[센서 원리] 압력 센서의 작동 원리 및 응용

Thread Content

이 게시물은 Wang Tianze가 2016-3-22 15:46에 마지막으로 편집했습니다. 압력 센서의 작동 원리 및 응용 - Reposted 압력 센서는 산업 현장에서 가장 일반적으로 사용되는 센서입니다. 그들은 수자원 보존 및 수력 발전, 철도 운송, 지능형 건물, 생산 자동화, 항공 우주, 군사 산업, 석유 화학, 유정, 전력, 선박, 공작 기계, 파이프라인 및 기타 여러 산업과 관련된 다양한 산업 자동 제어 환경에서 널리 사용됩니다. 다음은 일반적으로 사용되는 센서 원리와 응용 분야에 대한 간략한 소개입니다. 1. 스트레인 게이지 압력 센서의 원리 및 응용 저항 스트레인 게이지 압력 센서, 반도체 스트레인 게이지 압력 센서, 압저항 압력 센서, 유도 압력 센서, 용량성 압력 센서, 공진 압력 센서 및 용량성 가속도 센서 등과 같은 다양한 유형의 기계식 센서가 있습니다.그러나 가장 널리 사용되는 것은 압저항 압력 센서로 가격이 매우 저렴하고 정확도가 높으며 선형 특성이 좋습니다.아래에서는 이러한 유형의 센서를 주로 소개합니다. 압저항력 센서를 이해하려면 먼저 저항 스트레인 게이지의 구성 요소를 이해해야 합니다.저항 스트레인 게이지는 측정된 부품의 스트레인 변화를 전기 신호로 변환하는 민감한 장치입니다.압저항 스트레인 센서의 주요 구성 요소 중 하나입니다.가장 일반적으로 사용되는 저항 스트레인 게이지는 금속 저항 스트레인 게이지와 반도체 스트레인 게이지입니다.금속 저항 스트레인 게이지에는 와이어 스트레인 게이지와 금속 호일 스트레인 게이지의 두 가지 유형이 있습니다.일반적으로 스트레인 게이지는 특수 접착제를 통해 기계적 변형을 발생시키는 기판에 단단히 접착됩니다. 기판의 응력이 변하면 저항 스트레인 게이지도 변형되어 스트레인 게이지의 저항이 변하고 그에 따라 저항기에 인가되는 전압도 변하게 됩니다.이러한 종류의 스트레인 게이지가 응력을 받을 때 생성되는 저항 변화는 일반적으로 작습니다. 일반적으로 이러한 종류의 스트레인 게이지는 스트레인 브리지를 형성하며, 이는 후속 계측기 증폭기에 의해 증폭된 후 디스플레이 또는 액추에이터용 처리 회로(일반적으로 A/D 변환 및 CPU)로 전송됩니다. 금속 저항 스트레인 게이지의 내부 구조 저항 스트레인 게이지는 모재, 금속 스트레인 와이어 또는 스트레인 포일, 절연 보호 시트 및 리드선으로 구성됩니다.다양한 용도에 따라 저항 스트레인 게이지의 저항값은 설계자가 설계할 수 있지만 저항값 범위에 유의해야 합니다.：저항값이 너무 작으면 필요한 구동 전류가 너무 큽니다. 동시에 스트레인 게이지의 열로 인해 온도가 너무 높아집니다. 다양한 환경에서 사용하면 스트레인 게이지의 저항값이 너무 많이 변하고 출력 영점이 크게 드리프트되며 영점 조정 회로가 너무 복잡해집니다.저항이 너무 크고, 임피던스가 너무 높으며, 외부 전자기 간섭에 저항하는 능력이 좋지 않습니다.일반적으로 수십 옴에서 수만 옴 정도입니다. 저항 스트레인 게이지의 작동 원리 금속 저항 스트레인 게이지의 작동 원리는 일반적으로 저항 스트레인 효과로 알려진 기계적 변형으로 인해 모재에 흡착된 스트레인 저항이 저항에서 변화한다는 것입니다.금속 도체의 저항 값은 다음 공식으로 표현됩니다.： 공식에서：ρ——금속 도체의 저항률(Ω·cm2/m) S——도체의 단면적(cm2) L——도체의 길이(m) 금속선 변형 저항을 예로 들어보겠습니다. 금속선에 외력이 가해지면 길이와 단면적이 변합니다. 위의 공식을 통해 저항값이 변하는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 금속선이 외력에 의해 늘어나면 길이가 늘어나고 단면적이 줄어들어 저항값이 증가합니다.금속선이 외력에 의해 압축되면 길이가 감소하고 단면적이 증가하며 저항값이 감소합니다.저항의 변화를 측정하면(일반적으로 저항 양단의 전압이 측정됨), 긴장된 와이어의 변형률을 얻을 수 있습니다. 2. 세라믹 압력 센서의 원리 및 응용 부식 방지 세라믹 압력 센서에는 액체 투과성이 없습니다. 압력은 세라믹 다이어프램의 전면에 직접 작용하여 다이어프램이 약간 변형됩니다. 세라믹 다이어프램 뒷면에 후막 저항기가 인쇄되어 있으며 연결되어 휘트스톤 브리지(폐쇄형 브리지)를 형성합니다. 배리스터의 압저항 효과로 인해 브리지는 압력과 여기 전압에 비례하는 매우 선형적인 전압 신호를 생성합니다. 표준 신호는 다양한 압력 범위에 따라 2.0 / 3.0으로 교정됩니다. / 3.3 mV/V 등, 스트레인 게이지 센서와 호환됩니다.레이저 교정을 통해 센서는 높은 온도 안정성과 시간 안정성을 갖습니다. 센서는 0~70℃의 자체 온도 보상 기능을 갖추고 있으며 대부분의 매체와 직접 접촉할 수 있습니다. 세라믹은 탄성이 뛰어나고 부식, 마모, 충격 및 진동에 강한 소재로 알려져 있습니다.세라믹의 열 안정성 특성과 후막 저항으로 인해 작동 온도 범위가 -40~135℃까지 가능하며 측정 정확도와 안정성이 높습니다.전기 절연 등급은 >2kV이고 출력 신호가 강하며 장기 안정성이 좋습니다.높은 특성과 저렴한 가격을 갖춘 세라믹 센서는 유럽과 미국의 압력 센서 개발 방향이 될 것입니다.**다른 유형의 센서를 완전히 교체하는 경향이 있으며, 중국에서는 점점 더 많은 사용자가 확산형 실리콘 압력 센서를 대체하기 위해 세라믹 센서를 사용하고 있습니다. 3. 확산형 실리콘 압력 센서의 원리 및 응용 작동 원리: 측정된 매체의 압력은 센서의 다이어프램(스테인레스 스틸 또는 세라믹)에 직접 작용하여 다이어프램이 매체의 압력에 비례하는 미세 변위를 생성하여 센서의 저항 값이 변경되고 전자 회로를 사용하여 이러한 변화를 감지하고 이 압력에 해당하는 표준 측정 신호를 변환하여 출력합니다. 4. 사파이어 압력 센서의 원리와 응용. 변형 저항 작동 원리를 사용하고 비교할 수 없는 측정 특성을 갖는 실리콘 사파이어를 반도체 민감 요소로 사용합니다. 사파이어 시스템은 단결정 절연체 요소로 구성되어 히스테리시스, 피로 및 크리프 현상을 일으키지 않습니다.；사파이어는 실리콘보다 강하고 경도가 높으며 변형을 두려워하지 않습니다.；사파이어는 탄성과 절연성이 매우 좋습니다(1000OC 이내). 따라서 실리콘-사파이어로 만들어진 반도체 민감한 부품은 온도 변화에 민감하지 않으며 고온 조건에서도 우수한 작동 특성을 갖습니다.；사파이어는 매우 강한 방사선 저항성을 가지고 있습니다.；또한 실리콘-사파이어 반도체에 민감한 부품에는 pn 드리프트가 없습니다. 따라서 제조 공정이 근본적으로 단순화되고, 반복성이 향상되며, 높은 수율이 보장됩니다. 실리콘 사파이어 반도체에 민감한 부품으로 만들어진 압력 센서 및 트랜스미터는 가장 가혹한 작업 조건에서도 정상적으로 작동할 수 있으며 높은 신뢰성, 우수한 정확성, 최소 온도 오류 및 높은 비용 성능을 제공합니다. 게이지 압력 센서와 트랜스미터는 이중 다이어프램으로 구성됩니다.：티타늄 합금 측정 다이어프램 및 티타늄 합금 수용 다이어프램.헤테로에피택셜 변형 감지 브리지 회로로 인쇄된 사파이어 시트를 티타늄 합금 측정 다이어프램에 용접했습니다.측정된 압력은 수용 다이어프램으로 전달됩니다(수용 다이어프램과 측정 다이어프램은 타이로드로 단단히 연결되어 있습니다).압력이 가해지면 다이어프램을 수용하는 티타늄 합금이 변형됩니다. 실리콘 사파이어 감지 소자가 변형을 감지한 후 브리지 출력이 변경되고 변화의 진폭은 측정된 압력에 비례합니다. 센서 회로는 스트레인 브리지 회로의 전원 공급을 보장하고 스트레인 브리지의 불균형 신호를 통합 전기 신호 출력(0-5, 4-20mA 또는 0-5V)으로 변환할 수 있습니다.절대 압력 센서 및 트랜스미터에서 사파이어 얇은 시트는 세라믹 기반 유리 납땜으로 연결되어 탄성 요소 역할을 하며 측정된 압력을 스트레인 게이지 변형으로 변환하여 압력 측정 목적을 달성합니다. 5. 압전 압력 센서의 원리 및 응용 압전 센서에 사용되는 주요 압전 재료로는 석영, 주석산나트륨칼륨, 인산이수소암모늄 등이 있다.그 중 석영(이산화규소)은 천연결정으로, 이 결정에서 압전효과가 나타난다. 특정 온도 범위 내에서는 압전 특성이 항상 존재하지만, 온도가 이 범위를 초과하면 압전 특성이 완전히 사라집니다(이 높은 온도를 소위 "퀴리점"이라고 함).응력에 따라 전기장이 약간 변하기 때문에(즉, 압전 계수가 상대적으로 낮음) 석영은 점차 다른 압전 결정으로 대체됩니다.타르타르산나트륨칼륨은 압전 감도와 압전 계수가 뛰어나지만 실온과 습도가 낮은 환경에서만 사용할 수 있습니다.인산이수소암모늄은 고온, 비교적 높은 습도에 견딜 수 있는 인공결정체로서 널리 사용되어 왔다. 요즘에는 티탄산 바륨 압전 세라믹, PZT, 니오브산염 압전 세라믹, 니오브산 납 마그네슘 압전 세라믹 등을 포함한 현재 압전 세라믹과 같은 다결정에도 압전 효과가 적용됩니다. 압전 효과는 압전 센서의 주요 작동 원리입니다. 압전 센서는 루프에 무한 입력 임피던스가 있는 경우에만 외부 힘 이후의 전하가 보존되므로 정적 측정에 사용할 수 없습니다.실제 상황은 그렇지 않기 때문에 압전 센서는 동적 응력만 측정할 수 있다고 판단됩니다. 압전 센서는 주로 가속도, 압력 및 힘을 측정하는 데 사용됩니다.압전 가속도 센서는 일반적으로 사용되는 가속도계입니다.구조가 간단하고 크기가 작으며 무게가 가벼우며 수명이 길다는 우수한 특징을 가지고 있습니다.압전 가속도 센서는 특히 항공우주 분야에서 항공기, 자동차, 선박, 교량 및 건물의 진동 및 충격 측정에 널리 사용되어 왔습니다.압전 센서는 엔진 내부의 연소 압력과 진공을 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.다음 용도로도 사용할 수 있습니다.**예를 들어, 업계에서는 이를 사용하여 총탄이 챔버에서 발사되는 순간 챔버 압력과 총구의 충격파 압력의 변화를 측정합니다.큰 압력과 작은 압력을 모두 측정하는 데 사용할 수 있습니다.