压力传感器

一、压力传感器的动向五十年代的压力测量主要是用波登管、波纹管和膜片等弹性元件的机械式压力计进行的。这些廉价的压力计,至今仍在使用。六十年代,在测量仪表方面,压力、差压变送器得到了发展,它可以把压力、差压转换成4～20mA的电信号,其精度达0.5％级。这些压力传感器大都采用机电转换元件和金属应变片组合而成的(如应变片或者差动变压器),还有的是把膜片作为电极的静电容,即把膜     

差动光纤Bragg光栅压力传感器的研究

由周边固支的圆形平膜片作为传感器的弹性元件,膜片两侧的压力差使膜片产生挠度.两个相同特性的光纤Bragg光栅分别粘贴在平膜片的径向和切向上,构成差动压力传感器,解决了光纤Bragg光栅的温度应变交叉敏感问题.如果气压过大,膜片产生大挠度现象时,必须考虑平膜片的中面的拉伸,测量系统可以自动修正平膜片的挠度方程.实验结果表明,系统压力测量线性度为0.2(%F·S),重复性为0.1(%F·S),分辨率为5×10-4MPa.     

应用于特殊环境的光纤光栅温度压力传感器

针对现有高温高压油井下对温度和压力的实时长期监测要求,设计了温度补偿式光纤光栅温度压力双参量传感系统。根据传感器的使用环境,优选了恒弹性合金。采用优选后的恒弹性合金作为基底材料设计了圆筒与圆形膜片组合式传感器结构,圆形膜片是整体加工成型的。最后,对传感器进行相关实验测试。实验测试与误差分析结果显示,传感器实现了温度和压力的大量程测量,传感特性呈单值线性,温度补偿可一体化封装;温度线性检测区为0~350℃,温度灵敏度为0.020 1 nm/℃,温度测量静态误差为0.029%;压力线性检测区为0~60 MPa,压力灵敏度为0.013 6nm/MPa,压力测量静态误差为0.046%,这些指标能够满足实际工程的要求。     

基于非本征光纤F-P腔的低压传感器研究

介绍一种基于非本征F-P腔(extrinsic Fabry-Perot cavity)的干涉/强度调制型光纤低压传感器。给出低压传感探头的结构设计和测量原理。利用石英膜片对光纤EFPI压力传感头进行压力测量灵敏度放大;通过不同谱宽的两路光信号的自补偿运算,提高系统的稳定性和抗干扰性。该传感器在0~1.5×105Pa的压力测量量程内,压力变化最小分辨率达到50 Pa,在连续15 h的动态测量下,测量偏差为0.1%FS。     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺.在单模光纤端面上直接熔接外径约175 μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔.采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1 MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09 nm/MPa,压强测量分辨率为681 Pa,并具有很小的温度敏感系数.在30～140 ℃,温度交差敏感＜1.07 kPa/℃.为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器.室温下在0.1～2.1 MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1 886.85 nm/MPa,压强测量分辨率达到53 Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平.     

光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

针对高温环境下压力参数的原位测试需求,基于碳化硅（SiC）材料优异的耐高温特性,研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术,实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统,对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明,该传感器能够实现600 ℃高温环境下 0~4 MPa范围内的压力测量;600 ℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa,具有较高的线性度,R2＞0.99。     

石英晶体高压压力传感器

西德 Kistler 仪表公司新近生产了一种型号为6213的高压压力传感器。这种压力传感器可用在冲击和滚压系统中测量动态和准静态压力。它在使用时不需要采取特殊保护措施,因为这种传感器的膜片不会受短时间的高温峰值影响。这种6213型石英晶体压力传     

测压仪表发展简史（五）

（接上期） 6.3 薄膜式压力传感器薄膜（厚度在10~ (-6)～10~ (-10)m）压力传感器按材料的不同可分为多晶硅、多晶锗、微晶硅、非晶硅及其合金、金属薄膜等不同类型;这类传感器实际上就是采用薄膜工艺制成的薄膜压阻和电容式压力传感器。多晶硅、多晶锗传感器的种类较多,最基本的形式是利用LPCVD工艺,在SiO_2衬底上形成一层压阻电桥薄膜及其输出引线;有些用于高温测量场合的传感器用氧化层将多晶硅电阻与SiO_2膜片隔离,它可以工作在200℃条件下;哑铃型传感器已经用于衡器产品中。此外,近年SOI工艺制造的压力传感器、变送器也开…     

压力传感器

本文介绍一种结构形式简单、使用方便的流体压力传感器。这种传感器由主体、膜片和容室组成。主体上有一个充液小腔,膜片作为腔的一壁,通过膜片把被测压力传递给腔内的充入液。容室和腔相通,由可变形的薄壁构成。在可变形的薄壁上贴一电阻。腔内的压力变化引起薄壁变形,电阻值也随之改变。电阻值的这一变化即用来测量压力的变化。     

差分型电容式压力发送器

电容式压力传感器具有结构简单,对测量对象和测试环境适应性强等优点。但是由于传感器输出的非线性,电容式压力传感器很少被采用。众所周知,一个平行板电容器的电容量和极间距离成反比;对于具有可动膜片的变间隙式的压力传感器来讲,在流体压力作用下膜片将发生挠曲变形,这些因素造成的非线性竟达到5%以上。采用复杂的电子线路可以使发送器的非线性输出线性化,同时它也给电容式压力传感器的大量使用带来困难。因此从结构     

硅压力传感器的过载保护设计

通过测量硅膜片的结构设计和压力传感器外界保护结构设计,实现了压力传感器过载保护的目的。针对差压传感器表现为正负双腔和中心过载保护膜片联动保护的设计方案,即当过载压力达到超高差压之前,使高压侧膜片和基体贴合,低压侧膜片鼓出,阻止超高差压传入传感器内;对于表压和绝压传感器表现为测量端和过载保护膜片联动的设计方案,即当过载压力达到超高压之前,使测量端膜片和基体贴合,过载保护膜片鼓起,阻止超高压传入传感器内。     

厚膜电阻压力传感器

本文介绍一种厚膜电阻压力传感器,该传感器只需通过改变膜片的厚度和直径,就可检测10Pa～60MPa的压力。焊接在膜片上的厚膜应变片构成惠斯登电桥,能够抑制失调电压和温度的影响。精度达到1％F·S,温漂小于0.01/K F·S。足以满足很多工业电气方面的应用。     

装有贵金属电阻应变片的陶瓷压力传感器

引言测量高温腐蚀气体或液体的压力是工业过程控制中较普遍的任务,它对压力传感器的稳定性要求极高。传感器的结构和材料必须与腐蚀性介质相容。当工作温度超过一般传感器的极限温度120℃时,不能使用充油的测量头。被测变量作用到用氧化铝制造的膜片上,氧化铝在高温下与腐蚀性介质接触仍能保持弹性变形。贵金属电阻由于具有长时间的稳定性,特别适合工业应用。膜片周边与陶瓷板联接,组成一个陶瓷压力测量头。     

浓密膏体输送管道正向压力传感装置的研制

为研究浓密膏体在管道内实际压力分布状况,研制了新型的正向压力传感装置,能将传感器深入管道内部实现不同径向位置的正向和其他角度的压力测量.该传感装置使用橡胶膜片将输送介质与传感膜片隔离,避免了传感膜片的直接磨损,提高了使用寿命.经过静态加压试验及实验管道测试,获得了侧压和正向2种压力传压装置的信号和压力值曲线,结果表明该装置具有较高精度和良好动态响应特性,适用于浓密膏体管道输送压力损失和压力分布测试.     

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器研究

对基于Fabry-Perot（F-P）干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺进行了实验研究。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而在光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。首先采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片的方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0-3.1MPa压强范围内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30-140℃的温度范围内,温度交差敏感小于1.07KPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料（PSQ）作为压力敏感膜片制作了F-P传感器,室温下在0.1-2.1MPa压强范围内PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到 1 886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa。     

介质隔离高精度 MEMS 谐振式压力传感器

为满足液体、气体多种介质中高精度压力测量要求,本文设计了一种介质隔离的高精度微机械电子系统(MEMS)谐振式压力传感器。为降低充油封装过程中压力传递损耗以及非线性问题,本文对波纹膜片的结构参数进行了仿真优化并确定了适合传感器芯体的膜片参数。采用MEMS加工工艺和真空微量充灌方法,完成了MEMS谐振式压力传感器芯体制作与充油封装。利用双谐振器压力、温度多参数协同敏感方法,在不外加温度传感器的条件下实现了温度自补偿。测试表明,封装后的传感器在-55℃～85℃工作温度范围内,准确度优于±0.01%FS、迟滞性误差优于0.006%FS、非线性误差优于0.003%FS、重复性误差优于0.008%FS。     

低压石英谐振器压力传感器

本文介绍一种数字式2×10~■Pa范围的压力传感器。该传感器是利用精密石英谐振器作为传感元件。力通过圆片形的石英膜片施加于谐振器,其频率变化与所施加的力成比例。该传感器的极限分辩误差小于0.7Pa。     

一种新颖的温度压强同时区分测量的光纤Bragg光栅传感器

提出了一种新颖的基于小位移平面膜片的温度压强同时区分测量的光纤B ragg光栅传感器。该传感器中的光纤B ragg光栅沿径向粘贴于膜片上。光纤光栅中心波长和峰值波长的温度响应灵敏度近似相等,与所加压力无关;压强灵敏度因膜片上所产生的非均匀应变而不同,且与温度无关。通过测量中心波长和峰值波长,实现了单根光栅对温度压强的同时区分测量。从理论和实验上给出了温度、压强响应与峰值波长、中心波长之间的关系式。在30~120℃温度范围和0~6M Pa压强范围内,用此传感器测得的温度值和压强值与用温度计测得的温度值和用压力表测得的压强值之间的偏差分别不大于2℃和0.2M Pa,此偏差大小与仪表最小分度值2℃和0.1M Pa很接近,表明该传感器具有很好的温度、压强响应特性。     

基于长周期光纤光栅的压力传感器

研制了一种基于悬臂梁差动结构的新型长周期光纤光栅压力传感器。该传感器测量精度高、结构简单，便于加工。其独特的差动结构克服了温度变化对测量的影响，在温度变化后不用再次标定。测试结果表明：在0-6MPa的测量范围内，温度变化25℃时，在不用重新标定的条件下，其测量精度保持仍在1％之内。     

反射式光强调制型光纤压力传感器

本文介绍的是利用膜片在压力作用下的变形所调制的反射光功率信号、传输、耦合至光接收器,获得与压力有关的输出信号的光强调制原理的传感器。该传感器系统测量精度高,线性好,量程为0～10kPa,直线度0.5％,短期漂移优于1％。