五大类SICK传感器工作原理大解析.docx

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1、五大类SICK传感器工作原理大解析五大类SICK传感器工作原理大解析sick传感器是利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，譬如很多压力变送器和压力传感器。SlCK传感器不行应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保管下来。但实际中很难实现。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它重要的压电料子是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。压电效应就是在石英上发现的。当应力发生变动的时候，电场的变动很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。STeK传感器它具有很大的压电系数和压电灵敏度，但是，它只可以使用在室

2、内的湿度和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在特别高的湿度和特别高的温度的环境中使用，所以，它的应用特别广泛。SlCK传感器压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，银镁酸压电陶瓷、锯酸盐系压电陶瓷和钛酸钢压电陶瓷等等。以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用压电的料子制作而成的，而当压电料子受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及改换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠

3、、结构很简单、信噪比特别高、灵敏度特别高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压料子忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差，那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。SICK传感器压阻效应是用来描述料子在受到机械式应力下所产生的电阻变动。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变动，并不会产生电荷。大多数金属料子与半导体料子都被发现具有压阻效应。其中半导体料子中的压阻效应宏大于金属。由于硅是现今集成电路的重要原材料，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得特别有心义。电阻变动不止是来自与应力有关的几何形变，而且也来自料子自身与应力相关的

4、电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变动重要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生转变。其次是由于来自与导带谷形状的转变相关的等效质量(effectivemass)的变动。在P型硅中，此现象变得更多而杂，而且也导致等效质量转变及电洞转换。STCK传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平常敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态(称为零位)，当传感器受压后芯片电阻发生变动，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变动通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测

5、出电阻值的变动，经过放大后，再经过电压电流的转换，改换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的弥补，即产生了输入电压成线性对应关系的420mA的标准输出信号。为减小温度变动对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度弥补措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。STCK传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值转变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变动，通过测量电路即可输出与电压成肯定关系的电信号。SICK传感器属于极距变动型电容式传感

6、器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。SlCK传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而转变电容器的容量，其灵敏度大概与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。STCK传感器另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载本领。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种弥补和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰本领。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测

7、。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。SlCK传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致分裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以保证对称性），而且不能实现对被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。STCK传感器的工作原理是由于磁性料子和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生转变，气隙的转变影响线圈电感的变动，处理电路可以把这个电感

8、的变动转化成相应的信号输出，从而实现测量压力的目的。SICK传感器重要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小转变，即磁阻发生了变动。假如在铁芯线圈上加肯定的电压，电流会随着气隙的变动而变动，从而测出压力。在磁通密度高的场合，铁磁料子的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件替换铁芯，压力的变动导致磁性元件的移动，从而磁导率发生转变，由此得出压力值。No.2电感压力传感器电感式压力传感器的工作原理是由于磁性料子和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生转变，气隙的转变影响线圈电感的变动，处理电路可以把

9、这个电感的变动转化成相应的信号输出，从而实现测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变动可以分为两种：变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。变磁阻式压力传感器重要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小转变，即磁阻发生了变动。假如在铁芯线圈上加肯定的电压，电流会随着气隙的变动而变动，从而测出压力。在磁通密度高的场合，铁磁料子的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件替换铁芯，压力的变动导致磁性元件的移动，从而磁导率发生转变，由此得出压力值。SlCK传感

10、器是指当固体导体放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性，可证明导体内部的电流是由带有负电荷的粒子（自由电子）之运动所造成。在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子受到洛伦兹力而聚集，从而在电子聚集的方向上产生一个电场，此电场将会使后来的电子受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。当磁场为一交变磁场时，霍尔电动势也为同频率的交变电动势，建立霍尔电动势的时间极短，故其响应频率高。理想霍尔元

11、件的料子要求要有较高的电阻率及载流子迁移率，以便获得较大的霍尔电动势。SICK传感器基于电涡流效应的压力传感器。电涡流效应是由一个移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之，就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。电涡流特性使电涡流检测具有零频率响应等特性，因此电涡流压力传感器可用于静态力的检测。SIeK传感器属于频率敏感型传感器，这种频率测量具有相当高的准确度，由于时间和频率是能准确测量的物理量参数，而且频率信号在传输过程中可以疏忽电缆的电阻、电感、电容等因素的影响。同时，振弦式压力传感器还具有较强的抗干扰本领，零点漂移小、温度特性好、结构简单、辨别率高、性能稳定，便于数据传输、处理和存储，容易实现仪表数字化，所以振弦式压力传感器也可以作为传感技术发展的方向之一、STCK传感器的敏感元件是拉紧的钢弦，敏感元件的固有频率与拉紧力的大小有关。弦的长度是固定的，弦的振动频率变动量可用来测算拉力的大小，即输入力信号，输出的是频率信号。SIeK传感器分为上下两个部分构成，下部构件重要是敏感元件组合体。上部构件是铝壳，包含一个电子模块和一个接线端子，分成两个小室放置，这样在接线时就不会影响电子模块室的密封性。