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常用EPRO壓力傳感器原理及結構介紹

閱讀：1401 發布時間：2019-5-8

伊里德代理EPRO振膜式壓力傳感器結構如圖（a）所示，振膜為一個平膜片，且與環形殼體做成整體結構，它和基座構成密封的壓力測量室，被測壓力p經過導壓管進入壓力測量室內。參考壓力室可以通過大氣用于測量表壓，也可以抽成真空測量絕壓。裝于基座頂部的電磁線圈作為激振源給膜片提供激振力，當激振頻率與膜片固有頻率一致時，膜片產生諧振。沒有壓力時，膜片是平的，其諧振頻率為f0；當有壓力作用時，膜片受力變形，其張緊力增加，則相應的諧振頻率也隨之增加，頻率隨壓力變化且為單值函數關系。

在膜片上粘貼有應變片，它可以輸出一個與諧振頻率相同的信號。此信號經放大器放大后，再反饋給激振線圈以維持膜片的連續振動，構成一個閉環正反饋自激振蕩系統。如圖（b）所示EPRO壓電式壓力傳感器，某些電介質沿著某一個方向受力而發生機械變形（壓縮或伸長）時，其內部將發生極化現象，而在其某些表面上會產生電荷。當外力去掉后，它又會重新回到不帶電的狀態，此現象稱為“壓電效應”。常用的壓電材料有天然的壓電晶體（如石英晶體）和壓電陶瓷（如鈦酸鋇）兩大類，它們的壓電機理并不相同，壓電陶瓷是人造多晶體，壓電常數比石英晶體高，但機械性能和穩定性不如石英晶體好。它們都具有較好特性，均是較理想的壓電材料。EPRO壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應將測壓力轉換為電信號的。由壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時產生的電荷量與作用力之間呈線性關系：Q=kSp式中Q為電荷量，k為壓電常數，S為作用面積，p為壓力。通過測量電荷量可知被測壓力大小。

壓電元件夾于兩個彈簧之間，壓電元件的一個側面與膜片接觸并接地，另一側面通過引線將電荷量引出。被測壓均勻作用在膜片上，使壓電元件受力而產生電荷。電荷量一般用電荷放大器或電壓放大器放大，轉換為電壓或電流輸出，輸出信號與被測壓力值相對應。除在校準用的標準EPRO壓力傳感器或高精度EPRO壓力傳感器中采用石英晶體做壓電元件外，一般EPRO壓電式壓力傳感器的壓電元件材料多為壓電陶瓷，也有用高分子材料（如聚偏二氟乙烯）或復合材料的合成膜的。

圖1為一種伊里德代理EPRO壓電式壓力傳感器的結構示意圖。更換壓電元件可以改變壓力的測量范圍；在配用電荷放大器時，可以用將多個壓電元件并聯的方式提高傳感器的靈敏度；在配用電壓放大器時，可以用將多個壓電元件串聯的方式提高傳感器的靈敏度。EPRO壓電式壓力傳感器體積小，結構簡單，工作可靠；測量范圍寬，可測100MPa以下的壓力；測量精度較高；頻率響應高，可達30kHz，是動態壓力檢測中常用的傳感器，但由于壓電元件存在電荷泄漏，故不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態壓力。EPRO振筒式壓力傳感器的感壓元件是一個薄壁金屬圓筒，圓柱筒本身具有一定的固有頻率，當筒壁受壓張緊后，其剛度發生變化，固有頻率相應改變。