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小量程智能厚膜压力变送器传感器原理及特点

文章作者:红旗仪表(江苏)发布时间:2021-01-11

微型程压力变送器是一种性能价格比高,耐腐蚀,坚固耐用,用途广泛的新型小量程压力变送器。但是,这种变送器在大规模生产和应用中,还存在非线性大,对温度影响大,过载能力差等缺点。鉴于以上影响,近年来为了提高合格率和质量,扩大应用范围,不断采用新材料、新工艺、新结构改进主体传感器和硬件补偿电路,但尚未有根本的突破。采用微处理器来实现变送器的智能化已成为一种发展趋势,利用单片机技术,不仅可以解决许多压力变送器本身及其生产工艺不能解决或不易解决的问题,而且可以通过微处理器和存储器中的各种应用来完成各种智能功能,提高产品的性能,扩大其应用范围,方便用户进行检测。因此可以实现小量程厚膜压力变送器的智能化,可对其进行误差校正,故障诊断,大大弥补了这类变送器的性能缺陷。
感应器的原理和特性。
采用厚膜力敏技术,研制出小量程厚膜压力式感应器,并采用性能优良的厚膜应变电阻和陶瓷弹性体材料。陶器弹力体与被测介质直接接触,并将测量的压力转化为应变值,然后经打印和烧结。
由厚膜应变电阻构成的电桥将应变转换成电信号,加工过程如图1所示。
(1)新型弹性隔膜材料及结构设计。
小型程厚膜压力传感器芯片因外形尺寸偏大,其输出特性与陶瓷弹性膜片的质量有关,膜片的厚度、平整度、一致性与传感器的输出灵敏度、线性和稳定性等参数有直接关系。如膜片不平整、翘曲变形等,会严重影响传感器的线性和稳定性,测量范围越小,这种影响越明显。设计和选择的弹性膜片要求应力小,厚度均匀,强度高,平坦,成本低,从而保证了传感器芯片的输出性能,过载能力,线性度和可靠性,但由于目前材料和工艺水平的限制,弹性膜片在材料和结构上仍有一定的改进空间。
二是采用先进的印刷和烧结工艺。采用自动印刷技术对厚膜应变电阻和导体浆料进行自动印刷,研究了膜的厚度及其控制工艺,解决了由于印刷不均匀而引起的电阻阻值和电阻灵敏度GF不一致的问题,提高了研制的厚膜应变电阻和电阻温度系数TCR的一致性和稳定性,方便了用计算机软件控制成批厚膜应变电阻的温度补偿,解决了厚膜应变电阻的成批生产技术的难题,采用先进的厚膜应变电阻隧道炉进行大批量烧结,寻找了理想的ZUI烧结工艺和温度曲线,通过控制烧结升温、冷却速度、峰值温度和烧结保温时间等参数,解决了厚膜应变电阻的成批生产技术的难题,提高了产品的性能。
三是应变分析法。陶瓷弹性敏感元件通常设计为承受应变约1000pe,以确保正常的输出性能和过载能力,而这种类型的小量程压力传感器由于膜片厚度的限制,不能太低地完成压力范围。通过采用智能信号处理电路,可以可靠、稳定地处理较小的微弱信号,降低应力,选择陶瓷弹性体受力500p来设计压力量程,无需再追求大应变下的高信号输出,从而保证了变送器可靠、超负荷能力强,解决了陶瓷厚膜压力变送器的过载能力比其他类型压力变送器低的问题。

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