陶瓷電阻式壓力變送器原理及應(yīng)用

摘要:本文介紹了一種陶瓷電阻式壓力變送器的工作原理、技術(shù)特點和指標，論述了其技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用前景.
一、前言
       壓力變送器是直接接觸被測介質(zhì)的現(xiàn)場儀表，近年來，由于越來越多的生產(chǎn)工藝過程需要進行自動控制和集中檢測，所以壓力變送器的需求量逐年增多，同時對產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和價格也提出了更高的要求.
       隨著新工藝、新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了電容式、擴散硅式等壓力變送器，并在目前市場上占主導(dǎo)位置.我國一些企業(yè)或從國外廠家直接進口成品，或引進散件進行組裝，因而成本較高，針對這一點，開發(fā)了陶瓷電阻式系列壓力變送器，利用我國的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，生產(chǎn)出新型的壓力變送器，滿足了市場上對產(chǎn)品性能價格比高的要求.
二、傳感器性能
       陶瓷電阻式傳感器從陶瓷彈性膜片到厚膜應(yīng)變電阻都采用了陶瓷技術(shù)和厚膜工藝技術(shù)制作，因而具有優(yōu)良的電氣性能和機械性能，適用于各個行業(yè)各種場合的測量介質(zhì).
傳感器主要技術(shù)指標:
(1)測量范圍:0-16kPa-25MPa
(2)工作電源:6一18VDC
(3)阻抗:4-5kΩ
(4)滿量程輸出:>30mV(工作電源12VDC)
(5)精度:線性<0.1%、遲滯<0.1%、重復(fù)性<0.1%
(6)零點溫漂:<0.02%F:S/C
(7)靈敏度溫漂:<0.02%F.S/C
三、陶瓷電阻式壓力變送器工作原理
       陶瓷電阻式壓力變送器包含有壓力敏感芯片、信號處理電路以及相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)組件.陶瓷芯片作為彈性元件，利用厚膜工藝印刷并燒結(jié)在陶瓷膜片上的厚膜電阻為敏感電阻。在測量現(xiàn)場，介質(zhì)壓力直接作用于膜片上，使陶瓷膜片產(chǎn)生位移，由于厚膜電阻具有壓阻效應(yīng)，所以這一位移使制作在該膜片上的電阻阻值發(fā)生變化、且膜片位移產(chǎn)生的電阻變化量與輸人壓力成一定的線性關(guān)系，這樣由電阻組成的惠斯登電橋即可檢測出這-_壓力信號，該信號經(jīng)相連的電子部件進行補償、放大和轉(zhuǎn)換處理，最后調(diào)試成為標準的電流信號(4~20mADC，0~10mADC，12+8mADC)，這-信號可以接人工業(yè)儀表或計算機，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的檢測.
陶瓷壓阻式壓力變送器主要技術(shù)指標:
(1)量程0~16kPa一25MPa

四、技術(shù)特點
       陶瓷電阻式壓力變送器的關(guān)鍵部件是傳感器，它是采用高性能的陶瓷材料(Al2O,)，利用混合集成電路工藝制造的，該工藝簡單、設(shè)計靈活，容易批量生產(chǎn)，并利于集成化，所以制造成本低，在價格上占有較大優(yōu)勢，每臺變送器售價僅為擴散硅式變送器的1/2至1/3，電容式的1/4、使用戶大大減少了該項投資.
       這種壓力變送器的被測介質(zhì)可直接作用于陶瓷膜片，而擴散硅式變送器需要與被測介質(zhì).之間加上隔離膜片，容易影響精度，工藝難度增大.而陶瓷膜片本身具有較強的耐腐蝕性,所以可用于各種腐蝕性和非腐蝕性氣體和液體的測量.
       陶瓷電阻式壓力變送器在制作中，由于采用了厚膜工藝的高溫?zé)Y(jié)技術(shù)，即厚膜電阻組成的電橋與陶瓷彈性體燒結(jié)為一體，所以使變送器具有優(yōu)良的線性度、遲滯性、重復(fù)性及高可靠性;同時又采用了溫度補償技術(shù)，使變送器工作在寬溫度區(qū)內(nèi)，尤其在較低環(huán)境溫度下，例如在-40℃左右，可保證長期、可靠地工作，這一點是擴散硅式變送器的.該變送器電路選用的是一種功能較強的變
送器專用電路，其輸出為4-20mADC.0-20mADC和12±8mADC.電路元件簡單、調(diào)試方便、負載能力較強，并具有保護功能.變送器結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、體積小、重量輕，并確保產(chǎn)品的密封性能、抗振動和抗沖擊性能，小型.一體化的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場可方便地安裝和更換，為了適用于各種工作現(xiàn)場，變送器設(shè)計成防水型、防爆型和液位型.
       這種變送器容易利用混合集成技術(shù)發(fā)展成為全集成化壓力變送器和智能化壓力變送器，滿足各行業(yè)自動化的要求，其發(fā)展前景較好.
五、應(yīng)用
       陶瓷電阻式壓力變送器自投入市場以來,以它獨特的綜合技術(shù)優(yōu)勢得到廣大使用單位的好評，至今已被國內(nèi)電力系統(tǒng)、化工系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、石化系統(tǒng)等上百家單位選用，用戶普遍反應(yīng)該變送器價格低、可靠性和穩(wěn)定性高,安裝方便.特別是在一些惡劣環(huán)境下，如溫度變化較大的現(xiàn)場和抗振動要求較高的場合，在已無其它產(chǎn)品可利用的情況下，這種陶瓷電阻式壓力變送器顯示了它的特殊優(yōu)勢，倍受使用單位的重視.
       實踐證明，這種新型的陶瓷電阻式壓力變送器不僅有傳統(tǒng)型壓力變送器的優(yōu)點，而且同國內(nèi)目前其它幾種類型的壓力變送器相比，其技術(shù)也很明顯，它不但可以滿足和替代現(xiàn)有壓力變送器，而且可以大量減小資金，從而使大批量使用這種性能價格比高的陶瓷電阻式壓力變送器成為可能.