图1 压电式压力传感器结构示意图
更换压电元件可以改变压力的测量范围;在配用电荷放大器时,可以用将多个压电元件并联的方式提高传感器的灵敏度;在配用电压放大器时,可以用将多个压电元件串联的方式提高传感器的灵敏度。
压电式压力传感器体积小,结构简单,工作可靠;测量范围宽,可测100MPa以下的压力;测量精度较高;频率响应高,可达30kHz,是动态压力检测中常用的传感器,但由于压电元件存在电荷泄漏,故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。
振膜式谐振压力传感器
振膜式压力传感器结构如图(a)所示。振膜为一个平膜片,且与环形壳体做成整体结构,它和基座构成密封的压力测量室,被测压力 p经过导压管进入压力测量室内。参考压力室可以通大气用于测量表压,也可以抽成真空测量绝压。装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力,当激振频率与膜片固有频率一致时,膜片产生谐振。没有压力时,膜片是平的,其谐振频率为 f0;当有压力作用时,膜片受力变形,其张紧力增加,则相应的谐振频率也随之增加,频率随压力变化且为单值函数关系。
在膜片上粘贴有应变片,它可以输出一个与谐振频率相同的信号。此信号经放大器放大后,再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动,构成一个闭环正反馈自激振荡系统。如图(b)所示
振筒式谐振压力传感器
振筒式压力传感器的感压元件是一个薄壁金属圆筒,圆柱筒本身具有一定的固有频率,当筒壁受压张紧后,其刚度发生变化,固有频率相应改变。在一定的压力作用下,变化后的振筒频率可以近似表示为:
式中 fp为受压后的振筒频率;f0 为固有频率; a 为结构系数; p为被测压力。
传感器由振筒组件和激振电路组成,如图3-14所示。振筒用低温度系数的恒弹性材料制成,一端封闭为自由端,开口端固定在基座上,压力由内侧引入。绝缘支架上固定着激振线圈和检测线圈,二者空间位置互相垂直,以减小电磁耦合。激振线圈使振筒按固有的频率振动,受压前后的频率变化可由检测线圈检出。
此种仪表体积小,输出频率信号,重复性好,耐振;精确度高,其精确度为±0.1%和±0.01%;适用于气体测量。
振筒式压力传感器