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擴(kuò)散硅壓力變送器其主要組成部分及功能解析

更新時間:2025-05-24點(diǎn)擊次數(shù):29
  擴(kuò)散硅壓力變送器是一種基于壓阻效應(yīng)原理工作的壓力測量設(shè)備,廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。其核心部件為擴(kuò)散硅壓力敏感元件,通過集成工藝將單晶硅片制成應(yīng)變電阻并構(gòu)成惠斯登電橋。當(dāng)被測介質(zhì)壓力作用于傳感器膜片時,膜片產(chǎn)生與壓力成正比的微位移,導(dǎo)致電阻值變化,電子線路將該變化轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。
  擴(kuò)散硅壓力變送器憑借其高性能、高可靠性和易用性,在石油、化工、電力、食品醫(yī)藥等行業(yè)的氣體或液體壓力測量中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
  擴(kuò)散硅壓力變送器其主要組成部分及功能解析:
  1、敏感元件(擴(kuò)散硅芯片)
  結(jié)構(gòu)與原理:
  采用集成電路工藝,在硅晶圓上擴(kuò)散形成應(yīng)變電阻(惠斯通電橋),當(dāng)壓力作用于芯片時,硅膜片產(chǎn)生形變,電阻值隨應(yīng)力變化而改變。
  典型特性:厚度僅幾微米至幾十微米,靈敏度高,可檢測微小壓力變化(如毫巴級)。
  關(guān)鍵優(yōu)勢:
  高精度:電阻變化與壓力呈線性關(guān)系,測量誤差可控制在±0.1%FS以內(nèi)。
  長期穩(wěn)定性:無機(jī)械磨損,老化速度慢,適合長期使用。
  溫度敏感性:通過摻雜和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,降低對環(huán)境溫度的依賴(需配合溫度補(bǔ)償電路)。
  2、隔離與封裝結(jié)構(gòu)
  隔離膜片:
  位于傳感器前端,直接接觸被測介質(zhì)(如氣體、液體),保護(hù)硅芯片免受腐蝕或污染。
  材料:不銹鋼、哈氏合金(C-276)或氟橡膠(FKM),適應(yīng)腐蝕性介質(zhì)(如酸堿、油類)。
  充油腔體:
  硅芯片與隔離膜片之間填充硅油,傳遞壓力并緩沖沖擊,防止介質(zhì)泄漏至芯片側(cè)。
  作用:提高抗過載能力(如承受瞬間2倍量程壓力),延長器件壽命。
  3、信號調(diào)理電路
  惠斯通電橋:
  將硅芯片的電阻變化轉(zhuǎn)換為毫伏級差分電壓信號(典型值:0-50mV)。
  放大與補(bǔ)償電路:
  放大器(如OPA運(yùn)放):放大微弱信號至標(biāo)準(zhǔn)范圍(如0-5V或4-20mA)。
  溫度補(bǔ)償:內(nèi)置熱敏電阻或二極管,修正溫度引起的零點(diǎn)漂移和靈敏度變化。
  線性化處理:通過硬件或軟件校準(zhǔn),優(yōu)化輸出信號的線性度。
  4、電源與輸出模塊
  供電方式:
  通常為12-36V DC(二線制4-20mA回路供電),部分型號支持低功耗設(shè)計(如3.3V)。
  輸出信號:
  模擬信號:4-20mA(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、0-5V/0-10V(兼容數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))。
  數(shù)字信號:HART、RS485(支持多設(shè)備組網(wǎng))、I²C(用于嵌入式系統(tǒng))。
  智能功能:部分型號集成AD轉(zhuǎn)換器,直接輸出數(shù)字量(如SPI接口)。
  5、機(jī)械與電氣接口
  壓力接口:
  螺紋連接:G1/2、G1/4等標(biāo)準(zhǔn)螺紋,用于管道或容器安裝。
  衛(wèi)生級卡箍:適用于食品、制藥行業(yè),避免介質(zhì)殘留。
  電氣接口:
  航空插頭(M12、M8)、鳳凰端子或電纜格蘭頭,滿足防爆、防水需求(如IP67防護(hù)等級)。
  6、附加功能模塊
  溫度傳感器:
  集成PT100或NTC熱敏電阻,同步監(jiān)測環(huán)境溫度,用于復(fù)雜工況下的補(bǔ)償計算。
  顯示與調(diào)試單元:
  LCD/LED顯示屏:實(shí)時顯示壓力值或故障代碼(如“OVER PRESSURE”)。
  按鍵或軟件接口:支持現(xiàn)場校準(zhǔn)、量程設(shè)置(如通過HART手操器)。
  防護(hù)與認(rèn)證:
  防爆認(rèn)證:ATEX、FM、IECEx等,適用于石油、化工等危險區(qū)域。
  EMC防護(hù):屏蔽層、濾波電路,抵抗電磁干擾(如工業(yè)變頻器環(huán)境)。
  7、外殼與附件
  材質(zhì)與結(jié)構(gòu):
  主體采用316L不銹鋼或鋁合金,兼顧強(qiáng)度與輕量化。
  密封設(shè)計:O型圈或氟橡膠墊片,確保防水、防塵(如IP65/IP67)。
  安裝配件:
  導(dǎo)管、法蘭、支架等,便于固定在管道、面板或機(jī)械設(shè)備上。
  示例:DIN導(dǎo)軌安裝型變送器適用于控制柜集成。
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