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壓電式壓力傳感器
壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后,它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場,這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形,電場去掉后,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。為此,基于高斯混合實現(xiàn)的PM-PHD濾波,本文提出一種高斯分量權(quán)重的重分配方法。
壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多,按彈元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上,由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件,再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關(guān)系的電信號。這種傳感器的特點是體積小、動態(tài)特性好、耐高溫等?,F(xiàn)代測量技術(shù)對傳感器的性能出越來越高的要求。用有限元分析軟件FEMM對磁路進(jìn)行模擬,從原理上論證了方案的可行性。
例如用壓力傳感器測量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖,在測量中不允許用水冷卻,并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料,壓電效應(yīng)就是在它上面發(fā)現(xiàn)。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ( 20°~ 30°)割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點高達(dá)1210℃,是制造高溫傳感器的理想壓電材料。數(shù)字接口器件常使用兩線接口(I2C或PMBus),并具有內(nèi)置的ADC。
藍(lán)寶石壓力傳感器
采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件,具有的計量特性。
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成:鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片,被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起)。在壓力的作用下,鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變,該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后,其電橋輸出會發(fā)生變化,變化的幅度與被測壓力成正比。Maxim廣泛的硅溫度傳感器IC支持醫(yī)學(xué)、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心及移動等各種應(yīng)用。
傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電,并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出(0-5,4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中,藍(lán)寶石薄片,與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起,起到了彈性元件的作用,將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變,從而達(dá)到壓力測量的目的。結(jié)果表明所設(shè)計的傳感器在非敏感方向上梁的剛度較大,軸向交叉效應(yīng)得到了有效抑制。
藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象;藍(lán)寶石比硅要堅固,硬度更高,不怕形變;藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性( 1000 OC 以內(nèi)),因此,利用硅 - 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,對溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);隨著IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其對測試儀器的要求越來越高,即要保證芯片的參數(shù)準(zhǔn)確,又需要很,測試儀變得智能化。另外,硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件,無 p-n 漂移,因此,從根本上簡化了制造工藝,提高了重復(fù)性,確保了高成品率。
用硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器,可在惡劣的工作條件下正常工作,并且可靠性、精度好、溫度誤差、性價比高。
傳感器的作用(二)
4、壓力傳感器
作用:壓力傳感器主要以力學(xué)信號為媒介,把流量等參數(shù)與電信號聯(lián)系起來,可測量發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力、氣缸壓力、大氣壓、油壓等,常用壓力傳感器可分為電容式、半導(dǎo)體壓阻式、差動變壓器式和表面彈性波式。
電容式多檢測負(fù)壓、液壓、氣壓,可測 20~100kPa 的壓力,動態(tài)響應(yīng)快速敏捷,能抵御惡劣工作條件;壓阻式需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路,它常用于工業(yè)生產(chǎn);相對于差動變壓器式不穩(wěn)定的數(shù)字輸出,表面彈性波式表現(xiàn)異,它小巧節(jié)能、靈敏可靠,受溫度影響小。
5、氣體濃度傳感器
作用:被用來檢測各種氣體濃度。比如氧傳感器,多在發(fā)動機(jī)排氣管中,用來評價空燃比。目前應(yīng)用的有氧化鋯式和氧化鈦式。氧化鋯式更受歡迎,它能在一定溫度下將元件極板內(nèi)兩側(cè)氧濃度差化為濃差電動勢,成本低廉,而且測試結(jié)果受環(huán)境影響很小。
6、溫度傳感器
作用:溫度傳感器主要用于檢測動力系統(tǒng)和車內(nèi)的溫度,它使用了不同種類的電阻器:線繞式、熱敏式、熱偶式。線繞電阻式和熱偶電阻式精度比較高,但線繞電阻式響應(yīng)不及時,熱偶電阻式不能單獨使用必須搭配放大器和冷端處理,而熱敏電阻式雖靈敏但線性差,使用溫度有限,因此三種傳感器各有優(yōu)劣。本文章簡要概述了模擬集成電路的重要性及發(fā)展國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上引出了數(shù)模混合集成的霍爾傳感器芯片,對霍爾傳感器原理、應(yīng)用和未來發(fā)展?fàn)顩r作了詳細(xì)的描述。
7、爆燃傳感器
作用:它被安裝在發(fā)動機(jī)機(jī)體上,可檢測氣缸壓力、振動和燃燒噪聲,判斷發(fā)動機(jī)的爆燃程度,再通過調(diào)整點火來排除隱患。爆燃傳感器常用磁致伸縮式。