法修复性损坏。4.扩散硅压力传感器的图片2.陶瓷压阻式压力传感器 1.陶瓷压阻式压力传感器：陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击合振动的材料。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器代替扩散硅压力传感器。2.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），由于厚膜电阻的压阻效应，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，通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性合时间稳定性，传感器自带温度补偿070，并可以和绝大多数介质直接接触。1.溅射薄膜压力传感器 1.溅射薄膜压力传感器是利用电阻应变效应工作的，与传统应变式压力传感器属于同一原理。其主要是制作工艺上的差别。溅射薄膜压力传感器延用了测量压力的金属弹性膜片原理，应用离子束溅射和离子束刻蚀工艺，将应变电桥直接制作再金属测压膜上，由于没有活动部件，抗震动和抗冲击能力很强，也可用于恶劣的环境。2.在国内也有一部分厂家在做此方面的工作，但到目前没有商业化。由于工艺水平的限制，国外的产品在稳定性方面还存在一些问题。4.蓝宝石压力传感器v蓝宝石压阻式压力传感器以机械性能高度稳定的人造蓝宝石为承压材料。其主要特点是长期稳定性好，温度范围宽（允许介质温度196400），抗震动。主要用于介质温度特别低或特别高的场合及航天、航空和军事用途。第三章第三章 压力传感器的主要技术指标压力传感器的主要技术指标 1.基本参数：1.量程量程：指该压力传感器所能承受的额定压力。在该压力下使用是安全可靠的。2.输入电阻输入电阻：传感器输出端开路时，输入端的阻值。3.输出电阻输出电阻：传感器输入端开路时，输出端的阻值。4.工作电流工作电流：恒流源供电，1.5mA5.零位输出零位输出：无载荷时，传感器在额定电流下的输出电压。被试传感器在三次加压循环中，在零压力时输出值的平均值为零位输出。6.满量程输出满量程输出：额定电流下，传感器在满量程压力下的净输出电压。被试传感器在三次加压循环中，在测量上限输出值与测量下限输出值之差的绝对值的平均值为传感器的满量程输出。7.过载过载：指压力传感器所能承受的最大安全压力，超过该压力时，传感器将会被损坏。8.灵敏度灵敏度：传感器在单位压力时的输出电压 GUF/P。1.稳定性参数稳定性参数1.零位时间漂移：传感器在恒定温度下，通电零位时间漂移：传感器在恒定温度下，通电20分钟，分钟，4小时内零位输出电压随时间漂移的最大差值与满量小时内零位输出电压随时间漂移的最大差值与满量程之比。程之比。r=Umax/Ufs1002.零位温度系数零位温度系数TCZ（Temperature Coefficient of Zero）：传感器在使用温度范围内，零位输出电压）：传感器在使用温度范围内，零位输出电压的温度变化率与常温满量程输出电压之比。的温度变化率与常温满量程输出电压之比。U0/t*Ufs 3.灵敏度时间漂移：传感器在恒定温度下，通电传感器在恒定温度下，通电20分分钟，钟，4小时内满量程输出电压随时间漂移的最大差值小时内满量程输出电压随时间漂移的最大差值与满量程之比。与满量程之比。r=Umax/Ufs1004.满度温度系数满度温度系数TCSP（Temperature Coefficient of Span）：传感器在使用温度范围内，输入额定工作电流时的满量程输出电压的温度变化率与常温满量程输出电压之比。Uf/t*Ufs5.长期稳定性：指一年内在一定参考条件（如一定温度）下，多次测量的误差相对于满量程输出的百分数。1.综合精度。综合精度。综合精度包括系统误差，随机误差，特殊情况下还包括稳定性误差。通常的计算方法如下sqrt（L2H2R2）1.系统误差（非线性、迟滞迟滞）1.非线性非线性NL（Nonlinearity Precision）：压力传感器的线性是指输出信号与输入压力之间关系曲线接近直线的程度。将压力传感器的输出电压与压力间关系曲线与直线的偏离量与满量程输出电压之比称为非线性度。在规定条件下，传感器校直曲线与拟合直线间的最大差值与常温满量程输出电压之比。LULmax/Ufs100。求出各校准点正、反行程各次循环示值的平均值为各点校验值。将零压力点校验值与满量程点校验值连线作为理论直线，求出各校验点的理论值。取各校验点校验值与理论值间差值中的正负最大差值的绝对值之和除以两倍满量程净输出值的百分比，即为被校传感器的非线性。2.迟滞迟滞HY（Hystereis）：是压力（或温度）升程或降程输出信号不一致的程度。传感器在同一工作条件下，作全量程范围校准时在同一次校准中，相应于同一测量点上，正行程与反行程输出的最大偏差与常温满量程输出电压之比。HUmax/Ufs100。分别求出各校验点正行程示值的平均值和反行程示值的平均值，求出它们之间的差值。取最大差值的绝对值除以满量程净输出值的百分比，即为被校传感器的迟滞。2.随机误差 重复性重复性RP（Repeatability）：）：传感器在同一工作条件下，输出按同一方向作全测量范围内连续变动多次测量时，各次校准曲线在同一方向，各校准点的最大偏差与常温满量程输出电压之比。RUmax/Ufs100。分别求出各校准点正行程各次循环示值间的最大差值和反行程各次循环示值间的最大差值。取所有差值中的最大值的绝对值除以满量程输出值的百分比，即为被校传感器的重复性。第四章第四章 压力变送器压力变送器1.压力变送器：将一个非标准的传感器的mV级信号，经过电路处理后，转换成标准的电信号（电流、电压、频率等等）输出，我们就得到压力变送器。1.我们公司现有的标准信号有以下两种:1.标准电流输出 1.二线制420mA2.三线制010mA2.标准电压输出1.三线制05V2.三线制15V3.三线制0.54.5V2.压力变送器组成1.通常压力变送器组成：压力传感器（芯体）、接头、压环、接管、变送器调理电路、电器连接件、导线等等。1.螺纹接口：1.M201.5；M121、74锥；2.G1/2；G1/4；3.NPT1/2；NPT1/44.R1/2；R1/4等等 2.液位变送器：压力传感器（芯体）、液位变送器壳体、变送器调理电路1.投入式，安装时，法兰式，插入式等等 3.压力变送器常用的集成电路1.电流型（V/I）转换芯片：AD693、XTR101、XTR105、XTR106、XTR115、XTR116、XTR117等等2.电压型转换芯片：AD620、AD627、AD623、INA118、INA128、INA114、ZMD31010、ZMD31015、PGA309等等v公司目前常用的压力变送器类型公司现有的压力变送器第五章第五章 压力传感器变送器使用中的注意事项压力传感器变送器使用中的注意事项v拿传感器芯体、变送器时，严禁用手拎着产品上的导线移动产品，这样会损坏导线及产品，必须用手拿住产品的主体部分，方可拿起、移动，并注意拿好，严禁跌落，损坏产品。v严禁用手或硬物接触压力传感器上的波纹膜片，以免造成无法修复性永久损坏。v严禁使用尖而硬的物品伸入变送器的压力引压孔。v严禁敲击、振动等等。使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！天水霞宇水处理设备