应变式压力传感器采用应变式原理,主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上,弹性元件受力变形时,其上的应变片随之变形,并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。
压力传感器内部将金属电阻应变片粘贴在金属弹性体上,将电阻应变片的物理形变,转换为可进行测量和读取的电信号。金属电阻应变片组成测量桥路,利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细,电阻增加或减小,即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的。下面我们来了解一下应变式压力传感器的制作工艺。
一、弹性体加工
应变式压力传感器弹性体主要为金属材料,常见的有铝合金、合金钢和不锈钢材料,根据材料力学-应力与应变之间的关系加工出各种结构尺寸的弹性体,然后经过热处理、电镀,精细打磨,最终形成合格的弹性体。
二、贴片
贴片就是利用胶粘剂,将应变计粘贴在弹性体上,并通过一定的条件(比如升温和加压),使弹性体与应变计紧密结合,从而达到由应变计来传递弹性体应力应变的过程。贴片是整个压力传感器制造过程中(机械加工部分除外)关键工序,贴片质量的好坏,直接决定了一只传感器的性能,直接影响到压力传感器的零点,零点补偿,滞后,蠕变,重复性,稳定性等关键指标。
三、组桥
组桥是将应变计按一定的要求连成惠斯顿电桥的过程。组桥是由焊点打磨挂锡、焊接导线的准备、桥路的连接等步骤组成。
补偿指的是对组桥结束的压力传感器零点输出和满量程输出的修正。
1、对零点输出的修正
压力传感器在应用于,由于要与仪表相配套使用,因此需将其零位修正到一定的范围,否则会增加整个测试系统的误差。同时,由于压力传感器的使用时环境温度会变化,也会引起零点输出随时间温度变化而变化,则就需要在生产中对压力传感器零点进行补偿,将其在应用到系统中后受环境影响而产生的变化降到符合使用要求的误差范围之内。
2、对满量程的修正
压力传感器在使用时,由于材料受环境温度变化的影响,温度升高时其弹性模量变小,使得满量程输出变大;当温度降低时弹性模量变大,使得满量程变小。而这种满量程随输出温度变化而产生的变化往往大大超出压力传感器所允许的误差范围,因此就需要对这一现象进行修正,即对满量程的修正,也称之为温度灵敏度补偿。一般的,对温度灵敏度的补偿,在设计产品时已按一定的参数进行了修正,加入了电路桥路中。
1、测试的原理及计算
理论上的压力传感器输入与输出之间应当是线性关系,并且当输入为零时,输出也应当为零。理论计算公式为y=ax(x—力、y—输出电压、a—灵敏度系数);但是实际压力传感器不会达到以上理想的效果,非线性及其它性能会受环境、时间、材料等各种因素的影响。
2、压力传感器测试性能要求
测力值与输出之间线性度要好,滞后要小,重复性要小,蠕变要小。
3、压力传感器的输入输出关系
静态性能是被测量值处于稳定状态时的输入—输出关系,动态性能是输出量与随时间变化输入量的影响关系。测试的目的是检测传感器部分静态性能(线性、滞后、重复性、蠕变、阻抗、零位、输出灵敏度、温度灵敏度等)的过程。
六、密封
测试合格的压力传感器需要进行必要的密封处理以增强传感器的防潮性能和稳定性,延长传感器的使用寿命。压力传感器的密封可依据压力传感器的使用环境和压力传感器用户的要求来设定。一般用与室内环境,防护等级要求较低,一般IP65即可,这些产品我们一般只用硅橡胶涂敷于压力传感器的应变计或电路上进行保护即可。大多数被用于室外环境较为恶劣的压力传感器,则对压力传感器的防护等级较高,我们一般将压力传感器的贴片部位设计在沉孔中,防护时在沉孔中灌封硅酮树脂,再加一保护座封盖。这样的防护一般可满足IP66的要求。随着焊接技术的发展,为了提高压力传感器的密封性能,有些压力传感器在应变计贴片孔、接线处等电器元件部分焊接膜盒、盖板、或波纹管,这种结构的压力传感器的防护等级最高可达到IP68,不但可以达到防潮、防水外,也可以对一般的腐蚀性气体、腐蚀性介质达到防护效果。
目前压力传感器的焊接密封方法常见的有激光焊接和氩弧焊接,但是对于应变式压力传感器,在应力采集处焊接膜盒后,膜盒的变形会影响应变计对弹性体的应力采集,对于小量程压力传感器尤为明显,这样会影响压力传感器的线性滞后等性能,因此必须考虑每种压力传感器所使用膜盒的薄厚程度,通过具体的试验得出影响量的大小,得出合适的焊接参数,使压力传感器的性能达到最好。焊接的主要目的起到密封作用,因此焊接后的压力传感器,必须对焊缝进行检查,检查方法有用眼看,有用放大器或监视器观测,也有气压试验和湿热试验等。焊缝不能有缝隙、气泡、气压后不漏气,湿热试验绝缘性能必须达到要求。为了保证外观质量,焊缝也应光滑、均匀。更多压力传感器技术文章请访问http://www.cazsensor.com