Druckaufnehmer und Drucktransmitter
Sensor soll eine zu messende physikalische Größe in eine andere physikalische Größe umwandeln, die gelesen und verarbeitet werden kann. In der modernen Steuerung ist diese physikalische Größe ein elektrisches Signal; Der Transmitter soll die primären elektrischen Signale des Sensors in elektrische Standardsignale umwandeln, wie z. B. Stromsignale von 4 -- 20 mA, 0 -- 20 mA, Spannungssignale von 0 -- 10 V, {{3} }V. Der primäre Drucksensor ist eine Millivolt-Signaländerung, die durch Druck verursacht wird. Verfügt der Sensor über eine Verstärkungs- und Formungsschaltung zur Ausgabe eines genormten Strom- oder Spannungssignals, kann ein solcher Sensor auch als Druckmessumformer bezeichnet werden; Der Name des Drucktransmitters ist relativ zu dem der frühen Drucksensoren, die Millivolt-Signale ausgeben. Die meisten modernen Drucksensoren geben Normsignale direkt aus, sodass die Integration der gängigen Drucksensoren und Drucktransmitter möglich ist.
Prinzip
Der Drucksensor, den wir normalerweise verwenden, besteht hauptsächlich aus dem piezoelektrischen Effekt, der auch als piezoelektrischer Sensor bezeichnet wird.
Wie wir wissen, ist Kristall anisotrop, während amorph isotrop ist. Wenn ein Kristallmedium durch mechanische Kraft entlang einer bestimmten Richtung verformt wird, tritt ein Polarisationseffekt auf; Wenn die mechanische Kraft entfernt wird, kehrt es wieder in den ungeladenen Zustand zurück, das heißt, unter Druck können einige Kristalle einen elektrischen Effekt erzeugen, der als Polarisationseffekt bezeichnet wird. Entsprechend diesem Effekt haben Wissenschaftler einen Drucksensor entwickelt.
Zu den wichtigsten piezoelektrischen Materialien, die in piezoelektrischen Sensoren verwendet werden, gehören Quarz, Kaliumnatriumtartrat und Dihydroammoniumphosphat. Unter ihnen ist Quarz (Siliziumdioxid) ein natürlicher Kristall. In diesem Kristall findet sich der piezoelektrische Effekt. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs sind immer piezoelektrische Eigenschaften vorhanden, aber außerhalb dieses Bereichs verschwinden die piezoelektrischen Eigenschaften vollständig (diese hohe Temperatur ist der sogenannte "Curie-Punkt"). Da sich das elektrische Feld mit der Spannungsänderung leicht ändert (d. h. der piezoelektrische Koeffizient ist relativ niedrig), wird Quarz allmählich durch andere piezoelektrische Kristalle ersetzt. Kaliumnatriumtartrat hat eine große piezoelektrische Empfindlichkeit und einen großen piezoelektrischen Koeffizienten, kann aber nur bei Raumtemperatur und niedriger Luftfeuchtigkeit verwendet werden. Dihydroammoniumphosphat ist ein künstlicher Kristall, der hohen Temperaturen und ziemlich hoher Luftfeuchtigkeit standhalten kann
Es ist weit verbreitet.
Gegenwärtig wird der piezoelektrische Effekt auch auf Polykristalle angewendet, wie z. B. aktuelle piezoelektrische Keramiken, einschließlich piezoelektrische Bariumtitanat-Keramiken, PZT, piezoelektrische Niobat-Keramiken, piezoelektrische Bleimagnesiumniobat-Keramiken und so weiter.
Der piezoelektrische Effekt ist das Hauptarbeitsprinzip des piezoelektrischen Sensors. Der piezoelektrische Sensor kann nicht für statische Messungen verwendet werden, da die Ladung nach Einwirkung einer äußeren Kraft nur gespeichert werden kann, wenn die Schaltung eine unendliche Eingangsimpedanz hat. Dies ist in der Praxis nicht der Fall, sodass der piezoelektrische Sensor nur dynamische Spannungen messen kann.
Piezoelektrische Sensoren werden hauptsächlich in der Beschleunigungs-, Druck- und Kraftmessung eingesetzt. Piezoelektrischer Beschleunigungsmesser ist ein üblicher Beschleunigungsmesser. Das Gebrauchsmuster hat die Vorteile einer einfachen Struktur, eines geringen Volumens, eines geringen Gewichts, einer langen Lebensdauer usw. Piezoelektrische Beschleunigungsmesser wurden weit verbreitet bei der Vibrations- und Stoßmessung von Flugzeugen, Automobilen, Schiffen, Brücken und Gebäuden, insbesondere in der Luftfahrt und verwendet Bereiche der Luft- und Raumfahrt. Piezoelektrische Sensoren können auch verwendet werden, um den internen Verbrennungsdruck und den Vakuumgrad des Motors zu messen. Es kann auch in der Militärindustrie verwendet werden, um beispielsweise die Änderung des Laufdrucks und des Stoßwellendrucks an der Mündung in dem Moment zu messen, in dem ein Geschoss in den Lauf geschossen wird. Es kann verwendet werden, um sowohl große als auch kleine Drücke zu messen.
Piezoelektrische Sensoren werden auch häufig in der biomedizinischen Messung verwendet. Beispielsweise bestehen Ventrikelkathetermikrofone aus piezoelektrischen Sensoren. Da die Messung dynamischer Drücke so weit verbreitet ist, werden piezoelektrische Sensoren häufig verwendet