【正文】 器方框圖 1151 先進型壓力變送器（續(xù)） 一、應(yīng)變式壓力傳感器 物體受壓后會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和產(chǎn)生彈性變形，在彈性限度之內(nèi)，內(nèi)應(yīng)力與變形率（即應(yīng)變）成正比，因而可以通過測量物體應(yīng)變來求得物體所受的壓力。 應(yīng)變片式壓力變送器就是通過測量膠粘在彈性元件上、 或與彈性元件制成一體的應(yīng)變電阻值的大小來測量受壓彈性元件的應(yīng)變，從而測得彈性元件所受的壓力。 第六節(jié) 其它壓力檢測儀表 （六）應(yīng)變片式壓力變送器 應(yīng)變原理 對于一根圓截面的金屬電阻絲，當(dāng)受到軸向拉伸作用時，金屬絲會沿軸向伸長△ L，沿徑向縮短 △ D，使金屬絲的電阻率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值改變，將電阻絲用粘合劑固定在絕緣的基片上便構(gòu)成了應(yīng)變片 作為感壓元件的應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的電阻體，他的電阻值 R隨壓力 P所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。 半導(dǎo)體應(yīng)變片比金屬導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度高，但其受溫度影響比金屬要大。 應(yīng)變靈敏系數(shù) K：導(dǎo)線每單位應(yīng)變引起的阻值相對變化量。做為測應(yīng)變的敏感元件，當(dāng)然希望 K越大越好，通常金屬絲式應(yīng)變片的 K=。 應(yīng)變片式壓力變送器（續(xù)） 金屬箔式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)：常用直徑 康銅密密的排成柵狀，粘貼在紙或膠質(zhì)基底上，叫應(yīng)變片． 應(yīng)變式壓力傳感器 壓力傳感器如圖所示 。 應(yīng)變筒 1的上端與外殼 2固定在一起 ， 它的下端與不銹鋼密封膜片緊密接觸 。 兩片應(yīng)變片 r1和 r2用特殊膠粘劑緊貼在應(yīng)變筒的外壁 。 r1沿應(yīng)變筒的軸向貼放 ， 作為測量片； r2沿徑向貼放 ， 作為溫度補償片 。 應(yīng)變片式壓力變送器（續(xù)） 壓力傳感器示意圖 1應(yīng)變筒； 2外殼； 3密封膜片 應(yīng)變片與筒體之間不應(yīng)有相對滑動現(xiàn)象，并保持電氣絕緣。 應(yīng)變片式壓力變送器（續(xù)） 當(dāng)被測壓力 P作用于不銹鋼膜片而使應(yīng)變筒作軸向受壓變形時，沿軸向貼放的應(yīng)變片 r1也將產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)變，應(yīng)變量為 ε 1，于是 r1的阻值變??；而沿徑向貼放的應(yīng)變片 r2由于本身受到橫向壓縮將引起縱向拉伸應(yīng)變，應(yīng)變量為 ε 2，于是 r2的阻值變大。 1應(yīng)變筒； 2外殼； 3密封膜片 測量橋路 r1和 r2與另外兩個定電阻 r3與 r4組成橋式電路如圖所示 。當(dāng)被測壓力為零時 ， r1＝ r2， r3＝ r4， 電橋處于平衡狀態(tài) ，橋路輸出電壓＝ 0。 當(dāng)被測壓力作用于不銹鋼密封膜片時 ， r1將減小 ， r2將增大 ， 電橋失去平衡 ， 從而獲得不平衡電壓 ΔV 作為壓力傳感器的輸出信號 ， 這不平衡電壓 ，通過顯示儀 、 記錄儀顯示被測壓力值 。 應(yīng)變片式壓力變送器（續(xù)） 應(yīng)變片壓力傳感器的測壓范圍同彈簧管壓力表有： 0～ ， 0～ ，直到 0～ 25MPa，傳感器的故有頻率在 25KHz以上。因此，具有較好的動態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測量。 應(yīng)變片式壓力變送器（續(xù)） 二、擴散硅式壓力變送器（ 半導(dǎo)體應(yīng)變片） 壓阻效應(yīng)：固體受到應(yīng)力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。 作為測應(yīng)變的敏感元件，當(dāng)然希望應(yīng)變靈敏系數(shù)越大越好，由于半導(dǎo)體電阻材料的壓阻效應(yīng)很強（金屬絲應(yīng)變片的靈敏系數(shù)在 2左右，而采用P[111]的硅半導(dǎo)體材料上用擴散方法生成電阻， K要增大幾十倍。），制成的壓阻傳感器具有靈敏度和分辨率高優(yōu)點。 在單晶硅膜片上擴散生成的長條形半導(dǎo)體電阻，當(dāng)膜片上下兩測出現(xiàn)壓差時，膜片內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使擴散電阻的阻值產(chǎn)生變化，且與壓力成比例。 壓力、差壓變送器（續(xù)） 將 P型雜質(zhì)擴散到 N型硅片上，形成極薄的導(dǎo)電 P型層，焊上引線即成應(yīng)變片，叫擴散硅應(yīng)變片，因為這種硅片邊緣有一個厚的環(huán)形，中間部分薄，略具杯形，所以叫硅杯。 采用集成電路技術(shù)在硅片選定位臵上擴散成四個等值電阻，組成電橋電路，杯的內(nèi)側(cè)承受被測壓力 P，杯外為大氣壓力。 圖 c 測量部件結(jié)構(gòu) 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 硅杯膜片上的四個擴散電阻，其中 R2和 R3在 以內(nèi)，承受拉應(yīng)力； R1和 R4在 ，承受壓應(yīng)力。 硅杯膜片上的電阻布臵 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 44133221 RRRRRRRR ?????????四個電阻排成直線，位臵選擇合適可滿足下列關(guān)系： 2導(dǎo)壓口； 3硅油； 4隔離膜片； 5硅杯； 6支座； 7玻璃密封； 8引線 擴散硅式壓力變送器結(jié)構(gòu) 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 硅杯兩面浸在硅油中，硅油和被測介質(zhì)之間用金屬隔離膜片 4分開。硅杯上各電阻通過金屬絲連到印刷電路板上，再穿過玻璃密封 7部分引出。當(dāng)被測壓力通過導(dǎo)壓口輸入到正、負測量室內(nèi)，作用于隔離膜片上時，膜片將驅(qū)使硅油移動，并把壓力傳給硅杯壓阻傳感器，于是傳感器上的不平衡電橋就有電壓信號輸出至放大器。 當(dāng)不受壓力作用時 ， 四個電阻相等 ， 電路處于平衡狀態(tài)； 當(dāng)硅杯受壓時 ， 壓阻效應(yīng)使擴散電阻阻值發(fā)生變化 ， 從而使由這些電阻組成的電橋產(chǎn)生不平衡電壓 。 變送器包括測量部件和放大線路兩部分 。 測量部件的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成硅杯壓阻傳感器的形變 ， 使傳感器上的電橋產(chǎn)生不平衡電壓經(jīng)過放大線路輸出電壓 、 經(jīng)過晶體管 T轉(zhuǎn)換成電流 319mA,此電流流過負反饋電阻 ， 變送器的總電流就是 420mA輸出 。 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 擴散硅式壓力變送器 ， 是以壓力 — 形變作為測量基礎(chǔ)的 。它以硅杯壓阻傳感器作為敏感元件 ， 具有體積小 ， 重量輕 ，結(jié)構(gòu)簡單 ， 精度和穩(wěn)定性都很高等優(yōu)點 。 由于采用集成電路技術(shù) ， 直接在單晶硅片上用擴散 、 攙雜等工藝制造擴散電阻 ， 比采用粘貼式應(yīng)變電阻 ， 有如下優(yōu)點： （ 1） 單晶硅片既是制成擴散電阻的基片 ， 又是承受被測壓力的彈性元件 。 兩者結(jié)合 ， 特性比較一致 。 （ 2） 只要沿硅片晶軸相同方向上布臵電阻 ， 在壓力作用下 ，即可得到兩電阻增加 ， 兩電阻減少的效果 。 （ 3） 同一硅片上的各個電阻 ， 以及同一批產(chǎn)品之間 ， 阻值和溫度系數(shù)比較接近 ， 便于大量生產(chǎn) 。 （ 4） 這種工藝便于制造尺寸小的敏感元件 。 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 擴散硅式壓力變送器（續(xù)） 量程為 75KPa的擴散硅式壓力變送器