陶瓷壓力傳感器分類
陶瓷壓力傳感器的基材都是Al2O3陶瓷,根據實現的原理可以分為電容式壓力傳感器和壓阻式壓力傳感器。
陶瓷電容式壓力傳感器
陶瓷基板與隔膜鍍上金屬作為電極使用。兩種陶瓷部件通過玻璃密封連接在一起, 保持可控間隙,以便兩個金屬電極形成電容。如果施加壓力,那么將改變基板與隔膜的間隙,從而改變傳感元件的電容量,通過后續的處理電路形成壓力相關信號輸出。
由于陶瓷膜片邊緣固定在陶瓷基座上,周邊支撐,受力時中間形變大,邊緣形變小,電容量產生非線性并使靈敏度降低。為了減少溫度影響和邊緣效應,設計時在陶瓷膜片上設置一圓形的單電極作為公共電極,陶瓷蓋板上設置雙電極并使面積相等,構成同軸環狀的雙電容傳感器。中心為測量電容Cp, 邊緣環形為參考電容Cr,Cr的外側是固支邊。后續的信號調理電路處理的是兩電容的壓差,利用方波激勵信號把Cp和Cr的變化量分別轉換為直流電壓輸出,通過兩輸出電壓的差值信號來測量外加壓力的大小。雙電容結構大大減小了傳感器系統的非線性誤差,同時在環境溫度變化時,由于兩電容感受同一溫度的變化,溫度對它們產生的溫度效應是一致的,這就抵消了溫度變化帶來的測量誤差,實現溫度自補償的作用。
陶瓷壓阻式壓力傳感器
壓阻式壓力傳感器主要由瓷環、陶瓷膜片和陶瓷蓋板三部分組成。陶瓷膜片作為感力彈性體,其上用厚膜工藝技術形成惠斯頓電橋作為傳感器的電路,由于電阻的壓阻(形變)效應,產生電壓信號。
厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋(閉橋),當壓力為零時,電橋處于平衡狀態,輸出端電壓為零;當施加壓力于電橋時,膜片產生形變導致電橋的四個電阻阻值發生變化,電橋處于不平衡狀態,產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號。由于電阻的壓阻(形變)效應,產生電壓信號。標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定,傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性,傳感器自帶溫度補償0~70℃,并可以和絕大多數介質直接接觸。
陶瓷壓力傳感器的應用
過程控制、環境控制、液壓和氣動設備、伺服閥門和傳動、化學制品和化學工業及醫用儀表等眾多領域。熱噴涂耐高溫陶瓷涂層最能體現熱噴涂技術特點,應用效果最突出,是影響最大的一個應用領域。