电压力传感器范文

电压力传感器范文（精选9篇）

电压力传感器 第1篇

对于压缩机来说, 其主要任务就是提高介质的压力。此外, 在间接测量中, 有些物理量 (如温度、流量等) , 也借助于压力测量来完成。所以, 压力的测量在压缩机主要参数的测试中显得尤为重要。传统的压力测量手段, 主要有液柱式压力计和弹性式压力计。

液柱式压力计包括U型管压力计、单管压力计和斜管微压计三种类型, 都是依据流体静力学原理, 通过压力计中液柱的压差计算出介质的压力或压差。液柱式压力计的主要特点是结构简单可靠、制造方便、价格低廉, 并且在低压范围内具有较高的准确度, 因此被广泛应用于低压、负压以及压差的测量。由于液柱式压力计的测量精度与工作液体的密度有很大的关系, 而温度与重力加速度的变化会对工作液体的密度造成一定的影响, 因此在实际测量时, 对读数要作一些修正。此外, 在要求较高的测量中, 还需考虑毛细作用对读数的影响。

弹性式压力计的工作原理是:被测压力由固定端输入后, 在介质压力的作用下, 弹性元件发生位移, 通过拉杆以及传动齿轮带动指针偏转, 显示出被测压力的大小。弹性式压力计由于其结构简单、工作可靠、价格低廉、使用方便、测压范围广、有的还可遥测及自动记录的优点, 在工业生产和实验室中均得到广泛的应用。弹性式压力计的主要缺点在于加载端容易发生泄漏、弹性元件的灵敏度较高导致抗震能力较差等等。

近些年来, 电气式压力计正在得到越来越广泛的应用。电气式压力计包括应变式电阻传感器、振弦式压力计以及电阻式压力计。应变式电阻传感器的原理是:导体或半导体在外界压力的作用下, 产生机械变形, 其电阻值将随之变化, 这种现象称为“应变效应”。把根据这种效应制成的应变片粘贴在被测材料上, 这样被测材料受到外界作用所产生的应变就会传送到应变片上, 从而使应变片上电阻丝的电阻值发生变化。通过测量电阻值的变化量, 就可推知所施加压力的大小。

振弦式压力计的原理是:振弦式压力计的敏感元件是一根被拉紧的钢弦, 其固有频率与拉紧力的大小有关。在振弦式压力计中, 弦的一端固定在支承上, 另一端与一膜片相连。工作时膜片上被施以被测压力, 钢弦则被置于永磁铁形成的磁场当中, 当钢弦被激发以自己的固有频率振动时, 就会在钢弦的两端感应出交流电势, 所发出的电压频率就是钢弦的自震频率。将这个电压放大, 用频率计测出频率, 然后根据频率再换算成被测压力数值。

电容式压力计的原理是:电容式压力计的敏感元件为弹性的膜片, 在压力的作用下, 弹性膜片发生变形, 改变了极板的间隙, 从而改变了电容的值, 通过测量电容值即可确定被测压力的大小。

与传统的压力测量装置相比, 应变式电阻传感器的优点主要在于:尺寸小、重量轻, 在测试时对试件的工作状态及应力分布影响较小;测量范围广、频率响应好, 故能进行动态压力测量。而振弦式压力计的优点主要在于:能够进行远距离传送, 且在传输过程中信号不易失真;可方便的采用数字仪表显示, 读数位数多, 精度相对比较高;频率信号可方便的转化成计算机系统的数码信号, 从而实现与计算机的联机。但是, 两者也存在着共同的缺点, 那就是在压力较大的情况下, 测量结果的非线性误差随之增大, 因此不宜在大压力下进行测量;此外, 温度对两者的测量精度都有较大的影响, 在高温下的测量结果需要进行修正。

在往复式压缩机的工作过程中, 气体的温度对于压缩机的效率有着重要的影响, 此外, 当温度过高时, 还会使得某些介质分解或发生剧烈反应, 或者使润滑油积碳, 导致燃烧、爆炸等严重后果。

测量气体的温度, 传统的方法是采用基于热膨胀原理的玻璃管液体温度计和双金属温度计。这两种温度计都具有价格相对低廉、读数直观的优点, 缺点是测温范围小, 精度相对不高, 测量结果不能远距离显示, 只能用作就地测量仪表。此外, 玻璃管液体温度计在分度时, 对于露出液柱的环境温度有一定的规定, 但在使用时, 往往所露出的液柱温度不完全与分度时的规定值一致, 这样就会引起误差;玻璃管液体温度计在使用中, 还有可能由于玻璃材料的自然老化而使得温度计的零点发生移动, 如果用零点有了位移的温度计来测量温度, 就会引起附加的测量误差, 要消除这项误差应对温度计进行定期校验。

由于传统的测量方法有着上述缺点, 近些年来, 电阻式温度计和热电偶温度计正在得到越来越广泛的应用。

电阻式温度计利用导体 (或半导体) 的电阻值随温度的变化特性来测量温度, 工业上被广泛用来测量中低温区的温度。根据电阻值随温度变化情况的不同, 测温元件分为热电阻和热敏电阻两类。前者材料为导体, 它的电阻值随温度升高而增大;后者材料为半导体, 其电阻值随温度升高而减小。其中, 半导体热敏电阻具有很高的副电阻温度系数, 其灵敏度比热电阻丝电阻高很多, 而且体积可以做得很小, 动态特性好, 特别适用于-100~300℃范围的测温。但也存在以下缺点:性能不稳定, 互换性差, 精度低, 且电阻值与温度间的关系是非线性的。其中, 热敏电阻阻值和温度的非线性关系, 是扩大测温范围和提高测量精度的关键问题。

热电偶温度计的原理是:两种不同成份的导体 (称为热电偶丝材或热电极) 两端接合成回路, 当接合点的温度不同时, 在回路中就会产生电动势, 这种现象称为热电效应, 而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量, 其中, 直接用作测量介质温度的一端叫做工作端 (也称为测量端) , 另一端叫做冷端 (也称为补偿端) ;冷端与显示仪表或配套仪表连接, 显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。与传统的测温元件相比, 热点偶温度计测量精度较高、反应较快, 可以感应微小的温度变化;与热电阻温度计相比, 热电偶在测量过程中不需要输入能量, 且测量结果与中间仪表和导线的情况无关, 可以方便的进行远距离测量。

综上所述, 随着生产过程信息化、智能化进程的加快, 电参量传感器在往复式压缩机压力和温度的测量当中, 将发挥越来越重要的作用。

摘要：结合电参量传感器在往复式压缩机压力和温度测量中的应用展开论述。

智能压力传感器的研究 第2篇

关键词 智能压力传感器 结构特点 数字采集与处理 设计

中图分类号：TP212 文献标识码：A

0引言

传感器是获取和转换信息的一种工具， 是计算机与自然界相联系的桥梁，作为过程控制和自动化技术的前沿环节，传感器已遍及到当今社会的各个领域。纵观其发展过程，可划分为三个阶段：

（1）结构型传感器，其特点是原理简单、性能可靠；

（2）物性型传感器，其优点是结构牢固，体积小，质量轻、响应速度快；

（3）八十年代刚刚发展起来的智能传感器（或称灵巧传感器），它是随着大规模集成电路和微处理机技术而迅速发展起来的，是微处理机高性能化低成本化的产物。

在我国的现代化建设中，各个企业的自动化水平在不断地提高。大型自动控制系统的信息从集中处理型向分散处理型发展是自动化技术发展的一个方向，同时也是广大企业所迫切要求的。因此，智能传感器在我国有着广阔的发展前途，有着日益繁荣的市场。

1智能传感器的结构特点

传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量的各个值处于稳定状态时输入与输出的关系；动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。

2智能传感器如何进行数据采集和数据处理

传感器之所以智能化是因为其可以将检测值转化为电信号进行传输。且被检测信号种类繁多，输出的信号有模拟量、数字量、开关量等，当然在使用这些信号之前，必须先通过各种预处理电路将传感器输出信号转换成统一的电压信号或周期信号，因为其中绝大多数传感器输出信号不能直接作为A/D转换的输入量。

数据采集：传感器信号经过与处理成为A/D变换器所需要模拟信号，模拟电压的数字化则要依赖于模拟转换器（A/D），它通过采样、量化和编码将输入信号变换为数字信号。

数据处理：传感器的数据输出信号经过A/D转换器转换，所获得的数字信号一般不能直接输入计算机供应用程序使用，还必须根据需要进行加工处理，如标度变换、非线性补偿、温度补偿、数字滤波等，以上这些处理也称软件处理。

3智能压力传感器的设计方案

3.1结构设计

本文设计的传感器提供了一种精确测量压力的系统方法，他将三种技术融为一体：硅压阻传感元件、微型计算机和信号处理。它可提供温度补偿和非线性度补偿，并且每台传感器同时具有数字信号输出和模拟信号输出。根据设计要求，智能压力传感器应采用低价格、小体积、高性能价值比的8位微处理器 （单片机 ）MSC1211Y5控制，用以实现传感器信息的处理、数字通信和智能化管理。

传感元件位于传感器系统之首，被测压力量需由它转换为电信号才能供给电路处理，因此它的性能对传感器系统有着很大的影响。本文采用固态压阻式压力传感器，其机构包括外壳，硅膜片和引线。其核心部分是一块圆形硅膜片，膜片周围用硅环固定，通常称为硅环。膜片两边有两个压力腔，一个是与被测系统相连的高压腔，另一个是低压腔，一般与大气相通，也有做成真空的。在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的电阻：R1、R2、R3、R4。四个电阻用导线接成平衡电桥。当膜片两边存在压力差而发生形变时，膜片各点产生应力，从而使扩散电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，输出响应的电压，其电压大小就反映了模片的压力差值。利用电阻的特征，选择适当位置布置电阻，使其直接入电桥四臂中，从而构成全等臂差动电桥。这样既提高了灵敏度又部分消除温度影响误差。

3.2软件设计

软件是整个系统的重要组成部分，系统的人机对话、数据的输入输出，数据处理等功能都通过软件来实现的。因此开发一个性能优良的应用软件是实现整个系统正常可靠运行的重要前提。本论文采用VC++编程语言，对系统的智能功能进行设计。

软件的设计完全按照结构化的程序设计来完成，将整个程序细胞划分为若干个子程序（模块），方便调试与检查，有了各个功能快的软件实现方法，软件的总体设计就变的简单了，软件设计中一个重要的思想是采用模块设计，把一个大的任务分解成若干个小任务，分别编制实现这些小任务的子程序，然后将子程序按照总体要求组装起来，就可以实现这个大任务了。这种思路对于可重复使用的子程序显得尤为优越，因为不仅程序结构清晰，而节约程序空间。

智能压力传感器软件有如下几个模块：

（1）对微处理器MSC1211Y5各种寄存器、A/D转换器和D/A的校准转换器进化初始化；

（2）对A/D转换器的校准包括各通道增益、零点漂移矫正；

（3）现场压力和温度数据的采集；

（4）压力传感器的温度补偿和非线性补偿；

（5）A/D输出，D/A数据输出；

（6）与上位机的通讯。

汽车机油压力传感器 第3篇

成果应用领域

该产品不仅适用于汽车, 还可用于油井、轮船、机车、管道热油管的压力检测和过程控制, 市场需求很大。

市场分析

汽车机油压力传感器是测量发动机润滑系统机油压力的重要汽车传感器, 是现有传感器中用量较大的一种。目前国内汽车行业仍广泛采用滑线式或双金属片结构电热式油压表。这种机械式结构型油压表存在精度低、生产质量稳定性差、寿命短、密封差、输出信号不能与数字化仪表相匹配等缺点, 已不能满足新型汽车的需要, 急需研制新型的汽车用机油压力传感器替代。由于汽车需在野外各种复杂的路面上高速行驶, 机油压力传感器实际承受的工作条件十分恶劣, 高温达+110℃以上, 低温达-30℃, 还有频繁的冲击、震动、腐蚀、过载等, 然而价格又要求十分低廉, 通常比工业过程控制、检测用传感器低1-2个数量级。常用的各种硅压阻式及金属箔式压力传感器都难以满足需求。在国外, 汽车工业已成为传感器市场首屈一指的最大市场, 而国内传感器生产厂达数百家, 但至今尚无一种压力传感器能真正用在汽车上。

经济效益

两年形成10万只机油压力传感器的生产能力;三年形成年产100万只机油压力传感器的生产能力。每只售价90元, 则每年销售收入可达9000万元, 利税2000万元。

主要技术指标

工作温度: (-30～+110℃) ;压力范围:0～0.6MPa (并在0.08±0.01MPa时报警) ;过载:5倍;输出特性:满足YG2221G所配油压表特性, 符合JB3014-81《汽车用压力表》标准;耐久性:应经受2万次循环交变压力试验;精度:不低于现有YG2221G;外型尺寸:和现有YG2221G一致, 能替换。

成果成熟度

该产品目前处于小批量装车实验阶段。

合肥荣事达科源公司享有自主知识产权。

合作方式

合作开发产品。

联系人:薛文法孙怡宁

电压力传感器 第4篇

关键词：薄膜压力传感器；敏感栅；实仓；底部压力

中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0051-02

粮食是一种散粒体，具有散体典型的力学特性。粮堆中粮粒的大小、饱和程度、破碎是不同的，杂质的大小和轻重也不一样，粮堆是非均匀的介质。因此，散堆粮底部压力测定一直是一个难以解决的问题。本文尝试研究薄膜压力传感器在散堆粮实仓中的应用，旨在探究薄膜压力传感器是否适用于散堆粮底部压力的测定。

1 薄膜压力传感器的测压原理

薄膜压力传感器的最主要组成部分是敏感栅。敏感栅可以看成为一根电阻丝，其材料性能和几何形状的改变会引起栅丝的阻值变化。

设一根金属电阻丝，其材料的电阻率为ρ，原始长度为L。不失一般性，假设其横截面是直径为d的圆形，直径d受拉伸后变细为d'，面积为A，初始时该电阻丝的电阻值为R。

由物理学可知，具有均匀截面的金属导体的电阻为：

如果金属导体受到变形？着，其电阻R将发生变化，即：

将式（2）取对数进行微分，得：

在外力作用下，电阻丝会产生变形。假设电阻丝沿轴向伸长，其横向尺寸会相应缩小，横截面的半径减少导致横截面面积发生变化。于是有下式：

其中，μ为金属丝材料的泊松比；为金属导线长度的相对变化，用应变表示，即：

把公式（4）、（5）同时代入式（3），则得：

由于金属导体电阻的相对变化量与其所受的应变呈比例，即：

于是式（7）可改写为：

在式（8）中，前一项是由金属丝变形后电阻率发生变化所引起的；后一项是由金属丝变形后几何尺寸发生变化所引起的。Ks为单根金属丝的灵敏系数。表示金属丝的电阻变化率与它的轴向应变成线性关系。根据这一规律，采用能够较好地在变形过程中产生电阻变化的材料，制造将应变信号转换为电信号的电阻应变片。再由公式：

就可以求得散堆粮实仓底部压力。

2 试验过程及数据采集

2.1 薄膜压力传感器的介绍

目前，薄膜压力传感器应用最为广泛的是以各种应变电阻合金箔为敏感栅的金属箔式应变片。箔式应变片是利用光环学技术把金属电阻箔蚀刻成各种敏感栅，常用的箔材厚度为3 ？滋m，最薄的箔材厚度可达1 ？滋m。由此组成的各种应变片具有形状多样化、允许电流大、柔性好、耐疲劳寿命高、承受大变形能力强、横向效应小、蠕变特征好、成本低、效率高等特点。目前尽管应变片的形式很多，结构各异，但归纳起来各种应变片大都是由应变敏感栅（丝或箔）、胶粘剂、基底、覆盖层和引线等部分组成。此次试验所用的薄膜压力传感器实物，如图1所示，箔式应变片基本结构，如图2所示。

2.2 薄膜压力传感器的标定

薄膜压力传感器的标定方法有液压标定、气压表定、土介质标定，该实验采取水压标定检验薄膜压力传感器的性能指标及传递特性是否满足要求。包括：量程、分辨率、精度、稳定性及传递特性（非线性度、滞后、重复性），参照薄膜压力传感器出厂时的标定数值，判薄膜压力传感器精度是否合格。标定完成后让一重量为60 kg的人站在薄膜压力传感器上进行复核，结果如图3所示，薄膜压力传感器测定的人体重量为57.1 kg，标定误差在允许范围内薄膜压力传感器可以使用。

2.3 实验过程

将薄膜压力传感器铺设在模拟实仓（长6 m，跨度9 m，最大储粮高度6 m，总仓容重243 t）底部，进粮方式采用机械化进粮。待粮食进到5.37 m平定粮面后，开始初次测量薄膜压力传感器数值并用薄膜压力分布测试系统I-SCAN软件采集实仓底部压力数值，测试数据2～4 d采集一次，采集次数16次，持续时间40 d。粮堆底部压力变化趋势，如图4所示。

由薄膜压力传感器采集数据图可知，经过进粮后粮食的自然沉降，总体上看散粮堆底部压力随着时间的增加而呈现出逐渐增大的趋势。但是当自然沉降到一定程度后，粮堆底部压力又呈现稍许下降趋势，下降后又逐渐增大的反复过程。

3 试验结果分析

粮食的力学特性是比较复杂的，本实验采用薄膜压力传感器测定散粮堆实仓底部压力的变化趋势，从采集数据上看粮堆底部压力分布是非均匀的。粮堆底部压力的影响因素较多，本文主要反映粮堆自然沉降过程中底部压力的变化情况。另外，本文为粮堆底部压力的测定提供了思路具有一定的参考价值。说明了薄膜压力传感器运用于粮堆底部压力的测定有一定的可行性。同时，此次试验也存在很多不足，如薄膜压力传感器的标定存在误差，薄膜压力传感器的铺设单一不能系统的反应粮堆底部压力变化情况，在下一步的研究中可以尝试在散粮堆实仓底部满仓铺设薄膜压力传感器，更近一步的研究薄膜压力传感器在散堆粮实仓中的应用。

参考文献：

[1] 尹福炎.电阻应变片与应变传递原理研究[M].北京：国防工业出版社，2011.

压力传感器的温度补偿 第5篇

关键词：压力传感器,温度补偿,电路

传感器种类繁多, 故传感器是一门分散型技术, 同时也是一门密集型的技术, 它涉及面很广包括物理、化学、金属学、机械、电子等几乎所有的电子技术。应用最为广泛的是压阻式压力传感器, 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。本文以压阻式压力传感器为例从几方面加以讨论。

一、材料方面

目前的传感器由于小型化的需要大多采用半导体材料, 由于半导体材料对温度尤其敏感, 因而温度补偿则更为关键。

我们首先从半导体材料本身出发, 由于半导体材料的电阻率ρ与载流子浓度n、p及载流子迁移率, 有如下关系:式中的n, p, un, up均与T有关。

单用掺杂的方法来降底电阻温度系数, 本体杂质浓度CB=10cm3时ρ随T的变化趋于稳定。当然, 掺杂的同时必须考虑到杂质浓度越大, 则易导致更多的晶格缺陷。

对半导体材料本身来考虑, 还可以从扩散系数和深结等方面着手, 但这几方面比较复杂须考虑多种因素。另外, 由于金属的电阻温度系数较低, 因而考虑在硅衬底上沉积金属膜以达到降低电阻温度系数的目的。通过研究得知锰的电阻较高且具有低电阻温度系数 (TCR值) 。所以用沉积锰的方法可以较有效克服温飘。即用硅 (Si) 作衬底后沉积锰薄膜做成应变电阻。

二、电路设计

通常设计中采用传统的惠斯通电桥法, 四个力敏电阻组成惠斯通全桥, 当传感器受压力时全桥电阻发生变化产生电位差, 电位差的大小与受力值成正比。电桥有源压阻传感器等效电路, 如图1所示。从理论上分析只要电阻高度匹配, 即R1/R2=R3/R4, 就可以抑制温飘, 但是制作工艺上却很难将四个桥臂阻值和温度系数作得完全一致。原理上我们可利用另一方法即将供电的恒流源或恒压源调成与传感器具有相同阻值而反号温度系数。但这种方法调试有很大难度, 需一系列精确仪器, 因而在实际应用中较困难。这里分别采用串并联电阻和双传感器互相抵消的补偿方法。

(一) 串并联电阻消除零飘。

如图2所示在原先的桥臂上分别串上或并上或RP, 由于RS, RP的作用, 对温度变化引起的误差有一定的补偿作用。这里简单分析一下:对于一个已调零的传感器, 由于温度变化会导致零点飘移。若只串RS, 温度上升时R1/R2> (R4+RS) /R3, 会导致输出升高过度。而只并RP, 若T上升时R1/R2

(二) 双传感器抵消补偿法。

为使温飘误差减少到较小的程度, 而且避开电阻匹配的麻烦, 可利用传感器归一化技术使双传感器探头的温度飘移误差相等。然后, 通过电子线路利用差分放大器将温飘误差信号相互抵消。电路图如图3。

现简单计算一下:

从各个电阻流入放大器同相端节点的电流应满足弥耳曼定理 (1942) :

由 (1) 代入 (2) 可得:

因为传感器I和传感器II归一化后输出电压:

另外一方面由于传感器I和传感器II的两组同名端分别为Va、Vd及Vb、Vc, 在室温状态下不考虑温漂调节多圈精密电位器RW使:Vab+2 (Vb+Vc) +2VE=0 (5)

式中Vab是传感器在0mbar吸力下零点电压。

由D得:V0=2 (Va-Vb)

温度变化时:Vab+2 (Vb+Vc) +3VE≠0

假定基准电压V E漂移系数为零, 则传感器温飘响应输出, 且当R>>r时, 则误差计算如图4所示:

因为材料的温度系数较大, 而且工艺相同, 因而其同名端温度系数相对一致, 所以可认为⊿Vc+⊿Vb和⊿Va+⊿V d温度飘移量相等, 即:⊿V0=0

当然采用该法相对成本较高, 而且须采用低温飘高稳定的差分放大器, 但可使传感器输出飘移误差减少到10Uv以下, 对漂移有较好的抑制作用。

三、单片机实现温度误差补偿

依靠传感器本身附加一些简单的硬件补偿措施是比较困难的, 目前对于一传感器测量系统已大量引入了单片机, 实现自动检测和控制。因此用单片机自身的特点, 利用软件来解决传感器温度误差难题也是一条有效途径。

在一单片机传感器测量系统中, 要解决传感器温度误差补偿问题, 首先要测出传感器点的温度, 该温度信号作为多路采样开关采集信号的一路送入单片机。测温元件通常是安装在传感器内靠近敏感元件的地方, 用来测量传感器点的环境温度, 测温元件的输出经放大及A/D转换送到单片机, 单片机通过并行接口接收温度数据, 并暂存温度数据。信号采样结束, 单片机运行温度误差补偿程序, 对传感器信号的温度误差进行补偿。对多个传感器, 可用多个测温元件, 常用的测温元件有半导体热敏电阻、AD950测温管、PN结二极管等。原理框图如图5。

四、结束语

综上所述的种种补偿方法各有优缺点。材料方面, 由于半导体材料适于小型化, 传感器的开发已得到了广泛的重视, 各国现阶段基本上致力于半导体传感器的研究, 而且温度补偿作为传感器的一个重要课题 (半导体传感器尤其重要) 已得到普遍开展。外部电路设计, 材料本身的改进以及用单片机软件实现传感器温度误差补偿等补偿法都可以有条件地应用, 但实际生产中则必须考虑到测量精度、系统电路的复杂程度、可靠性、生产条件成本及资金, 以及消费能力各方面因素。

参考文献

《传感器电子学》

HF.沃尔夫编《SILICON　SEMI-CONDUCTOR　DATA》

《SENSOR　AND　ACTUATORS》, 1990, A2401

(美) D.H施因果德《传感器接口及信号调理电路》

陈本华《压力传感器漂移误差补偿》

智能压力传感器系统设计 第6篇

作为一个测试设备,传感器可以接受并处理被检测到的信息,通过一种方式变化成电信号或其他各种不同物理状态的信息进行输出,用来达到对信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。因为处在检测系统最前面的位置,整个测控系统的稳定性直接受影响于传感器运行的稳定性和可靠性。然而,比如外部环境的温度、湿度、电源波动等原因直接对传感器造成影响,非线性输出是其重要特性,它的精准度因此在很大程度上减少,检测精度和平稳性因此而变低。使用范围最大的压力传感器的其中一个就是压阻式压力传感器,其也一样存在这个问题,对压力的检测通过其半导体材料的压阻效应[1]来实施,高灵敏度、动态响应好、精准度高、很小的体积、很轻的重量等是其特有的属性。但因为压阻式传感器拥有半导体材料本身特有的特点,其输出值受到输入的压力和外部温度改变的影响,导致温度漂移情况的产生,又因为其自身拥有的非线性问题和其在装配搬运等操作中承受的应力以及电压电流的浮动等影响,符合要求的检测准确度很难实现,在很大程度上影响了系统的功能,外部环境温度改变非常大的使用区域因此受到的影响会更大。建立自动检测和自动控制的第一个重要点就是它。而实际工业生产活动中经常使用的一类传感器就是压力传感器,在各种工业自控环境中都有大规模应用,很多行业都有使用。

1智能传感器结构的设计

一个传感器系统整体中,传感元件处在第一的位置,必须采用传感元件,被测量的压力量才可以改变成电信号而得到准确的分析,所以传感器系统是否够精准与传感元件的好坏有着直接的联系。体积小、准确度高、灵敏度高且拥有很好可靠性的固态压阻式压力传感器一般被用来对信息数据的收集。一块硅膜片是整个固态压阻式压力传感器最重要的组件,硅环对膜片周围实施紧固,而一个低压腔和高压腔在膜片的两边。当相应膜片上的各点因为有压力差存在于膜片两边造成变形时会出现应力,对电阻阻值造成改变,造成电桥失衡而输出对应的电压,膜片上的压力差值因此而得到直观的显示。

2智能压力传感器设计要点

2.1正确安装传感器

一般来讲安装位置不合理是造成智能压力传感器受损的直接原因,假如在很小或者不合适的孔内实施传感器的安装就有对传感器的震动膜造成挤压的可能性,传感器因此可能会遭到破坏,所以传感器的安装孔应该被合理地进行加工处理,安装的速度和成果得到很大程度的提升,而且传感器良好的封闭性也与其在装配时使用的扭矩有关,传感器在使用的时候,其松脱的情况也能得到遏止。

2.2重视误差及温度补偿

尽管数据的误差因为智能压力传感器的使用而减少了许多,可是依旧会有非线性误差的存在,因此同样要重视对此类误差的规避,在实施数据的研究检测的时候测量,在一般的使用状态下,使用半桥差动或全桥差动的电路来对误差进行规避,使误差更大的减少,让灵敏度下输出的时候可以得到提升。且温度补偿的功能是全桥差动电路所具备的,压力传感器受外部环境温度的影响将得到很好的降低,因此在很多行业都有使用。

3智能压力传感器的趋势

1)更智能、更精密是其未来的趋势。给传感器提出的诉求,因为持续提升的自动化生产技术也在持续的提升,生产的高效性需要依靠研究出高灵敏度、高精确度、高运行速度的新型压力传感器才可以得到保障。

2)更加可靠和更加宽泛的温度区间也是其未来的趋势。温度在-20℃~70℃区间内是当前大多数传感器的运行的外部环境温度,其离工业生产需要达到的要求还有很远,所以研制对外部环境要求更宽泛的传感器是必然趋势。而电子设备的功能同样受到传感器可靠性直接影响,因此这是个长期的发展趋势在开发高可靠性的智能压力传感器方面。

3)微型化同样是其未来的趋势。尽管使用在智能传感器的软件已经很小,可是在传感器控制装置上,其大小没有发生根本性的改变,在装置体积变小的情况下才可以将传感器的高效、广泛使用变成现实,因此新的材料和新的加工工艺以及技术的研究与使用是对当前生产企业的要求,才能使设备的微型化成为可能。尽管当前部分传感器的体积因为采用了硅材料而已经非常小了,可是对使用更多新材料的研究不能停止。

4)更加智能化也是其未来的趋势。

4结语

对普通压力传感器来讲,智能压力传感器系统具备结构简单、体积小、性能稳定、可靠性高等许多优势,性价比同样非常高。使用和设计都不是很完备的我国智能压力传感器应该花费更大的精力去做研究,只要我们敢想敢做,必然会研究出更加适合实际生产的智能压力传感器系统。

参考文献

[1]王泉.智能压力传感的研究与设计[J].电子质量,2009(2).

[2]董杰.智能压力传感系统的设计[J].可编程控制器与工厂自动化,2009(9).

机油压力传感器修复1例 第7篇

某部1辆东风EQ2102GJ运输车, 配备康明斯EQ6BT-5.9柴油发动机。驻训期间出现机油压力表无压力指示的故障, 经排查后确认机油压力传感器损坏。该件损坏后通常换新品, 但因当时条件限制, 无处购买, 只好对其进行修理, 现将修理过程作简要介绍, 供同行交流学习。

机油压力传感器的分类、构造和工作原理

机油压力传感器又称机油压力感应塞, 与机油压力指示表、机油压力报警灯或蜂鸣器组成机油压力指示与报警电路。目前, 汽车上常用的机油压力传感器可分为电热式和可变电阻式 (电动式) 2种。现以该车配备的EQ153可变电阻式机油压力传感器为例, 介绍其构造和工作原理。

机油压力传感器为1个圆柱铁壳密封件, 顶部有G、WK等2个接线柱, 通过导线分别与指示表和报警灯相连, 并用胶木或塑料与铁壳绝缘;外壳搭铁, 与蓄电池负极相连 (有的传感器外壳不搭铁, 在顶部有一专用搭铁接线柱) ;底部为套有丝扣的接头, 接头中间有油孔, 与机体油道相连。壳体内部包括膜片、推杆、传感放大机构、可变电阻、报警机构和回位弹簧等部件。膜片用于直接传感机油压力, 当机油压力发生变化时, 膜片中心发生位移, 并经推杆传给放大机构;放大机构由摇臂、电位器触点臂和报警活动触点组成, 它将膜片的位移改变方向并放大后, 带动电位器的触点臂在电位器上移动, 从而改变电阻的大小, 阻值的变化引起电流的变化, 使机油压力指示表显示不同的油压值;可变电阻是用电阻丝在绝缘板上绕制成的, 一端悬空, 另一端通过导线焊接到G接线柱上;报警机构为一绝缘板, 板上有1个固定触点, 通过导线焊接到WK接线柱上, 与放大机构上的报警活动触点组成1对常闭触点, 机油压力正常时触点断开, 当发动机不工作或机油压力低于0.07～0.11MPa时, 报警活动触点在回位弹簧的作用下与固定触点闭合, 接通报警灯或蜂鸣器报警。

维修过程

通过对比该传感器和1个使用正常的传感器的阻值 (见表1) , 不难发现该传感器G接线柱到可变电阻之间开路, 只有打开才能修理。把传感器夹到台钳上 (夹六角螺母处) , 用细齿钢锯条在铁壳中上部 (靠近接线柱) 锯一条环带, 用一平口起子轻轻撬动, 让两部分分离, 再用30W电烙铁焊开G和WK接线柱内的导线, 把上半部壳体取下。通过观察发现G接线柱引线在与可变电阻连接处断开, 至此找到故障点。然后用汽油清洗传感器内部, 一定要把铁屑和油泥洗掉。干燥后用30W电烙铁把故障点焊接好, 再用三用表测量阻值是否正确。最后就是两壳体焊接的问题了, 先用废钢锯条刮除焊接部位的油漆和氧化物, 再用30W电烙铁焊掉接线柱出线孔内的焊锡, 把G与WK引线插入相应的接线柱孔内, 并用电烙铁焊牢固。注意焊接时间过长会引起塑料融化, 破坏接线柱与壳体的绝缘度。然后, 把两半壳体对接好, 为防止错位和缝隙过大, 应用细铁丝轻轻捆扎几圈, 再夹到台钳上 (夹六角螺钉处) , 最好在台钳口放隔热物, 减少散热速度。用150W电烙铁进行焊接, 焊接完一部分后要等几分钟再焊接下一部分, 分3～4次完成。焊接时要细心, 时间不可过长, 以免壳体过热, 焊锡流入壳体内或堆积。焊接完成后去掉细铁丝, 用平锉刀进行修理, 最好再用Φ40的热缩管进行收缩, 加强紧固度, 再用三用表复测, 确保修理质量, 最后装到发动机进行试验。该传感器维修后已经使用半年有余, 至今没有发生问题, 说明维修成功。

使用注意事项

1.安装电热式机油压力传感器时, 为提高指示表的准确性应使外壳的凸肩 (或箭头) 朝上。

用氧传感器诊断电喷发动机故障 第8篇

目前, 实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器2种。常见的氧传感器有单引线、双引线和3引线之分, 单引线氧传感器为氧化锆式;双引线氧传感器为氧化钛式;3引线氧传感器为加热型氧化锆式。原则上讲, 这3种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。

氧传感器一旦出现故障, 将使电子燃油喷射系统的电控单元不能得到排气管中氧浓度的信息, 因而不能对空燃比进行反馈控制, 这样会使发动机的油耗和排气污染物增加, 且会出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。

氧传感器信号是电控单元对空燃比进行闭环控制不可缺少的依据, 氧传感器要探测的是混合气的浓度, 但它并不是直接探测混合气, 而是探测混合气燃烧后的废气中的氧分子含量, 间接地得到当前混合气的浓度。氧传感器其实就是一个低电压、低电流的小电池, 它伸入到排气管中, 外表面直接与发动机的排气相接触, 内表面则与大气接触。大气中的氧分子浓度是不变的, 而排气中的氧分子浓度是随混合气浓度的变化而变化的, 当氧传感器内、外表面接触的氧分子浓度不同时, 便会形成一个电位差。

当混合气的实际空燃比高于理论空燃比 (14.7) , 即为稀混合气时, 废气中剩余的氧分子浓度相对较高, 这时氧传感器内、外的氧分子浓度相差较小, 只能输出大约0.1V的电压;而当混合气的实际空燃比低于理论空燃比, 即为浓混合气时, 废气中剩余的氧分子非常少, 这时氧传感器内、外表面的氧分子浓度相差较大, 可以输出大约1.0V左右的电压。这样, 电控单元就可以通过氧传感器输出的信号电压了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差, 并根据这个信号相应调整喷油器的通电时间, 以弥补这个偏差, 从而提高控制精度, 即所谓的“闭环控制”。

电控燃油喷射发动机采用的氧传感器大致分为单引线、3引线及4引线等几种形式, 区别在于3引线或4引线的氧传感器多了一个加热装置, 其作用是为了使氧传感器尽快达到工作温度 (400～800℃) 。

实践证明, 利用氧传感器输出电压可随混合气浓度的变化而变化的特性, 可以帮助我们诊断一些燃油系统、进气系统甚至机械部分的故障, 但前提是氧传感器及其控制系统的功能必须完好。

氧传感器的检查步骤如下:

(1) 检查氧传感器加热器电阻:拔下氧传感器插头, 用万用表电阻档测量氧传感器侧1、2号插脚之间的电阻, 其标准值可查阅具体车型的维修手册。一般来说, 该电阻值应在4～40Ω之间。如果不符合标准值, 应更换氧传感器。

(2) 检查氧传感器反馈电压:查阅所测车型的维修手册, 找到氧传感器的信号线, 并用电线中的铜丝插入相应插孔;插好插头并将万用表 (直流电压档) 连接在铜丝及负极之间 (注意:必须使用数字式万用表, 且铜丝绝对不能搭铁, 否则将不可恢复性地损坏氧传感器) ;起动发动机, 使水温达到至少80℃;使发动机转速多次达到2500r/min后保持在2500r/min;观察万用表显示的电压值, 应在0.1～1.0V之间迅速跳动 (10s内应至少变化8次) 。

若电压变化比较缓慢, 不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障, 也可能是氧传感器表面被积碳覆盖, 使其灵敏性降低。此时可使发动机高速运转几分钟, 以清除积碳, 然后再观察氧传感器信号电压是否符合规定。如果仍不符合规定, 则进行下一步检查。

(3) 检查氧传感器是否损坏:拔下氧传感器插头, 使氧传感器与电控单元分离;用万用表测量氧传感器信号输出端对负极的电压;拔下一根进气管上的真空管, 人为地形成稀混合气, 此时电压应下降;拔下油压调节器真空管, 并用手堵住, 人为地形成浓混合气, 此时电压应上升。如果氧传感器本身没有故障, 则故障在电控单元或线路以及燃油、空气、机械方面。

在检查燃油系统、进气系统及机械部分的故障时, 这里面的影响是很奥妙的, 需要多动脑筋思考。例如, 当进气系统出现真空泄漏时, 排气中的氧分子浓度变大, 氧传感器输出低电压, 电控单元会认为混合气过稀, 从而发出指令向加浓的方向调整, 但无论怎样调整也弥补不了漏进系统的大量空气, 所以氧传感器会一直显示0.1～0.3V的低电压。

再如, 当油压调节器出现故障导致油压过高时, 会使排气中的氧分子含量减少, 氧传感器输出高电压, 表示混合气过浓, 电控单元便会减少喷油时间, 但由于氧回馈系统的调整是微量的, 无法弥补油压过高造成的混合气过浓, 所以氧传感器会一直显示0.6～0.9V的高电压。其它情况还有很多, 如“缺缸”造成的影响等等。下面介绍一个利用氧传感器排除故障的实例。

故障现象:一辆奥迪A6 2.0轿车, 怠速不稳, 排气管冒黑烟, 且耗油量大。

故障分析:用大众公司专用故障诊断仪V.A.G1551检测发动机电控系统, 没有故障码存储, 但显示氧传感器无反馈电压。该车不久前因同样的故障在其它修理厂更换了氧传感器, 所以可以肯定氧传感器本身没有问题, 故障应在反馈电路或电控单元本身。

利用数字式万用表从氧传感器插头测量氧传感器反馈电压, 始终处于0.9V以上, 说明当前混合气偏浓。由于V.A.G1551无法反映反馈电压, 判断可能是氧传感器信号反馈部分有故障。于是, 测量传感器到电控单元信号线的电阻值及其与搭铁的电阻值, 但均没有发现异常, 故可以肯定故障在电控单元本身。

电涡流式钞票厚度检测传感器设计 第9篇

关键词：电涡流,钞票,厚度,传感器

0前言

电涡流厚度检测具有成本低、线性范围大等优点。通过选择合适的频率点和被测金属材料,可用于检测金属材料的位移。通过机械结构把钞票厚度转换成金属材料位移的变化,可以用于测量钞票厚度。

在ATM机和纸币清分机中,钞票的厚度检测是必需的功能,通过钞票的厚度特征可以识别钞票上粘贴的胶带和折角等,从而剔除不合格钞票。由于胶带可能粘贴在钞票上的任何位置,所以厚度检测必须能够覆盖整张钞票的范围,需要设置紧密排列的多路厚度传感器,每路厚度传感器的结构相同,检测原理也相同。通过多路独立的厚度传感器检测出来的信号,拼接成整张钞票的厚度特征,从而识别钞票厚度是否有异常。

1 电路原理

原理框图如图1所示,由晶体振荡器、CPLD、驱动电路、电涡流谐振电路、检波电路、比较放大、基准电压产生、A/D转换器、CPU等部分组成。

1.1 晶体振荡器

采用有源晶振,提供稳定的频率给电涡流线圈作为激励源,系统的频率稳定性取决于此晶振。

1.2 CPLD

晶体振荡器产生的振荡信号输入CPLD,经过CPLD分频后,输出2个不同频率的信号到驱动电路,再输出到电涡流线圈。共有12路电涡流线圈,分别是A1~A6、B1~B6,A和B的工作频率不同,A和B在PCB板上交替排列,防止互相干扰,如图2所示。

1.3 输出驱动电路

用于提高CPLD输出信号的驱动能力,驱动电涡流线圈工作。

1.4 电涡流谐振电路

由电涡流线圈和谐振电容组成。应该谐振在工作频率的附近。

1.5 检波电路

负责检出经过谐振电路分压后的高频信号包络。

1.6 比较放大

把检波输出电压和基准电压相减后放大输出,以得到较高的分辨力,输出到A/D。

1.7 基准电压产生

每路传感器的基准电压可通过IIC接口调节,用于和检波输出电压相减,以补偿结构或电路的差异造成检波输出电压的不一致。

1.8 A/D转换器

用于把放大输出的传感器模拟信号转换为数字信号,采样速率和采样时间受CPU控制。

1.9 CPU

控制A/D转换器进行传感器信号采集、非线性修正等。

2 厚度传感器结构原理

厚度传感器的机械结构原理如图3所示,由1条基准轴和12个浮动轮构成。基准轴固定在两侧框架上,要求旋转起来圆周的跳动尽可能小。浮动轮围绕着转轴上下运动,被测金属片固定在浮动轮上,随浮动轮一起上下运动。电涡流线圈固定在电路板上,位置固定不变。弹簧负责给浮动轮施加压力,使浮动轮紧贴基准轴。限位片用于防止浮动轮横向移动。基准轴和浮动轮紧贴在一起旋转,钞票经过两个轮子之间时,浮动轮会被顶起,造成被测金属片和电涡流线圈距离发生变化,通过检测顶起的高度,可以得知钞票的厚度情况。

3 厚度测量方法

首先需要厚度自校准,相当于自学习的过程。先让厚度组件空转,测得传感器输出电压,称为零值电压,然后使用1张标准厚度的测试钞票,称为校准钞,以正常速度通过厚度组件,测得传感器输出电压,此电压减去零值电压,得到电压变化量,然后转换成100μm厚度对应的传感器输出电压变化量,即为K值。比如校准钞的厚度为110μm,对应的电压变化量为550m V,则100μm的电压变化量为100/110550=500m V,即K值为500m V。假设厚度组件是稳定的,那么其K值应该恒定不变,后续的测量可以此为基准。

正常点钞时厚度检测,每次点钞前都会让厚度组件空转,先测得零值电压,然后开始点钞,用测得的钞票厚度电压减去零值电压,得到的电压变化量通过K值换算成实际的钞票厚度。即如果测得的厚度电压变化量为600m V,那么厚度为600/500100=120μm。

实际使用时由于振动、机械磨损的影响,使金属片和传感器的距离发生变化,由于距离和传感器输出的关系不是线性的,所以相当于厚度K值发生了变化,为了补偿K值的变化,需要在使用前先进行非线性修正。

4 非线性修正方法

首先,通过人工测量的方法得到传感器输出电压Vs和检测距离(金属片到传感器的距离)的关系曲线。设基准电压的调节范围为Vbmin~Vbmax,Vo的变化范围为Vomin~Vomax,且Vo=(Vs-Vb)G,G为放大倍数。实际使用时,要给Vo预留上下变化的范围,要求没有钞票时Vo=Vomax/2。调节金属片到传感器的距离D,使Vs在Vbmin+Vomax/2/G到Vbmin+Vomax/2/G之间变化,得到传感器输出电压Vs和检测距离的关系曲线,如图4所示。该关系曲线存储在CPU的非易失存储器中。该关系如表1所示。

实际测量前,先对厚度组件进行校准,得到当前工作点的K值Kw。然后CPU根据当前基准电压Vb和比较放大 输出Vo的值 , 可以计算 出当前Vs值Vsw=Vo/G+Vb,CPU通过查找内部存储的关系曲线,计算出Vsw点的斜率Bw。假设Vsw处于Vs1和Vs2之间,那么Bw=(Vs2-Vs1)/(D2-D1)。

实际测量时,同样根据基准电压Vb和比较放大输出Vo的值,可以得出当前的Vs值Vsv。查表计算出Vsv点的斜率Bv,那么当前的K值Kv=BvKw/Bw。即实现对K值的非线性修正。

5 结束语