压电式传感器

压力传感器研究分析报告一、压力传感器综合叙述二、具体型号压力传感器介绍三、压力传感器生产厂商介绍四、MEMS技术压力传感器发展趋势一、压力传感器综合叙述1.1压力传感器概念1.2几种基本类型压力传感器介绍1.21应变片式压力传感器1.22陶瓷式压力传感器1.23扩散硅式压力传感器1.24硅-蓝宝石式压力传感器1.25压电式压力传感器1.1压力传感器概念压力传感器是按被测量量分类中物理量传感器下一族。它是一种能感受压力，并按照一定的规律将力信号转换成可用电信号或其他信号形式输出的器件或装置。其内部没有放大电路，满量程输出一般为毫伏级，带负载能力低，不能直接与计算机接口连接。1.2几种基本类别压力传感器介绍压力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，其中涉及水利水电、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。它的种类繁多，型号繁杂。在此只对几种常用类型压力传感器（如应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器、压电压力传感器等）进行原理介绍及其应用说明。1.21应变片式压力传感器在了解应变片式压力传感器前，首先认识下电阻应变片。电阻应变片是一种将被测件上应变变化转换成电信号的一种敏感器件。它是应变片式压力传感器主要组成部分，可分为金属和半导体应变片两种。通常将应变片通过特殊粘和剂粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生阻值变化通常较小，一般这种都组成应变电桥，通过后续仪表放大器放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。电阻应变片结构示意如下图1。其工作原理以金属丝应变电阻为例。当金属丝受外力作用时，其长度L和截面积S都会发生变化，从R=ρL/S式中可见，其电阻值发生改变。若金属丝受外力作用伸长，其长度增加，截面积减少，电阻值增大；当金属丝受外力作用压缩，长度减小而截面增加，电阻值减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可传输并转换获得所需数据和资料。1.22陶瓷式压力传感器陶瓷式压力传感器抗腐蚀且无液体传递。压力直接作用在陶瓷膜片前表面，使膜片产生微小形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力、激励电压成正比的高度线性的电压信号，标准的信号根据压力量程不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，其具有很高的温度、时间稳定性，自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。限流电阻EACDBIR1IRxRxIR0IgIR2R1R0R2R保护II图1惠斯通电桥原理图G作为此类压力传感器的主要组成材料，陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。其热稳定特性及它的厚膜电阻可使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在我国也越来越多的用户使用陶瓷压力传感器替代扩散硅压力传感器。1.23扩散硅式压力传感器扩散硅压力传感器主要由硅的物理性质所决定，与陶瓷式压力传感器类似。但是由于物理特性的局限性，导致其运用范围与领域在逐渐减少，适合于低价格低测量要求下使用。其工作原理比较简单：被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），膜片由扩散硅吸附分布，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。其应用范围也很广泛。1.24硅-蓝宝石式压力传感器蓝宝石由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；其比硅坚固，硬度高，不怕形变；有着非常好的弹性和绝缘特性（1000OC以内），利用硅-蓝宝石组合搀杂制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；其抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件无p-n漂移。因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。右图为MIDA-OEM硅-蓝宝石压力传感器示意图。1.25压电式压力传感器压电效应是压电传感器的主要工作原理。压电传感器中主要使用的压电材料包括石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应在这种晶体中发现。在一定温度范围内，压电一直存在，但温度超过范围后，压电完全消失（此时温度即所谓“居里点”）。由于随应力变化电场变化微小,石英逐渐被其他压电晶体替代。酒石酸钾钠具有很大压电灵敏度、压电系数，却只能在室温和湿度比较低的环境下应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能承受高温和高湿度，所以已经广泛的应用。由于压电效应的关系，压电传感器不能用于静态测量。因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大输入阻抗时才得到保存。实际的情况并非如此，所以这决定了压电传感器只能够测量动态应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量。其中压电式压力传感器可以用来发动机内部燃烧压力的测量；也可以用于军事工业，例如用它测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式压力传感器也广泛应用于生物医学测量，比如心室导管式微音器就是由压电式压力传感器制成。由于测量动态压力的普遍性，所以压电式压力传感器的应用就非常广泛。二、具体型号压力传感器介绍2.1Y-YD-7051压电式压力传感器2.2CYB15系列蓝宝石高温压力变送器2.3TG-2018陶瓷压力传感器2.4CYZ102通用压力传感器2.1Y-YD-7051压电式压力传感器一、技术指标：型号7051A7051A量程范围100kPa250kPa过载能力150%F.S灵敏度12pC/kPa5pC/kPa非线性≤0.5%固有频率≥200kHz上升时间≤2µs抗冲击≤2000g信号输出L5工作温度-25℃～80℃二、特点：体积小，灵敏度高，频响高。三、应用领域：短波、长声波、冲击波、弹丸等高频压力测量。四、其他：产品可提供商：绵阳市奇石缘科技有限公司公司地址：四川省绵阳市高新区普明南路东段70-98#(三期)联系电话：[phone]电子邮件：[e-mail]2.2CYB15系列蓝宝石高温压力变送器一、产品简介：CYB15系列蓝宝石高温压力变送器采用进口高精度蓝宝石压力传感器，并经过特定的信号提取及剥离等专利技术进行温度及线性化补偿，产品具有压力范围宽、温度范围广、精确度高、稳定性优良、耐磨损、抗冲击、防腐蚀等显著特点，该变送器能够长期稳定工作在高湿严寒地区，不受环境温度影响，最大压力可达200Mpa，介质温度可达200℃。CYB15系列蓝宝石高温压力变送器广泛用于航天、航空、石油、化工、冶金、电力、船舶、医药、环保、科研等领域对高温气体、液体、流体、胶体的测量和控制，是测量高温介质的理想产品。二、技术指标：量程：0-4、100-1000Kpa0-2、20-200Mpa压力形式：表压、绝压输出信号：4～20mA(1～5V)二线制0～10mA(0～5V)三线制精度：0.10.20.3非线性迟滞重复性（%FS）：≤0.1≤0.2≤0.3零点漂移（%FS/4h）：≤0.1≤0.2≤0.3零点及灵敏度温度漂移（%FS/℃）：≤0.01≤0.02≤0.03长期稳定性（%FS/年）：≤0.1≤0.2≤0.3工作电压（V）：＋12～＋36（标定值为＋24）补偿温度（℃）：参见选型表环境温度（℃）：－40～＋85介质温度（℃）：-60～+200过载能力（%）：150负载电阻（Ω）：R=（U-12.5）/0.02-RD其中：U为电源电压，RD为电缆内阻响应时间（ms）：≤1测量介质：高温气体、液体、腐蚀性和非腐蚀性介质壳体材料：1Cr18Ni9Ti接口：M20×1.5或用户自定义防爆等级：ExibIICT6三、特点：测量范围宽：0-4Kpa-200Mpa精度高：经线性化处理优于0.1%FS稳定性好：≤0.1%FS/年介质温度范围宽：-60~+200℃抗干扰设计防腐性好：钛-蓝宝石膜片本安防爆四、外型结构：五、安装使用：本产品利用M20×1.5接口直接安装在管道上，而不必使用安装支架。在测量高温介质时，应使用引压或冷却装置，以便将温度降至变送器正常使用温度范围内。露天安装时，应尽量把变送器置于通风干燥处，避免强光直接照射或雨淋，否则将降低整机的性能及影响整机的寿命。引出的电缆线应注意保护，在工业现场使用时，建议使用蛇皮管或铁管保护，或者把它架高。六、选型：七、产品样图：2.3TG-2018陶瓷压力传感器一、产品简介：一体化厚膜压力传感器是国际上近年来才试制成功的第三代陶瓷压力传感器。TG2018陶瓷压力传感器采用钢玉陶瓷基体(99%Al2o3),专利压阻浆料Hybrid工艺和功能激光修调技术，确保每个传感器具有一致的电特性和可靠性。专利制造技术和一体化结构的采用，使传感器的工作温度达－40℃至＋135℃，过载压力5倍以上.一体化厚膜压力传感器克服了普通厚膜压力传感器芯片与陶瓷环采用黏结工艺而采用芯片与陶瓷环实现一体化，从而使传感器的线性、重复性和迟滞性（Linearity,Hysteresis&Repeatability）有显著的提高。同时，一体化结构克服了普通厚膜压力传感器芯片与陶瓷环的电气联接采用导电树脂互联而采用直接互联，传感器的可靠性、稳定性和工作温度范围大大得到提高。一体化厚膜压力传感器的优异性能，是压力传感器的发展方向。二、TG2018厚膜压力传感器主要技术参数：压力范围bar：25102050过载压力bar：7122550120灵敏度mV/V：1.8-3.02.6-4.53.6-6.02.6-3.84.3-6.5三、序号特性单位规范1、激励电压VDC/stabilized：5-302、桥路阻抗kΩ：±20%113、满度信号范围mV/V：1.8－6.54、零位输出mV/V：0-±0.25、线性、重复性和迟滞性%FSOtyp：≤±0.2-0.46、参考温度范围℃：257、工作温度范围℃：-40-+1258、稳定性%FS/每年：±0.29、灵敏度温飘％FS/℃：≤±0.0150-70℃10、零位温飘％FS/℃：≤±0.020-70℃11、時飘%：≤0.02四、产品样图：2.4CYZ102通用压力传感器一、产品简介：CYZ102通用压力传感器采用进口高精度、高稳定性力敏芯片，经严格精密的温度补偿而制成。可广泛用于非腐蚀性气体的表压、负压、绝压测量。二、产品样图：三、技术参数：量程：0-2、100-1000Kpa压力形式：表压、绝压、负压满量程输出（mV）：30～60零位输出（mV）：≤20精度：0.10.30.5非线性迟滞重复性（%FS）：≤0.1≤0.3≤0.5零点漂移（%FS/4h）：≤0.1≤0.3≤0.5零点及灵敏度温度漂移：（%FS/℃）≤0.01≤0.03≤0.05长期稳定性（%FS/年）：≤0.2工作电压（V）：+3补偿温度（℃）：0～+60工作温度（℃）：-20～+80输入/输出阻抗（Ω）：500/1500过载能力（%）：200寿命＞1×108压力循环：（25℃）负载电阻（Ω）：R=(U-12.5)/0