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博九压力传感器的应用实例详解 - 全文

发布日期:2020-11-21 18:12

  压力传感器是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,下面就简单介绍一些常用压力传感器的应用。

  一个工业自动化系统通常分为三个部分:检测、控制、执行。工业设备作为自动化系统的控制对象,必须能与其它两个部分相兼容,提供压力传感器接口,使之成为一个完整的有机整体。无论是单机自动化或还是大型自动化装置,都应该保护控制对象,使之用途发挥达到最大。

  在很多压力控制过程中,经常需要采集压力信号, 转换成能够进行自动化控制的电信号。

  以压力传感器制作的压力控制装置一般称为电子称重系统,电子称重系统作为各种工业过程中物料流动的在线控制工具显得越来越重要。电子称重系统既能组合在产品制造过程中优化生产,提高产品质量,又能把有关生产过程中物料流动的数据加以采集并传送到数据处理中心,作为在线库存控制和财务结算之用。

  在称重的过程自动化控制中,要求压力传感器不仅能感知重力信号,而且其性能必须可靠、动态响应性要好、抗干扰性能要好;压力传感器提供的信号经检测系统可以直接显示、记录打印、存储或用于反馈调节控制。

  通过集成技术将压力传感器与测量线路集成在一起,使得整个装置的体积大大减小;另外屏蔽技术的发展,也将使得称重压力传感器的抗干扰能力得到保障,使得称重过程的自动化控制程度进一步得到提高。

  压力传感器是石化行业自动控制中使用最多的测量装置之一。在大型的化工项目中,几乎包含了所有压力传感器的应用:差压、绝压、表压、高压、微差压、高温、博九低温,以及各种材质及特殊加工的远传法兰式压力传感器。

  几乎石化行业对压力传感器的需求主要集中在可靠性、稳定性和高精度3个方面。其中,可靠性和许多附加需求,如,量程比、总线类型等,依赖变送器的结构设计、机械加工工艺水平和结构材料。压力变送器的稳定性和高精度则主要由压力传感器的稳定性和测量精度保证。

  与压力变送器的测量精度相对应的是压力传感器的测量精度和响应速度,与压力变送器的稳定性相对应的是压力传感器的温度特性和静压特性以及长期稳定性。石化行业对压力传感器的需求就体现在测量精度、快速响应、温度特性和静压特性、长期稳定性4个方面。

  微压力传感器是采用半导体材料和MEMS工艺制造的新型压力传感器,具有精度高、灵敏度高、动态特性好、体积小、耐腐蚀、成本低等优点。纯单晶硅的材料疲劳小,采用这种材料制造的微压力传感器的长期稳定性好。同时,微压力传感器易于与微温度传感器集成,增加温度补偿精度,大幅提高传感器的温度特性和测量精度。

  如果将2个微压力传感器集成,又可以实现静压补偿,从而提高压力传感器的静压特性。如今,微压力传感器具有许多传统压力传感器不具备的优点,能够很好地满足石化行业对压力传感器的需求。

  在供水和污水处理工艺中有赖于使用压力传感器为系统保护和质量保证提供重要控制和监测手段。

  压力传感器将压力(一般指液体或气体的压力)转换为电信号输出,该压力电信号也可进而用于测量静态流体的液位,因此可用来测量液位。压力传感器的敏感组件主要有硅杯敏感元件、硅油、隔离膜片和导气管组成,被测介质压力P通过隔离膜片和硅油传递到硅杯元件的一侧(见图),大气参考压po通过导气管作用到硅杯元件的另一侧,硅杯元件是一个底部加工得很薄 的杯形单晶硅片。杯底膜片在压力P和Po做用下产生位移极小的弹性变形,单晶硅是理想的弹性体,其变形与压力成严格的正比关系,而且复原性能又极好。

  硅膜片上用半导体扩散工艺形成的四个桥路电阻布置成方形,当硅膜片受到压力产生变形时,处于对角线上的二电阻受压应力,而另为二个电阻受张应力,由于扩散硅的压阻效应,使相对的二个电阻阻值增大,二另为二个电阻阻值减小。如果在A-A二端上加上电压,则C-D间就有一个P-Po差压成正比的电压信号输出。

  压力传感器在智能手机上用来测量大气压,但测量大气压对于普通的手机用户来说又有什么作用呢?

  对于喜欢登山的人来说,都会非常关心自己所处的高度。海拔高度的测量方法,一般常用的有2种方式,一是通过GPS全球定位系统,二是通过测出大气压,然后根据气压值计算出海拔高度。

  由于受到技术和其它方面原因的限制,GPS计算海拔高度一般误差都会有十米左右,而如果在树林里或者是在悬崖下面时,有时候甚至接收不到GPS卫星信号。

  而气压的方式可选择的范围会广些,而且可以把成本可以控制在比较低的水平。另外像Galaxy Nexus等手机的压力传感器还包括温度传感器,它可以捕捉到温度来对结果进行修正,以增加测量结果的精度。

  所以在智能手机原有GPS的基础上再增加压力传感器功能,可以让三维定位更加精准。

  现在不少开车人士会用手机来进行导航,但在高架桥里导航常常会出错。比如在高架桥上时,GPS无法判断你是桥上还是桥下而造成的错误导航。

  而如果手机里增加一个压力传感器就不一样了,他的精度可以做到1米,这样就可以很好的辅助GPS来测量出所处的高度,错误导航的问题也就解决了。

  由于在室内无法很好的接收GPS信号,所以当使用者进入一幢很厚的楼宇时,内置感应器可能会失去卫星的信号,所以无法识别用户的地理位置,并且无法感知垂直高度。而如果手机加上压力传感器再配合加速度计、陀螺仪等技术就可以做到精准的室内定位。

  随着医疗设备市场的发展,对压力传感器在医疗行业中使用提出了更高的要求,如精度、可靠性、稳定性、体积等都需要加以改进。 压力传感器在微创导管消融术和体温传感器测量中有着较好的应用。

  微创手术不仅可以减少手术部位的创伤,而且大大减轻患者的疼痛,恢复过程也很快。能达到这样的要求,除了医生的手术操作经验之外,还与各种医疗监测设备。现在很多用于此操作的医疗器械都是微小的,像各种各样的导管和消融设备。导管包括热稀释导管、尿道管、食管导管和中心静脉导管和颅内压力容器等,它们除具有导电功能,导管在温度或压力传感器,患者的病理检查和微创手术的顺利进行提供了重要保障,温度和压力参数是成功操作的关键参数。博九

  传感器能够放置在靠近患者的位置对于许多应用来说非常关键,比如在透析应用中,准确地测量透析液和静脉压力就非常重要。压力传感器必须能够精确地监测透析液和血液的压力以确保其维持在所设定的范围内。

  此类型应用需求传感器必须外形小巧且能够耐受液体介质。在许多情况下,与液体介质不兼容的传感器需要额外安装部件来保护它,增加了产品的体积、费用以及复杂性。液体介质耐受力在监测病人呼吸时显得特别重要,因为此处的传感器必须能够承受病人的咳嗽和呼出的潮湿空气。

  MEMS压力传感器是一种薄膜元件,受到压力时变形。可以利用应变仪(压阻型感测)来测量这种形变,也可以通过电容感测两个面之间距离的变化来加以测量。这两种方法都很流行。

  汽车产业仍然是MEMS压力传感器的最大应用领域,占其销售额的72%,其次是医疗电子占12%,工业领域占10%,消费电子与军用航空占据其余的6%市场。

  在汽车领域,引擎管理是其主要应用,包括汽油发动机中的歧管空气压力传感器和柴油车中的共轨压力传感器,尤其是在欧洲。为了改善燃烧情况,有些组织也在研究可以在汽缸内工作的压力传感器,以更好地测量参与化学反应的各种物质的准确比例,并把数据反馈给引擎管理系统。

  由于工作环境恶劣,汽车传感器的价格比消费类传感器高得多。另外,汽车传感器需要较长的鉴定时间,而且这些传感器必须能可靠工作长达15年的时间。有些传感器,比如刹车或轮胎压力传感器,对于汽车安全至关重要。

  MEMS压力传感器在汽车中的一个新应用是传动系统压力感测,通常用于自动装置之中,但也用于新型双离合器传动系统。德国厂商博世最近进入该市场,推出了一款MEMS解决方案,使用油来保护硅薄膜,使其可以最高耐受70巴的压力。多孔硅的MEMS器件,也已用于目前的侧面气囊等应用之中。

  在医疗市场,压力传感器主要充当外科手术使用的一次性低成本导管。但它们也用于昂贵的设备之中,在连续气道正压通气(CPAC)机中感测压力与差流。这些器件潜力巨大,可能在2015年以后成为可植入传感器。可植入传感器不需要电池就能工作,可以用于心脏测量和监测青光眼。

  在工业领域,MEMS压力传感器的主要应用包括采暖通风及空调(HVAC)、水平面测量、各种工业过程与控制应用。例如,除了精确的高度气压测量,飞机使用传感器监测引擎、襟翼等其它部件。

  在过去的几年中,压力传感器市场取得了迅速进展,对竞争格局产生了积极影响,为市场引入了新的参与者并扩大了市场现有参与者的范围。

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