Датчики давления являются важными устройствами в различных промышленных приложениях, и их производительность сильно зависит от используемой основной технологии. Элемент чувствительный к давлению, или ядро, является сердцем этих устройств и определяет их точность, стабильность и пригодность для конкретных случаев использования.
В этой статье мы рассмотрим наиболее широко используемые типы датчиков давления, включая датчики давления с напыленной тонкой пленкой, пьезорезистивные кремниевые датчики давления, тензодатчики давления, керамические толстопленочные датчики давления и керамические емкостные датчики давления. Мы сравним их принципы работы, преимущества, ограничения и идеальные области применения.
1. Датчик давления с напыленной тонкой пленкой
Принцип работы
Технология напыленной тонкой пленки включает нанесение тонкого слоя металла или металлического сплава на подложку, обычно керамическую или кремниевую основу. Тонкая пленка формируется в резистивные элементы, которые изменяют сопротивление при воздействии давления. Эти датчики обычно используются в высокопроизводительных приложениях из-за их высокой стабильности и точности.
Преимущества
Высокая долгосрочная стабильность и точность: Датчики с напыленной тонкой пленкой обеспечивают исключительную долгосрочную стабильность и высокую точность.
Широкий диапазон давления: Они могут обрабатывать широкий диапазон давлений, от низкого до очень высокого.
Температурная компенсация: Они менее подвержены влиянию изменений температуры по сравнению с пьезорезистивными датчиками.
Сильная перегрузочная способность: они могут выдерживать условия, превышающие их номинальные пределы, без повреждений или значительного ухудшения производительности, что подходит для приложений, где могут неожиданно возникать колебания давления, температуры или других рабочих условий.
Ограничения
Высокая стоимость: Из-за сложного производственного процесса эти датчики, как правило, более дорогие.
Применения
Датчики с напыленной тонкой пленкой широко используются в аэрокосмической отрасли, промышленной автоматизации, системах высокого давления, гидравлических системах и тяжелом оборудовании.
2.Пьезорезистивный кремниевый датчик давления
Принцип работы
Пьезорезистивные датчики давления работают на основе принципа, что сопротивление некоторых полупроводниковых материалов (обычно кремния) изменяется при механическом напряжении. Обычно используется кремниевая диафрагма, и при приложении давления диафрагма деформируется. Эта деформация вызывает изменение сопротивления материала, которое затем измеряется и преобразуется в показание давления.
Преимущества
Высокая чувствительность и точность: Кремниевые датчики давления известны своей отличной чувствительностью и точными измерениями. И стабильность также хорошая.
Малый размер: Технология позволяет создавать компактные конструкции, идеальные для приложений, где пространство ограничено.
Экономичность: Пьезорезистивные датчики относительно недороги в производстве.
Ограничения
Чувствительность к температуре: Эти датчики могут быть чувствительны к температурным колебаниям, что может потребовать дополнительной компенсации.
Ограниченный диапазон давления: Обычно они используются для приложений со средним давлением и могут не работать хорошо в экстремальных условиях.
Применения
Пьезорезистивные кремниевые датчики обычно используются в автомобилестроении, медицинских устройствах и системах HVAC, где критически важны высокая точность и компактность.
3. Тензодатчик давления
Принцип работы
Датчики давления на основе тензодатчиков работают с использованием тензодатчика, который представляет собой резистор, изменяющий сопротивление при растяжении или сжатии. Тензодатчик обычно приклеивается к диафрагме, которая деформируется под давлением. Изменение сопротивления тензодатчика измеряется для определения приложенного давления.
Преимущества
Высокая точность: Тензодатчики известны своей высокой точностью и надежностью.
Широкий диапазон применения: Они универсальны и могут использоваться для различных диапазонов давления, от низкого до очень высокого.
Низкая стоимость: эта технология довольно зрелая и предлагает значительную экономическую выгоду.
Ограничения
Температурные эффекты: Тензодатчики могут быть подвержены влиянию изменений температуры, что может потребовать компенсации.
Сложная калибровка: Системы на основе тензодатчиков требуют точной калибровки для обеспечения точности.
Применения
Тензодатчики используются в приложениях, требующих высокой точности, таких как в авиации, медицинских инструментах и промышленном оборудовании.
4. Керамические толстопленочные датчики давления
Принцип работы
Керамические толстопленочные датчики основаны на керамической подложке, покрытой резистивной пленкой. Эта пленка наносится с использованием толстопленочного процесса, при котором проводящий материал наносится на керамику. Сопротивление датчика изменяется при приложении давления, что затем преобразуется в читаемый электрический сигнал.
Преимущества
Высокая долговечность: Керамические датчики давления устойчивы к суровым условиям, высоким температурам и агрессивным химическим веществам. Они обладают высокой коррозионной стойкостью.
Широкий диапазон давления: Они хорошо подходят как для низкого, так и для высокого давления и температурных приложений.
Экономичность: Они дешевле в производстве, чем тонкопленочные датчики.
Ограничения
Низкая точность: По сравнению с тонкопленочными и пьезорезистивными датчиками, керамические толстопленочные датчики обычно имеют более низкую точность.
Применения
Керамические толстопленочные датчики обычно используются в автомобильных системах, медицинском оборудовании, гидравлических системах и системах охлаждения.
5. Керамические емкостные датчики давления
Принцип работы
Керамические емкостные датчики давления используют диафрагму, которая является частью конденсатора. Когда давление прикладывается, диафрагма перемещается, изменяя расстояние между пластинами конденсатора и, таким образом, изменяя емкость. Это изменение емкости измеряется и преобразуется в данные о давлении.
Преимущества
Высокая точность и стабильность: Эти датчики обладают высокой точностью и стабильностью со временем, даже в условиях колеблющейся окружающей среды.
Высокая чувствительность: Керамические емкостные датчики предлагают отличную чувствительность, особенно в диапазонах низкого давления.
Низкое энергопотребление: Эти датчики требуют меньше энергии, чем другие типы.
Ограничения
Чувствительность к механическим ударам: Они могут быть чувствительны к механическим ударам и вибрациям, что может повлиять на их работу.
Применения
Керамические емкостные датчики давления используются в высокоточных приложениях, включая медицинские устройства, автомобильные датчики и системы промышленного мониторинга давления.
6. Как выбрать правильные датчики давления?
Поскольку на рынке существует так много типов передатчиков давления, как же выбрать правильный? Обычно это зависит от следующих факторов.
Диапазон давления
Выберите датчик, который соответствует диапазону давления вашего приложения. Убедитесь, что датчик может выдерживать максимальное и минимальное давление, которое вы ожидаете измерить.
Тип давления
Давление делится на манометрическое, абсолютное и дифференциальное давление. Манометрические датчики давления измеряют относительное давление к атмосферному давлению. Абсолютные датчики давления измеряют давление относительно идеального вакуума. Дифференциальные датчики давления измеряют разницу между двумя давлениями. Выбирайте в зависимости от потребностей вашего приложения.
Условия окружающей среды
Убедитесь, что датчики могут работать в требуемых температурных пределах и условиях окружающей среды. Выберите подходящие материалы для различных условий.
Точность
Убедитесь, что датчик обеспечивает необходимую точность. Высокая точность необходима для критических приложений.
Выходной сигнал
Различные датчики предлагают различные сигналы, например, аналоговый выход (например, 4-20 мА, 0-10 В, 0,5-4,5 В) и цифровой выход (например, RS485, Modbus).
Источник питания
Выберите датчик с источником питания, который соответствует требованиям вашей системы. Например, постоянный ток, питание от батареи или сонарное питание.
Долговечность и срок службы
Учитывайте степень защиты IP датчика, взрывозащищенность. Датчики, разработанные для суровых условий, обычно служат дольше и требуют меньшего обслуживания.
Стоимость
Кроме стоимости продукта, учитывайте также затраты на обслуживание и калибровку со временем.
7. Заключение
Выбор правильного датчика давления включает в себя оценку нескольких ключевых факторов и технологии измерения. Независимо от того, является ли он пьезорезистивным, емкостным, с напыленной пленкой или керамическим, он должен соответствовать вашим конкретным требованиям к применению.
