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压力开关的改进
来源:安徽万奉
浏览:1931
发布日期:2021-06-08
仪表的发展不外乎两个模式:1.更好的性能,更强的功能;2.更强大的仪表和仪表之间的信息沟通和传输能力。第一种,就是比如更高的可靠性,更好的仪表性能,更低的生产成本等;第二种,就是给仪表增加例如HART,总线等功能,使仪表和系统具有更强的信息交换能力。其实,不止仪表领域,小到计算机大到人类和自然社会的进化都是这个道理。比如:CPU的频率越来越快,计算机南北桥之间的架构越来越合理(使数据传输更快);个体的人的功能(知识)越来越强(我们这一代就比几代前的人知道得多),电话、飞机等让人们自由沟通的手段越来越先进等。都是沿着这两个轨迹发展的。
我在仪器仪表领域作技术支持的工作已经有些时间了。因为经常接触压力开关各个厂家的产品,所以对这类产品有所了解。根据我上述的对发展的认识,我这段时间对压力开关这类仪表的发展有些想法。由于变送器的可靠性大幅增加,功能多样化,并且价格降低,使得一大部分开关被变送器取代。以后的开关用在对控制要求不高或者极其重要的场合。
压力开关的改进应当在把注意力集中在,提高仪表重复性,电子辅助调节,更易连接等方向。主要有如下几点:
更新设计的电缆接头。全部使用快装防火花的接头。使仪表的安装更方便。
重新设计的弹性元件,使仪表精度大幅提高。
引入电子元件,使开关具有自诊断,自记录等高级功能。
我的想法是:
使用两个波纹管,对列放置,消除由于弹性滞后和弹性后效引起的系统误差和随机误差。能大大提高仪表精度。
在波纹管上粘贴弹性应变片,应变片根据波纹管的形变而形变,这样它的电阻也会随之变化。由一个芯片记录多次变化再把数值和预存的正确数值比较,如果出现波纹管过压或开焊等一系列弹性元件失效问题,都可以马上检测到。
使用便携式检测仪,检测仪上有手动气泵和数据读取装置。检测时,用手泵加压,加压同时自动读取设定点,报警点和回复点的数值,并分析精度,回差等多种重要参数。如果需要,可以打印出来,形成报告。
电容式力敏传感器近来得到了迅速发展,这种传感器的核心部分是对压力敏感的电容器。力敏电容器的电容量是由电极面积和两个电极间的距离决定。当硅膜片两边存在压力差时,硅膜片产生形变,电容器极板间的间距发生变化,从而引起电容量的变化。这样,电容变化量与压差有关,因此,就可作为力敏传感器。它与压阻式力敏传感器相比,具有灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点。
压力传感器是一种将压力信号转变成电信号的传感器,是工业实践中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,主要分为静态和动态压力传感器两种。高频以压电式压力传感器为主;低频静态以压阻硅、应变式压力传感器为主。动态压力传感器主要应用于爆炸物理、风洞试验、自由场压力测量领域;静态压力传感器主要应用于安全控制、生产过程控制等领域。
粘贴型压阻式力敏传感器由四只半导体应变片接成全桥形式,用粘合剂贴在弹性元件上构成,它具有很高的应变灵敏系数,一般为20~200,因此输出高,输出灵敏度一般为15~0mv/v,但易发生零点漂移与蠕变,同时还存在半导体应变片和弹性元件热膨胀所带来的温度漂移等影响。扩散型压阻式力敏传感器大都采用单晶硅和半导体平面工艺制成的。一般以n型硅为衬底,采用氧化、扩散等工艺将硼原子沿给定的晶向扩散到n型硅衬底材料中,形成p型扩散层。结果硼扩散区便形成应变电阻,并用衬底形成一个整体,当它受到压力作用时,应变电阻发生变化,从而使输出发生变化。压阻式力敏传感器有灵敏度高、精度高、体积小、重量轻、工作频率高、结构简单、工作可靠、寿命长等特点。
力敏传感器是使用最广泛的一种传感器,它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称,也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。力敏传感器的种类甚多、传统的测量方法是利用弹性元件的形变和位移来表示,但它的体积大、笨重、输出非线性。随着微电子技术的发展,利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性,研制出半导体力敏传感器,主要有硅压阻式和电容式两种,它们具有体积小、重量轻、灵敏度高等优点,因此半导体力敏传感器得到广泛应用。当对一块半导体在某一晶向上施加应力时,其电阻率会产生一定的变化。这种导体电阻率变化和应力之间的相互关系称为半导体压阻效应,利用此效应制成的力学量传感器称为压阻式力敏传感器,它有两种类型,一类是将半导体应变计粘贴在弹性元件上制成的传感器,称为粘贴型压阻式传感器,另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻,使应变计与硅衬底形成同一整体的传感器,称为扩散型压阻式传感器。
我在仪器仪表领域作技术支持的工作已经有些时间了。因为经常接触压力开关各个厂家的产品,所以对这类产品有所了解。根据我上述的对发展的认识,我这段时间对压力开关这类仪表的发展有些想法。由于变送器的可靠性大幅增加,功能多样化,并且价格降低,使得一大部分开关被变送器取代。以后的开关用在对控制要求不高或者极其重要的场合。
压力开关的改进应当在把注意力集中在,提高仪表重复性,电子辅助调节,更易连接等方向。主要有如下几点:
更新设计的电缆接头。全部使用快装防火花的接头。使仪表的安装更方便。
重新设计的弹性元件,使仪表精度大幅提高。
引入电子元件,使开关具有自诊断,自记录等高级功能。
我的想法是:
使用两个波纹管,对列放置,消除由于弹性滞后和弹性后效引起的系统误差和随机误差。能大大提高仪表精度。
在波纹管上粘贴弹性应变片,应变片根据波纹管的形变而形变,这样它的电阻也会随之变化。由一个芯片记录多次变化再把数值和预存的正确数值比较,如果出现波纹管过压或开焊等一系列弹性元件失效问题,都可以马上检测到。
使用便携式检测仪,检测仪上有手动气泵和数据读取装置。检测时,用手泵加压,加压同时自动读取设定点,报警点和回复点的数值,并分析精度,回差等多种重要参数。如果需要,可以打印出来,形成报告。
电容式力敏传感器近来得到了迅速发展,这种传感器的核心部分是对压力敏感的电容器。力敏电容器的电容量是由电极面积和两个电极间的距离决定。当硅膜片两边存在压力差时,硅膜片产生形变,电容器极板间的间距发生变化,从而引起电容量的变化。这样,电容变化量与压差有关,因此,就可作为力敏传感器。它与压阻式力敏传感器相比,具有灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点。
压力传感器是一种将压力信号转变成电信号的传感器,是工业实践中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,主要分为静态和动态压力传感器两种。高频以压电式压力传感器为主;低频静态以压阻硅、应变式压力传感器为主。动态压力传感器主要应用于爆炸物理、风洞试验、自由场压力测量领域;静态压力传感器主要应用于安全控制、生产过程控制等领域。
粘贴型压阻式力敏传感器由四只半导体应变片接成全桥形式,用粘合剂贴在弹性元件上构成,它具有很高的应变灵敏系数,一般为20~200,因此输出高,输出灵敏度一般为15~0mv/v,但易发生零点漂移与蠕变,同时还存在半导体应变片和弹性元件热膨胀所带来的温度漂移等影响。扩散型压阻式力敏传感器大都采用单晶硅和半导体平面工艺制成的。一般以n型硅为衬底,采用氧化、扩散等工艺将硼原子沿给定的晶向扩散到n型硅衬底材料中,形成p型扩散层。结果硼扩散区便形成应变电阻,并用衬底形成一个整体,当它受到压力作用时,应变电阻发生变化,从而使输出发生变化。压阻式力敏传感器有灵敏度高、精度高、体积小、重量轻、工作频率高、结构简单、工作可靠、寿命长等特点。
力敏传感器是使用最广泛的一种传感器,它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称,也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。力敏传感器的种类甚多、传统的测量方法是利用弹性元件的形变和位移来表示,但它的体积大、笨重、输出非线性。随着微电子技术的发展,利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性,研制出半导体力敏传感器,主要有硅压阻式和电容式两种,它们具有体积小、重量轻、灵敏度高等优点,因此半导体力敏传感器得到广泛应用。当对一块半导体在某一晶向上施加应力时,其电阻率会产生一定的变化。这种导体电阻率变化和应力之间的相互关系称为半导体压阻效应,利用此效应制成的力学量传感器称为压阻式力敏传感器,它有两种类型,一类是将半导体应变计粘贴在弹性元件上制成的传感器,称为粘贴型压阻式传感器,另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻,使应变计与硅衬底形成同一整体的传感器,称为扩散型压阻式传感器。
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